Seminární práce: Klimaxový biom sladkých vod - ekosystémy lentické poznámka: biom nebo ekosystém???
díváte se přímo do magického složeného oka perloočky Leptodora kindtii JE DRAVÁ, buďte opatrní, až si někdy půjdete zaplavat do našich sladkých vod.. (že ji nepoznáte? na konci práce najdete její strnulý výraz)
1
Předmět: Ekologie II Zpracovala: Daniela Černá Datum: 20.dubna 2009
Sladkovodní prostředí zaujímají výrazně menší plochu než oceány, které představují přibližně 70 % zemského povrchu. Sladké vody hrají pro lidstvo a celou biocenózu stěžejní roli, jsou součástí hydrického cyklu, jenž ovlivňuje podnebí a vodní bilanci Země. Zásobárna pitné a užitkové vody se stále rostoucími nároky lidské populace ubývá. Povrchové sladkovodní ekosytémy - jezera, rybníky, řeky, toky.. vznikají na pevnině, kam jsou přinášeny srážky velkým hydrologickým cyklem. „Podmínky života se značně liší podle toho, zda voda teče nebo je v klidu.”(Duvigneaud, 1988) Klidné vody nebo-li stojaté vody se označují za lentická prostředí, které Lellák a Kubíček (1992) rozděluje na: velké přirozené i umělé nádrže trvalé, případně periodické např. jezera, stará říční ramena a tůně, rybníky, přehradní údolní nádrže; trvalé nebo periodické drobné vodní nádrže (dešťové louže, tůně ve sníženinách skal a v postřikové skalní zóně jezer a toků (litotelmy), tůňky ve stromech, dřevě (dendrotelmy), tůňky v bylinách (fytotelmy); saliny obsahující zvýšené množství solí; zazemňované a přechodné biotopy - močály, rašeliniště. Sladkovodní ekosystémy jsou charakteristické menší hloubkou, pestrými životními podmínkami (geografie, klima, čas - krátkodobé tůně × stará jezera) vedoucími k bohatší druhové skladbě organismů. Současně dochází k sezónním periodickým dějům, jako je cirkulace vodní masy a teplotní, fyzikální, chemická, biologická stratifikace vody. Pro pochopení látky, je potřeba si připomenout zvláštní fyzikální a chemické vlastnosti vody : polární rozpouštědlo; schopnost tvorby vodíkových můstků –> polymerace –> led; adheze (přilnavost) a koheze (soudržnost); viskozita (100× více než vzduch); povrchové napětí (poskytuje stabilizační plochu pro mikroorganismy); velká měrná tepelná kapacita (schopnost vyrovnávat teploty) a zejména hustota. Hustota vody je závislá na tlaku, množství rozpuštěných látek a především na teplotě (nejvyšší hustoty 1000 kg.m-3 dosahuje při 4°C, se zvyšující a snižující se teplotou klesá hustota vody). Abiotické podmínky sladkovodních ekosystémů dle Duvigneaud (1988): „Hlavními faktory prostředí jsou kromě světla, jehož pronikání závisí na průhlednosti vody, i teplota, obsah kyslíku, chemické složení vody a její pH. Hladina vystavená větru se může vlnit tak silně, že vlny omezují pobřežní vegetaci. ”Odum (1977) se zmiňuje ještě o C02 a v souvislosti s koncentrací biogenních solí popisuje ještě dva možné mezní faktory, a to geografickou izolaci sladkovodních stanovišť tvořenou souší nebo mořem (týká se ryb) a schopnost osmoregulace živočichů.
2
Dále je potřeba zmínit limitující prvky N a P, které ve sladkovodních ekosystémech limitují celou biocenózu (viz Liebigův zákon minima).
obr.1: Prostorová struktura jezera dle Odum (1977).
