View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Ekologie II
8. Základy ekologie vodního prostředí
Voda Nezbytná podmínka života
Tvoří největší podíl biomasy organismů
Hydrosféra je nejrozšířenějším prostředím planety (tvoří více než 2/3 povrchu Země)
o 98,4% - mořská voda
o 1,5% - led
o 0,1% - voda v kapalném skupenství
o 0,001% - vodní pára
Chemické vlastnosti vody
Voda je vnitřním prostředím všech organismů, je médiem, ve kterém probíhají všechny
biochemické děje, umožňuje látkovou a energetickou výměnu a sama také do reakcí
vstupuje (např. fotolýza vody při fotosyntéze)
Jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti
o Výborné rozpouštědlo
o Vysoká specifická skupenská tepla (teplota varu a teplota tání)
o Velká měrná tepelná kapacita velký klimatický vliv
o Při své molekulové hmotnosti (18) by měla být při pokojové teplotě a tlaku 1 atm
plynem
o V pevném skupenství zvětšuje objem největší hustotu nemá led, ale tekutá voda
při 3,95°C
o Led se tvoří na povrchu vodních ploch a nezamrzlou vodu izoluje, na dně se
hromadí voda o teplotě 4°C přežívání vodních živočichů
o Mrazové zvětrávání
o Kypření ornice mrazem
Molekula vody vodíkové můstky
o Zvýšení teploty varu (bez vodíkových můstků vy voda vřela při –75°C!)
o klastry (shluky dynamicky se měnících molekul)
o Led krystalová mřížka menší hustota
o Vodíkové vazby jsou i v jiných molekulách, např. stabilizují obrovské organické
molekuly (proteiny, nukleové kyseliny)
Voda tvoří většinu těl organismů
o Je nestlačitelná zachování tvaru těla organismů
o Voda má nejnižší hustotu při 35°C tělesná teplota homoiotermních živočichů
o Intracelulární voda v buňkách (40 – 25% tělesné hmotnosti)
o Extracelulární tekutiny mimo buňky (15 – 25%)
o Obsah vody v těle se mění s věkem (člověk embryo 95%, novorozenec 80%,
dospělý jedinec70 – 60%)
Typy vodních ekosystémů Mořské ekosystémy
o Biom volného oceánu
o Biom šelfových moří
Vnitrozemské vody
o Podzemní
Sladké
Minerální
o Povrchové
Stojaté (lentické prostředí)
Tekoucí (lotické prostředí)
Oceány Průměrná hloubka cca 4 000 m, největší hloubka více než 11 000 m
Mořské proudy
důležitý faktor oceánského prostředí, pohyb obrovských objemů vod
Antarktický cirkumpolární proud – 240 mil. m3/sec. (X ústí Amazonky 200 tis. m3
/sec.)
(Raichholf, 1999)
Lentické prostředí Stojaté vody
Zejména ty neprůtočné představují systémy s víceméně uzavřeným koloběhem látek
Podle stability rozeznáváme prostředí
o Eustatické – jezera, včetně slaných
o Astatické – rybníky, tůně apod.
o Údolní nádrže mohou být obojí
o Platí i pro tekoucí vody
Eustatické – horské toky a veletoky
Astatické – střední a nížinné toky řek
Patří sem i rašeliniště a periodické vody
Prostorové podmínky života ve stojatých vodách
o Pelagiál oblast volné vody
o Bentál oblast dna
o Eufotická zóna většina primární produkce
o Litorál příbřežní pásmo dna
Jezera hlubší litorál tam, kde je submerzní vegetace (obvykle cca 6
m)
Rybníky mělké litorál tam, kde je vynořená pobřežní vegetace
o Sublitorál navazuje na litorál do hloubky cca 12 m
o Profundál neosvětlené pásmo bentálu
Prostorové rozčlenění ekosystému a společenstva stojaté vody (Rajchard a Balounová, 1996)
Jezera
Významným faktorem je případná průtočnost nebo naopak izolovanost
Jezera ledovcového původu, horská jezera a jezera na substrátech chudých na biogenní
prvky v rozpustné formě jsou obvykle oligotrofní
Rašeliniště
Vznik za specifických geologických a klimatických podmínek
Rašeliníky
Pomalý rozklad organické hmoty nedostatek kyslíku, nízké pH (3,5 – 5,5 huminové
kyseliny) láky s bakteriostatickými účinky vylučované rašeliníkem
Typy rašelinišť
o Vrchoviště odkázaná na srážkovou vodu (pouze na ni rašeliniště
ombotrofní)
o Slatiny zásobená především spodní vodou
o Přechodná rašeliniště
Organismy osidlující rašeliniště
o Tyrfofilní preferují rašeliniště
o Tyrfobiontní osidlující pouze rašeliniště
Okraje – lagg
Šlenky a bulty
(Reichholf, 1999)
Podzemní vody
Různě prostorné zatopené jeskyně, podzemní toky, stojatou či protékající vodou naplněné
pukliny v horninách apod.
