Vodní tok jako ekologický komplex Zdroj: přednášky Ing. Daniel Mattas, CSc.

použité materiály a doporučené materiály k samostudiu: sylaby přednášek: http://www.natur.cuni.cz/ekologie/vyuka/tekouci-vody/ http://ekologie.upol.cz/ku/hhgo/hydrobiologie.htm http://ekologie.upol.cz/ku/ahdo/aplhyd.htm http://ekologie.upol.cz/ku/zoosfro/strfunriceko.htm http://ekologie.upol.cz/ku/rreo/revvodeko.htm 141RIN

Vodní tok = koryto + voda ? rozpuštěné a nerozpuštěné látky organismy: rostliny, živočichové látkové toky: v korytě po proudu mezi organismy a vodou mezi organismy navzájem koryto ↔ okolí interakce všeho se vším 141RIN

Holistický pohled 1. Abiotický rámec 2. Organismy 3. Biotické  teplota  kyslík  světlo 2. Organismy 3. Biotické interakce 4. Potravní vztahy 5. Prostředí (ekosystém) 141RIN

Vliv fyzických podmínek průtok variabilita a abs. velikost je základním geomorfologickým faktorem - min i max průtoky zásadní vliv na druhovou skladbu oživení - max průtok – přenos vody a živin mezi tokem a nivou – reorganizace substrátu, následná rekolonizace - min průtok – zvýšené teploty, zarůstání, pro některé druhy stres proudění: - základem místní rychlosti a turbulence - vliv na rozdělení substrátu - přizpůsobení tvaru těla - obsazení vhodných míst - přísun potravy, odnos produktů metabolismu - kyslíkový režim - využití k driftu - při změně podmínek nutnost vyhledání úkrytu 141RIN

Vliv fyzických podmínek - pokračování hloubka toku - vliv na teplotní režim - pronikání světla (zvláště v kalné vodě) – fotosyntéza! - distribuce organismů s ohledem na predaci - omezení migrace při malých hloubkách - změny hloubky  přežití (vytřené jikry, semena rostlin, ...) šířka toku zastínění hladiny břehovou vegetací  produktivita toku vzrůstá po proudu (zastínění ↓) - ptáci – nutný určitý prostor pro start a přistání, určitá vzdálenost od břehu při odpočinku (ochrana před predátory) suchozemská zvířata – spolu s hloubkou může limitovat migrace napříč toku 141RIN

Vliv fyzických podmínek - pokračování substrát - anorganický i organický materiál dna, kohesní i nekohesní - jeho rozdělení podmíněno prouděním - hlavní faktor ovlivňující rozdělení bentických organismů - ideální směsný substrát z prvků různé velikosti, příp. mosaikovité rozložení – larvy hmyzu a vodní hmyz  potrava ryb - oživen i do hloubky – hyporheos, organismy v intersticiích - ryby – specifické požadavky – úkryt (proudění, predátoři), tření ! možné ovlivnění skladby: - erozní procesy v povodí - angtropogenní zásahy nejčastěji změna substrátu směrem k menšímu zrnu – poproudní podmínky se posunují proti proudu 141RIN

Vliv fyzických podmínek - pokračování teplotní režim - teplota vody vzrůstá po proudu  rovnováha s teplotou vzduchu - teplotní změny – sezónní (↑ po proudu), denní (↓ po proudu) - výrazný vliv lokálních podmínek ! (zastínění, vzdutí, hloubka, ...) - možnost stratifikace (hlubší voda s menší rychlostí) - zásadní význam pro organismy – rychlost metabolických reakcí +1°C  +10 % metabolismu (respirace, potrava !) - min a max teplota pro přežití, různá podle životního stadia kyslíkový režim - O2 nutný k životu – respirace - obsah O2 závisí na teplotě, jeho rozdělení po profilu na turbulenci - zdroje – atmosféra, fotosyntéza  denní cyklus (někde) - spotřeba – respirace, rozklad org. látek, nitrifikace - různé organismy – různé nároky 141RIN

Vliv fyzických podmínek - pokračování vegetace ripariánní (břehová) - zastínění – vliv na teplotní režim – preference organismů (světlo/stín), maskování (ryby) - látkové vstupy - habitaty některých organismů (mrtvé dřevo, spadané listí, ...) mokřadní – na hranici voda – souš - nejvyšší produkce - habitaty - místo výtěru některých druhů ryb - nižší rychlosti – ukládání sedimentů akvatická (vodní) - v klidnějších, nezastíněných úsecích toku - habitaty - vytváření proudových stínů, sedimentace jemného materiálu - zarůstání koryta – často problém 141RIN

každý organismus potřebuje místo k bydlení + potravu Habitat každý organismus potřebuje místo k bydlení + potravu místo k bydlení – habitat – shrnutí všech fyzických podmínek makrohabitat – globální podmínky v dané lokalitě (nadmořská výška, gradient toku, průtokový, teplotní, kyslíkový režim, znečistění, ...) mesohabitat – lokální podmínky v dané lokalitě (charakter proudění, charakter dna, ... – peřej, tůň, brod, ...) mikrohabitat – lokální podmínky v místě pobytu daného organismu (rychlost, hloubka, substrát, možnost úkrytu, ...) každý organismus specifické nároky nutná diversita habitatů 141RIN