Na obr. 1 jsou znázorněna tři hlavní pásma jezera. Litorální pásmo (pobřežní) je oblastí, kam dopadá sluneční záření, proto se zde vyskytují makrofyta (makroskopicky velké vodní rostliny (viz obr. v příloze) a na nich přisedlé organismy (perifyton např. některé druhy fytoplanktonu). Limnetické pásmo (epipelagiál) je oblastí volné vody (pelagiál), kam dopadá sluneční záření a probíhají zde fotosyntetické děje. Najdeme zde plankton - zooplankton, bakterioplankton a zejména fytoplankton. Hladina světelné kompenzace představuje rozhraní, kde se vyrovnávají jak procesy fotosyntetické tak dýchání. V profundálním pásmu (zóna hlubinná, temná, pásmo dna) probíhají rozkladné procesy a hromadění detritu, kterým se živí např. larvy pakomárů (Chaoborus). Ty náleží ke skupině bentosu, živočichům dna. Prostorová struktura je dána morfologií nádrže a světelnou propustností vody (např. oligotrofní jezera mají hlubší litorál). Cirkulace vodní masy a teplotní stratifikace závisí na geografických a klimatických podmínkách. V mírném pásu se hovoří o tzv. dimiktických nádržích, ve kterých probíhá proudění vody dvakrát ročně (viz obr.2). Teplotní stratifikaci vodního tělesa ovlivňuje hustota a vizkozita různých vrstev vody, počasí (bezvětrné podmínky v létě nebo na jaře jsou nejvhodnější pro vznik stratifikace). Nejteplejší - „nejlehčí” vrstva vody je hned u hladiny, teplota vody klesá (hustota, „tíže” stoupá) s narůstající hloubkou nádrže. Večer, kdy dochází ke ztrátě tepla hladinových vrstev vody a naroste hustota, „tíže” vody a voda z této vrstvy 3
klesá do stejně husté vrstvy vody. Naopak teplejší, méně hustá („lehčí”) vrstva vody je vytlačována výše až k vrstvě o shodné hustotě jako ona sama. „Střídavým oteplováním a ochlazováním svrchních vrstev vody vzniká konvekční vertikální proudění, jímž se cirkadiánně promíchávají svrchní vrstvy vody.” (Lellák a Kubíček, 1992) Také vítr se podílí na promíchávání horních vrstev vody, hovoří se o tzv. horizontálním (driftovém) proudu, který se u břehu stočí do hlubších poloh nádrže, kde žene vodu v protisměru než u hladiny (obr.2). „Jarní a letní promíchávání svrchních vrstev vody zasahuje do takové hloubky, v níž konvekční ani driftové proudění již nemůže výrazně porušit stabilitu studené vrstvy vody. Na této hranici vznikne teplotní skočná vrstva – termoklina, v níž lze na 1 m hloubky naměřit pokles teploty o několik stupňů.” (Lellák a Kubíček, 1992) V létě dochází k letní stagnaci (viz obr. 2), kdy vlivem teplotní stratifikace vzniknou 3 vrstvy: svrchní teplá - epilimnion, přechodná vrstva s termoklinou - metalimnion, spodní studená – hypolimnion. Podzimní cirkulace je charakteristická ochlazováním vody (při 4°C cirkulace veškeré vodní masy) a činností větru. Zimní stagnace má obrácený teplotní sled, nejchladnější voda u povrchu a u dna voda o 4°C. Oteplování vyvolá jarní cirkulaci.
Obr.2: Znázornění sezónní cirkulace a teplotní zvrstvení vody v mírném pásmu (Duvigneaud, 1988). V dolní části obrázku, po pravé straně nádrže jsou zaznamenány teploty v různých hloubkách nádrže. Šipky ukazují pohyb cirkulace vody.
4
„Přesun energie v potravě z jejího zdroje v rostlinách řadou organismů, které je požírají a samy jsou požírány, se nazývá potravní řetězec .” Odum (1977) Rozlišují se dva typy potravních řetězců: pastevní řetězec (zelené rostliny –> býložravci –> masožravci) a detritový (mrtvá ústrojná hmota –> mikroorganismy –>detritofágové (=organismus konzumující detrit) –>predátoři). Na počátku trofického řetězce (obr.3) stojí producenti - bakterioplankton a fytoplankton. Bakterioplankton představuje konzumenty a rozkladače (saprofyty) organických látek. Alochtonní látky jsou nejdůležitějším zdrojem potravy pro bakterioplankton. Další článek v potravní struktuře zaujímají býložraví konzumenti (filtrátoři) - filtrující živočichové a nedravé ryby. Patří sem ryby planktivorní (požírají fytoplankton) i bentivorní (živí se bentosem) a zooplankton (=živočišný plankton), jenž konzumuje bakterioplankton a fytoplankton. Další úroveň představují konzumenti, dravci dravý zooplankton, larvy ryb, rybí potěr likvidující zoobentos a zooplankton (např.vířníky a nálevníky). Významná skupina ryb (dravé , nedravé) může být vyčleněna do samostatné trofické úrovně.
Obr. 3: Trofická struktura (Duvigneaud, 1988).