Stygon biotop podzemních vod
o Afotické podmínky a nízká konstantní teplota (časté glaciální relikty)
o Zdroj potravy organické látky allochtonního původu splavené z povrchu země
o Přizpůsobení ztráta pigmentu a světločivných orgánů
o Bezobratlí, obojživelníci, ryby
Rybníky
Zcela umělé nádrže s plně regulovatelným stavem vody, úplně vypustitelné
Mělké nádrže podléhající sukcesi zazemňování nutná údržba
České rybníky
o Jedinečný fenomén i ze světového hlediska
o Vznik ve středověku prvotní účel chov ryb, dnes i retenční nádrže nebo
rekreační účely
o Složitý a důmyslný systém napájecích a vypouštěcích vodotečí
o V současné době v ČR cca 23 400 rybníků o celkové výměře cca 52 000 ha
velký význam pro vodní režim v krajině a centra biodiverzity jako nový prvek
v krajině soustředí druhy jak jezerní, tak osidlující lesní mokřady, říční systémy
apod.
o V současné době silně eutrofizované
Zatopené plochy po těžbě
Pískovny, lomy, důlní propadliny (pinky)
Různý charakter, hloubku atd. podle způsobu těžby, konfiguraci terénu, hladině spodní
vody, propustnosti geologických vrstev aj.
Někdy mají charakter nového typu vodního ekosystému v krajině (např. desítky metrů
hluboká oligotrofní jezera v krajině s intenzivním zemědělstvím a vysoce eutrofními
rybníky)
Vznik mokřadních a vodních společenstev „de novo“ studium primární sukcese
Údolní nádrže
Hluboké, vesměs oligotrofní, ale splachy z polí…
Významnou roli hraje časté kolísání vodní hladiny vlivem manipulace s vodou a
specifické teplotní poměry (např. vypouštění chladné vody z hloubky nádrže…)
Ale mohou existovat i nádrže mělké, eutrofní a zazemňující se (Novomlýnské nádrže na
Dyji) X zatopené hluboké skalnaté kaňony řek
Nádrže o malém objemu s rychlým průtokem celoročně teplotně vyrovnaná voda
přitékající ode dna nádrže výše položené (Štěchovická údolní nádrž s přítokem z
nejhlubších vrstev vody Slapské nádrže)
Hluboká nádrž a dlouhé zdržení vody (měsíc a více) výrazná teplotní stratifikace
(Slapy, Orlík)
Přehradní nádrže
Po napuštění sukcese společenstev, ale nejsou izolované od jiných vodních biotopů
výchozí společenstva původního říčního ekosystému, ale záhy převládnou druhy v řece
neexistující
Říční ramena oddělená od toku řeky
Významné vodní a mokřadní ekosystémy v povodí velkých řek
Spojené s tokem řeky nebo oddělené, ale většinou přeplavované pravidelnými povodněmi
Regulace toků ničení těchto významných lokalit
Periodické vody
Zejména oblasti se sezónně podmíněným výrazným střídáním přísunu srážek nebo
povodňový prostor říčních niv
Specifické druhy organismů schopné přečkat období vyschnutí ve stadiích vajíček do
dalšího zaplavení lokality
Listonozi
Anuální halančíci v podmínkách afrických a jihoamerických tropických oblastí s
výrazným střídáním období sucha a dešťů
Dendrotelmy
Periodické vody v dutinách stromů
Euphytotelmy
Velmi drobné periodické vody v růžicích listů, např. tropických bromélií
Vývoj larev hmyzu či vývojových stádií obojživelníků
Lotické prostředí Ekosystém vodních toků, dělení na
o Krenal = úsek prameniště
o Eukrenal = horní
o Hypokrenal = dolné
o Rhithral = horní úsek řek
o Epirhithral, metarhithral, hyporhithral
o Potamal = dolní úsek řeky
V praxi
o Pstruhové pásmo = horské nebo vyšší podhorské úseky řek
o Lipanové pásmo = podhorské úseky řek
o Parmové pásmo = podhorské, popř. rychleji tekoucí nížinné úseky řek
o Cejnové pásmo = pomalu tekoucí nížinné úseky ře
o Brakická zóna = při ústí do řek
Vliv proudění na organismy
Morfoplastický, fyziooplastický, etoplastický
Prudší proud menší biodiverzita, přizpůsobení tvarem, orgány k přichycení k
podkladu
Ti stržení proudem organický drift