Základní typy habitatů 141RIN

Společenstva vod 1. Podle ekologického vztahu k základnímu substrátu Bentos = oživení dna (bakterie, řasy, hmyz, korýši, ...) Nekton = větší živočichové schopní vlastní lokomoce (ryby, hmyz, ...) Neuston = organismy vodní blanky (řasy, baktérie, larvy hmyzu, korýši) Pleuston = organismy žijící na hladině (rostliny, pavoukovci, hmyz) Plankton = organismy vznášející se ve vodě (baktérie, řasy, prvoci, ...) 1. Podle ekologického vztahu k základnímu substrátu 2. Podle účasti organismů v koloběhu látek Producenti: fytoplankton, fytobentos, makrofyta, (bakterie) Konzumenti: zooplankton, zoobentos, ryby, ptáci… (herbivoři, omnivoři, karnivoři, vrcholoví predátoři = dravci) grazing (pastva) – „částečná predace“ filtrátoři, škrabači, lovci, paraziti, parazitoidi… Reducenti (destruenti): bakterie, zoobentos drtiči, sběrači, filtrátoři, smetači 141RIN

Organismy autotrofní x heterotrofní autotrofní organismy – čerpají živiny z okolí a foto– či chemosyntézou je přetvářejí v buňky svého těla (řasy, makrofyta, některé bakterie). Na autotrofních organismech závisí produkce toku heterotrofní organismy – musí „přijít k hotovému“, živiny se pohybují v potravním řetězci tam, kde je vlastní produkce toku malá, jsou nutné externí vstupy živin Spirální koloběh látek a živin Produkce Dekompozice Uvolnění živin pro primární produkci sedimentace živiny 141RIN

Základní toky živin a energií 141RIN

Základní toky živin a energií 141RIN

Základní toky živin – koloběh O 141RIN

Základní toky živin – koloběh N 141RIN

Základní toky živin – koloběh P 141RIN

Zjednodušené schéma potravní sítě v toku DOM rozpuštěné org. látky FPOM jemný nerozp. org. materiál Shredders drtiči Collectors sběrači Grazers spásači 141RIN

Složení driftu se liší od složení bentosu poproudní transport allochtonního materiálu a vylétávajících dospělců (= Surface d.) poproudní transport bentických organismů (= True d.) Constant drift – kontinuální, náhodné přemísťování, nízká hustota organismů Catastrophic drift – pulzní, pohyby o vysokých hustotách způsobené fyzikálně-chemickými disturbancemi (vysoké průtoky, znečištění) Behavioral drift – periodický, výsledkem denní aktivity nebo vyhýbání se predátorům, konkurenci či jiným stresorům drift obsahuje většinu bentických bezobratlých, plůdek ryb a řasy některé taxony mají mnohem větší sklon ke driftování než taxony jiné Složení driftu se liší od složení bentosu drift je součástí „kolonizačního cyklu“ : poproudní úbytek larev (depopulace) je kompenzována protiproudovými lety adultních jedinců (samic) „production-compensation model“: poproudní drift představuje produkci v přebytku kapacity prostředí – drift je nízký, pokud je populace pod mezní kapacitou prostředí a zvyšuje se s jejím dosažením 141RIN

Má vodní tok všude stejné vlastnosti? nemá  jak se s tím vyrovnat? řád toku - zonální koncepty - další koncepty 141RIN

Řád toku á la Strahler klasický - toky stejného řádu různě velké , - co je hlavní tok? ... toky stejného řádu ± stejná velikost - dobrá korelace řádu toku a dalších veličin (počet toků, průměrná délka, plocha povodí, sklon, ...  v ekologii běžně používán 141RIN

Zonální koncept Frič (1872) – tzv. rybí pásma Huet (1952) prakticky totéž prameny a pramenné stružky (PR) pstruhové pásmo (PS) lipanové pásmo (L) parmové pásmo (P) cejnové (kaprové) pásmo (C) pásmo brakické vody (E) Illies a Botosaneanu 1962: eukrenon - pramen hypokrenon (PR) – pramenná stružka epirhitron (PS) – bystřina metarhitron - potok hyporhitron (L) - říčka epipotamon (P) - řeka metapotamon (C) - veletok hypopotamon (E) - estuár na základě makrozoobentosu jak vidno, v zásadě to samé, pouze jinak pojmenované  141RIN

epirhitron (PS): značný spád, kamenité dno, minimální sedimentace Charakteristiky hypokrenon (PR): pramenná stružka,málo vody – žádné ryby, teplota dána pramenem - nezamrzá epirhitron (PS): značný spád, kamenité dno, minimální sedimentace teplota ovlivňována pramenem méně, v zimě potok nezamrzá, v létě nepřesahuje teploty 16 °C, velmi dobré sycení vody kyslíkem (~100 %) organismy vázané na povrch kamenů dna, torrentilní druhy s adaptacemi k životu v proudu hyporhitron (L): zmírněný spád, častější tůně, kratší úseky bez peřejí, toky širokých horských údolí, částečně podhůří a říčky vysočin a pahorkatin dno kamenité, písčité nánosy řídké, pod trsy rostlin, velkých balvanů málo letní teploty pravidelně překračují 20 °C, téměř celá hladina zamrzá, kyslíkové poměry vyrovnané hlavními společenstvy bentos a nekton, celkový aspekt oživení podobný epirhitronu (převaha torrentilních forem), téměř chybí studenomilné (oligostenotermní) prvky 141RIN