5
Odum (1977) popisuje přenos energie potravním řetězcem následovně: „Při každém přenosu energie se značná část potenciální energie (80-90%) ztrácí ve formě tepla. Počet stupňů čili „článků” řetězce je tedy obvykle omezen na 4-5. Čím je potravní řetězec kratší (nebo čím je organismus blíže počátku řetězce), tím je dostupné množství energie větší.” S narůstající délkou potravního řetězce se ztrácí potenciální energie. Na obr. 4 je znázorněn princip trofických řetězců a platnost dvou termodynamických zákonů: 1. přítok energie = odtoku; 2. jakýkoli přesun energie je spojen s rozptylem energie ve formě nevyužitého tepla (respirace). „Známe-li importy a exporty, je možno na základě modelu toku energie popsat energetické poměry na jakékoli ploše.” Odum (1977)
Obr. 4: „Diagram toku energie společenstvem s velkým importem a menším exportem ústrojné hmoty, znázorňující postupné poutání a převod energie jeho složkami a velké ztráty respirací při každém převodu. P = hrubá primární produkce, PN = čistá primární produkce, P2, P3, a PA = sekundární produkce na dané úrovni. ”Odum (1977)
6
obr. 5: Diagram toku energie - jednosměrný tok energie a koloběh látek, biogeochemický cyklus vyznačen tečkovaně. Pg = hrubá produkce (brutto - všechna organ.hmota vytvořená producenty za nějaký čas); Pn = čistá primár. produkce (netto - hrubá produkce snížená o vlastní metabol. spotřebu producentů); P = sekund. produkce (druhotná – vzniklá množstvím org. hmoty a energie vázané v tělech heterotrofů za určitý čas na nějaké ploše nebo objemu biotopu); R = respirace. Odum (1977)
Stabilita ekosystému rybníka závisí na příkonu sluneční energie a především na přítoku vody a látek z povodí. Zvýšení eroze půdy nebo výrazný přínos ústrojných látek nahromaděných např. v rybníce může narušit jeho ekosystém. „Pro označení ústrojného znečištění následkem lidské činnosti se začíná obecně používat výrazu kulturní eutrofisace ( = obohacení).” Odum (1977) Eutrofní nádrže jsou bohaté na živiny N a hlavně P, které se sem dostaly třeba splachem některých hnojiv a pracích prášků s fosfáty. Dostatek P využije fytoplankton (řasy a sinice) pro svůj růst a vytvoří tzv. vegetační zákal nebo zdraví škodlivý sinicový květ (např. sinice Aphanizomenon flos-aquae, Anabaena, Microcystis).
takto vypadá sinicový vodní květ - NEKOUPAT!
7
a pohled do mikroskopu - sinice Anabaena flos-aque tvořící vodní květ
Příklady lentického ekosystému – Velký a Malý bolevecký rybník na okraji Plzně . Malý bolevecký rybník je už od prvního pohledu více eutrofní než Velký bolevecký rybník, který je upravován v rámci biomanipulačního projektu „ Zlepšení jakosti vody Velkého boleveckého rybníka” (Duras), díky tomu lze rybník mnohem lépe využívat k rekreaci.
8
Pár producentů stojatých vod – makrofyta – vynořené, vzplývající i ponořené vyšší rostliny litorální zóny. 1. orobinec, 2. skřípina, 3. šípatka, 4. leknín, 5. a 6. rdest, 7. parožnatka. Odum (1977)
Asterionella formosa - tahle DOKONALÁ HVĚZDA je primární producent - zástupce fytoplanktonu – rozsivka..
9
Ceratium hirundinella (hnědá čtyřnožka) – opět zástupce fytoplanktonu – obrněnka – je vážně obrněná jako obrněný transportér a vyvolává hnědý vegetační zákal vody především ke konci léta
zástupce zooplanktonu – perloočka Daphnia magna , planktonní organismy jsou tak průhlední, že před vámi nic neskryjí, vidíte jim pomalu až do žaludku... (ten zvlněný proužek je trávicí soustava) zjistíte, co měli k obědu.. na druhou stranu je predátor stěží postřehne
10
Tak to je ona.. raménka velká, naše největší perloočka, 1-2 mm
Mikroskopický svět sladkých vod, zejména těch plzeňských, je plný nečekaných a nezapomenutelných setkání.
Literatura: Duvigneaud, P. et al., Ekologická syntéza, Praha: Academia, 1988 Lellák, J. a Kubíček, F., Hydrobiologie, Praha: Karolinum, 1992 Odum, E.P. et al., Základy ekologie, Překlad z 3. vydání anglického orginálu z r.1971, Obrtel a kol., Praha: Academia, 1977
internetové zdroje: cs.wikipedia.org www.biolib.cz www.fytoplankton.cz www.microscopy-uk.org.uk
11