Specifické teplotní poměry tekoucích vod
o Roční kolísání různé v různých partiích řek
Psamal
o Specifické společenstvo písčitých náplav
Hydrologický cyklus Výměna vody mezi zemským povrchem a atmosférou (odpařování a srážky)
Velký (na úrovni celé biosféry) a malý (na úrovni ekosystémů) vodní cyklus
Abiotické faktory ve vodním prostředí
Obsah rozpuštěného kyslíku
Původ ze vzduchu (difúze) a z asimilační činnosti autotrofních organismů
Rozpustnost plynů se ve vodě zvětšuje s klesající teplotou a se stoupajícím atmosférickým
tlakem
Obsah kyslíku v mořích kolísá podle lokality, ale v rámci každé lokality a hloubky je
relativně stálý; nedochází k výraznému deficitu (nejvíc u hladiny, pak klesá a pak zase
mírně roste, promíchávání mořskými proudy)
X stojatých sladkých vod přizpůsobení organismů na rychlé a významné změny
obsahu kyslíku organismy euryoxybiontní (ryby v rybníce – změny i v rámci dne a
noci)
Tekoucí vody difúze organismy stenooxybiontní
Absence kyslíku organismy anaerobní
Kolísání obsahu rozpuštěného kyslíku během dne ve stojatých vodách
o Minimum kyslíku před rozedněním (v noci dýchají i autotrofové) pak obsah
stoupá, maximum odpoledne až navečer
o Opačně je to s kolísáním acidity – obsahu volné kyseliny uhličité, která je
fotosyntézou spotřebovávána (jako CO2) korelují hodnoty pH
Minimální kolísání ve vodách
o Tekoucích (málo fytoplanktonu, difúze kyslíku z atmosféry)
o Oligotrofních stojatých s málem autotrofních mikroorganismů
o Dystrofních rašelinných (nízké pH dané vysokým obsahem huminových kyselin
o Silně znečištěných se silně omezeným oživením
Salinita
Mořská voda
o 3,5% solí (3,3 – 3,7 podle lokality, některá moře i 2%)
o Převážně chloridy (chlorid sodný) a sírany (síran hořečnatý)
Sladká voda
o Méně než 0,01% solí
o Uhličitany a dusičnany
Voda brakická
Adaptace na salinitu
o Schopnost organismu udržet stálé osmotické poměry vnitřního prostředí při
osmoticky odlišném prostředí vnějším
o Moře hypertonické prostředí zabránění ztrátám vody z organismů
(dehydrataci)
o Sladká voda prostředí hypotonické zabránění ztrátám solí a průniku příliš
vody do organismu
o Různá řešení u různých skupin organismů
pH vody
pH = záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů
Závisí zejména na rovnováze mezi kyselinou uhličitou a jejími solemi
Organismy
o Euryiontní – tolerují značné výkyvy pH
o Stenoiobiontní – vyhraněné požadavky na pH v úzkém rozmezí
o Acidofilní
o Neutrofilní
o Alkalifilní
Mořské prostředí poměrně stálé pH, většinou mírně alkalické (8,1 – 8,3)
Dešťová voda 5,7 (obsahuje rozpuštěné plyny)
Sladké vody široké rozmezí od pH 3 (rašeliniště) po pH 10 – 11 (mnoho vegetace a
vysokým obsahem vápníku, minerální vody)
Teplota vody
Ovlivňuje biologické děje a také změny hustoty, stratifikace a proudění vodních mas v
nádržích
Sezónní výkyvy teplot oceánů
o Největší v povrchových vrstvách epipelagiálu (do 200m, až 15°C)
o V nejspodnějších vrstvách (batypelagiálu a abysopelagiálu) desetiny stupně
o V hadálu žádné
Teplotní stratifikace a cirkulace vody v nádržích
o U hladiny ohřev v noci rychlé ochlazení pokles do hlubších vrstev, teplejší
vody vytlačeny vzhůru konveční vertikální proudění, podporované
horizontálním prouděním vyvolaným větrem
o Konvekční proudění promíchává vodu do jisté hloubky, pak je skočná vrstva
(termoklina) pokles teploty na 1m o několik °C
o Oddělení epilimnia a hypolimnia v hypolimniu málo kyslíku a chladno letní
stagnace
o Na podzim je skočná vrstva stlačena ke dnu totální podzimní cirkulace vdy
o Zima inverzní stratifikace, povrchové vody studené, u dna 4°C
o Jaro totální jarní cirkulace po roztání ledu, vytvoření skočné vstvy