Charakteristiky - pokračování epipotamon (P): podhorské toky s mělkým korytem, kameny menších rozměrů, řečiště mění po povodní svoji polohu, střídání mělkých peřejí a dlouhých tůní kde dochází k sedimentaci písku a jemnějšího detritu maximální letní teploty mohou přesahovat 25 °C charakter oživení výrazně ovlivněn strukturou dna – zřetelné rozdíly mezi biocenózou torrentilních a fluviatilních úseků, ryby vykazují největší diverzitu (tento úsek obývá většina našich ryb), výskyt eurytermních organismů, adaptovaných na kolísání teploty metapotamon (C): meandrující toky nížin, výskyt peřejí ojediněle, substrát dna tvořen štěrkopískem, v pomalejších částech toku je dno hlinitopísčité nebo bahnitopísčité životní podmínky rozmanité v závislosti na substrátu (chudě oživené písky, naopak vysoká biomasa v bahnitých úsecích toku), zajímavá společenstva na potopených předmětech (mechovky, houby, nezmaři) minimální proud umožňuje rozvoj říčního planktonu (potamoplanktonu) s dominancí vířníků a cykloteloidních rozsivek a drobných chlorokokálních řas (Scenedesmus) 141RIN

Základní problémy zonálních konceptů - jednotlivá pásma nejsou jednoznačně definována, často se překrývají - hranice pásem se mohou pohybovat v závislosti na fysických podmínkách (průtok, teplota, ...) - mohou vznikat druhotná pásma (kanalizovaná trať, nádrž, úsek pod přehradou, ...) v↓, h↑, T↑, ...  posun po proudu T↓  posun proti proudu 141RIN

River Continuum Concept Vannote et al. 1980 Struktura a fungování říčních společenstev v úseku pramen-oceán se mění a tuto změnu lze predikovat 1) transformace CPOM/FPOM 2) biologická diverzita 3) proporcionalita funkčních trofických skupin 4) teplotní amplituda 5) Produkce/Respirace 1. v pořadí 141RIN

RCC - pokračování 141RIN

kontrolní faktory: řád toku (Strahlerův) přísun org. C RCC - pokračování předpoklady: kontinuální gradient a vývoj v toku v podélném profilu - 1D stacionární koncept – vše teče korytem (jenom a pouze!), pořád stejně - dlouhé panenské řeky mírného pásma - komunikace s nivou = 0 - přísun org. C jen zvenčí na horním toku, dále jen transformace CPOM  FPOM  DOM kontrolní faktory: řád toku (Strahlerův) přísun org. C kritika: jen dlouhé panenské řeky s korytem typu kanálu bez nivy - věčně ustálený stav - přísun org. C nahoře systém dole neuživí - podklady pro produkci, diversitu, ..., nedostatečné       další koncepty 141RIN

Další koncepty – reakce na RCC Serial Discontinuity Concept (Ward & Stanford 1983) - kontinuum neexistuje, vývoj toku sestává z diskontinuit - diskontinuity posouvají stav kontinua po a proti proudu - nádrž/zdymadlo = posun po proudu (v↓, h↑, T↑) - pod nádrží posun proti proudu (↓T) kontrolní faktory: lokalizace, velikost, délka diskontinuity v↓, h↑, T↑, ...  posun po proudu T↓  posun proti proudu 141RIN

Další koncepty – reakce na RCC Stream Hydraulics Concept (Statzner & Higler 1985) jediný kontrolní faktor je hydraulika – rychlost proudění - bentos je kontrolován adaptací na proudění (rychlost, hloubka, sklon, drsnost, teplota) - zdroje org. C zanedbatelné popisuje vývoj biocenóz v systému/podélném profilu a jeho kontrolu 141RIN

Další koncepty – reakce na RCC Flood Pulse Concept (Junk et al 1989) 3D + čas - součástí říčního toku povodně (povodňové pulsy) - během sezóny různé stavy – koryto prázdné, plné, vybřežení, povodeň - povodeň kontroluje produkci v nivě - produkce v nivě se vrací do koryta - produkce toku je propojená s produkcí v nivě, je rozložená v sezóně kontrolní faktory: - retence v nivě, přísun splavenin, vliv na terestrickou produkci - intensita a trvání pulsu (povodně) - kolísání Q určuje diversitu habitatů (v korytě i v nivě) - vysoká hodnota P/R niva absorbuje účinky povodní (protipovodňová ochrana) „normální“ pulsy zvyšují diversitu v krajině, produkci ryb, ... retence v nivě snižuje přísun živin do toku (eutrofisace !) 141RIN

Děkuji za pozornost 141RIN