Teplotní stratifikace vodní nádrže (Reichholf 1999)
Světlo
Vliv na prohřívání vody a na fotosyntézu
Část se odráží od hladiny, část je rozptýlena ve vodě, část absorbována a přeměněna v
teplo
Fotická vrstva
o její tloušťka závisí na množství rozpuštěných a rozptýlených látek ve vodě
o Max. 200m (kompenzační bod intenzita fotosyntézy = intenzita dýchání)
Afotické prostředí
o Bioluminiscence
V moři nejvyšší produkce kousek pod hladinou – mořský fytoplankton je stínobytný
Ve vodním prostředí odfiltrovávána červená a modrá složka světla, zbývající zelená je
chlorofylem pohlcována slabě pomocné pigmenty ruduch (červený fykoerytrin a
modrý fykocyanin)
Průhlednost vody
Dána zákalem vody
o Anorganické znečištění
o Biogenní zákal daný oživením vody planktonními organismy
Ovlivňuje průnik světla
Oligotrofní vody 15 – 20m, eutrofní desítky cm až metry
Barva vody
Dána fyzikálními jevy (odrazem oblohy), anorganickými látkami a mikroorganismy
Podle průhlednosti a barvy vody lze orientačně posoudit intenzitu průběhu potravního
řetězce ve vodním prostředí, popř. i momentálně dominující trofické úrovně. Zajímavou
informaci může poskytnout i zápach vody.
Hydrostatický tlak
Hmotnost vodního sloupce působící na organismy
Do hloubky vzrůstá o cca 1 atmosféru na 10 m hloubky
Problémy činí náhlé změny (např. rychlé vynoření)
Hustota vody
Závisí na teplotě a množství a druhu ve vodě rozpuštěných látek ovlivňuje hlavně
hustotu mořské vody
Největší hustota při 4°C přezimování organismů
Viskozita
Vnitřní tření kapaliny ovlivňuje odpor vůči tělesu, které se v kapalině pohybuje
Voda cca 100x vyšší viskozita než vzduch
S rostoucí teplotou klesá cylomorfóza plantonních organismů jednotlivé generace
během roku se tvarově mění v závislosti na měnící se teplotě a tím i viskozitě vody
Povrchové napětí Na rozhraní mezi kapalným a plynným prostředím
Pevnost daná zvýšenou soudržností vody povrchová blanka
Vlnění vody
Význam hlavně v oceánech a mořích, ale i velkých vnitrozemských vodách
Působí na ostatní faktory fyzikální a chemické (rozptyl a rozpouštění látek ve vodě, eroze
břehů) i biologické (přesuny a soustředění planktonu a tím ovlivnění celé trofické sítě)
Společenstva vodního prostředí Seston = veškerá odfiltrovatelná příměs ve vodě
o Abioseston = látky neživé (např. detrit)
o Bioseston = živé organismy
Plankton
o Drobné organismy vznášející se pasivně ve vodním sloupci
o Zooplankton a fytoplankton
Bentos
o Organismy dna vodních nádrží
Fytoplankton
Mikroplankton (50 – 500 mikrometrů)
Nanoplankton (do 50 mikrometrů)
Svým složením chrakterizuje různé typy vod
Složení se mění podle ročního období )změny teplot, osvětlení, chemismu vody, stupně
predačního tlaku)
Sinice a řasy různé taxonomické příslušnosti
o Vegetační zákal tvořen drobnými řasami, rovnoměrně rozptýlené ve vodním
sloupci voda má všude stejnoměrné zbarvení
o Vodní květ sinice (Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis), tvoří shluky –
mnohobuněčné kolonie, často na hladině (plynné vakuoly)
Podle obsahu dostupných živin a z toho vyplývajících produkčních vlastností nádrže a
jejího oživení rozeznáváme
o Nádrže oligotrofní chudé na živiny i na fytoplankton, malá produkce
organické hmoty, to málo rychle mineralizováno, přírustek sedimentu pomalý,
obvykle dostatek kyslíku. Př. horská jezera, údolní nádrže na horních tocích,
vodárenské nádrže, některé pískovny
o Nádrže eutrofní bohaté na živiny i na plankton (vodní květ vegetační zákal,
kombinace obojího), velká produkce org. hmoty, odumíráním se hromadí
rozkládající se bahno spotřeba kyslíku z profundáu, v bentálu výrazné
kyslíkové deficity zejména v létě a v zimě (na jaře a na podzim cirkulace vody).
Př. obhospodařované rybníky, údolní nádrže na středních a dolních tocích aj.)
o Nádrže saprotrofní nadbytek živin a organické hmoty pocházející z exogenního
zdroje (znečištění, hnojení) většina organismů saprotrofní nebo mixotrofní.
Hromadný výskyt bičíkovců bez asimilačních pigmetů. Př. návesní rybníky,
rybníky k čištění odpadních vod, přehnojené rybníky extrém hypertrofní
nádrže
o Dystrofní nádrže kyselé podklady, rašeliniště, horské a podhorské oblasti.
Obsah huminových kyselin voda hnědá a kyselá, malý obsah biogenních prvků,
což omezuje primární produkci. Fytoplankton specifického složení, druhově
bohatý, ale málopočetný
Fytobentos
Společenstva rostlin osidlující dna vod
Perifyton
Společenstva rostlin obrůstající předměty ponořené ve vodě a těla vodních makrofyt
Zooplankton
Společenstvo drobných vodních živočichů vznášejících se víceméně pasivně ve volné
vodě
Makroplankton větší než 500 mikronů
Mikroplankton 60 – 500 mikronů
Nanoplankton 5 – 60 mikronů
Ultraplankton menší než 5 mikronů
Korýši
o Perloočky (Cladocera) – především filtrátoři, živící se drobným fytoplanktonem a
detritem
Větší druhy (rod Daphnia) průhlednost vody
Drobné druhy (Bosmina) menší konzumace řas, větší zákal
o Klanonožci (Copepoda)
Vířníci (Rotatoria)
Larvy hmyzu (Diptera – Chaoborus)
Nekton
Větší vodní organismy schopné vlastního aktivního pohybu
Bezobratlí včetně larválních stádií, ryby, obojživelníci
Zoobentos
Živočichové žijící na dně
Funkce podobná funkci edafonu na souši (přemisťování hmoty, rozkladné procesy)
Mikrobentos
o Vířníci (Rotatoria), prvoci (Protozoa)
Makrobentos
o Nitěnky (Tubificidae), larvy hmyzu (pakomáři Chironomidae), měkkýši, korýši
Pleuston
Živočichové na vodní hladině s pasivním pohybem
Epineustické druhy horní plocha povrchové blanky
Hyponeustické spodní plocha
Neuston
Živočichové na vodní hladině pohybující se aktivně
Cenózy příbojové zóny břehů
Extrémní podmínky specifická přizpůsobení, někdy podobná jako v případě tekoucích
vod
Zejména mořské pobřeží nebo velká jezera
Vodní obratlovci
Paryby, kruhoústí, ryby, vývojová stadia obojživelníků
Obratlovci suchozemští, se specifickými přizpůsobeními k využívání vodního prostředí
o Obojživelníci
o Plazi (želvy, krokodýli, mořští leguáni)
o Ptáci
na vodu vázáno 10% druhů
tučňáci, potáplice, potápky
vrubozobí, krátkokřídlí, brodiví, bahňáci,
srostloprstí (ledňáček říční), pěvci (skorec vodní), dravci (orlovec říční),
sovy (ketupa)
o Savci
kytovci, sirény, ploutvonožci, ptakořitní
Šelmy (vydra), hlodavci (kapybara), hmyzožravci (vydřík hbitý),
lichkopytníci (tapír), sudokopytníci (hroch obojživelný)
Adaptace na vodní prostředí
o Zábrany nadechnutí pod vodou (útlumy dýchacích reflexů
o Vytváření zásoby kyslíku v těle (hlavně kyslík v krvi a svalech – větší objem krve)
o Přizpůsobení oběhového systému (přednostní přísun kyslíku k životně důležitým
orgánům, omezení průtoku krve orgány, které hypoxii tolerují – hypotermie)
o Bradykardie (pokles srdeční frekvence na 5 – 10% klidových hodnot vede k
utonutí při skoku do studené vody)
o Přizpůsobení vůči hdrostatickému tlaku nebezpečí embolie (kytovci smáčknutý
hrudník – vytlačení vzduchu z plic)
o Potápění
Výdech
Vyšší měrná hmotnost těla
Tvar a celková stavba těla
Recommended