vliv lidské činnosti na vodní prostředí
DESCRIPTION
Vliv lidské činnosti na vodní prostředí. Ekologická perturbace – narušení. 2 složky: Disturbance „ pulse“ „press“ – rychlý nástup „ramp“ – postupně se zvyšující intenzita (a obvykle i šíření v prostoru Odpověď bioty na disturbance resistence resilience. Typy vlivů. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Vliv lidské činnosti na vodní prostředí
Ekologická perturbace – narušení
• 2 složky:
1. Disturbance„pulse“„press“ – rychlý nástup„ramp“ – postupně se zvyšující intenzita (a
obvykle i šíření v prostoru
2. Odpověď bioty na disturbance resistenceresilience
Typy vlivů
• Nadužívání vodních zdrojů
• Hydromorfologické ovlivňování
• Fragmentace habitatů
• Znečišťování vod
Stresory
hydromorfologická degradace: hydrologické ovlivněnídegradace morfologie koryta
eutrofizaceorganické znečištěnítoxické znečištěníacidifikace
tepelné znečištěníklimatické změny
obecná degradace
Změny v krajině• Změny povrchových odtokových poměrů v krajině od starověku: zemědělství, odlesňování, vysoušení mokřadů (meliorace) a výstavba rybníků, scelování pozemků:
– změna vodní jímavosti půdy– změna objemu a distribuce průtoků – eroze (voda ovlivňuje krajinu, splachy ovlivňují vodní prostředí)
• Změny přirozených průtokových režimů, změna zásob vod v krajině
– komplexní důsledky pro abiotické podmínky ve vodním prostředí (teplota, chemismus, proudění, hloubka, ztráta habitatů etc.), změny ve společenstvech
Nadužívání vodních zdrojů• Odběry vody – obecně snížení průtoků nebo objemu nádrží
potřeba: ze zdroje plus recyklovanáspotřeba: odpar, voda zabudovaná do výrobku, nebo vracená do vodního prostředí v jiném místěodpadní voda: vrací se v místě spotřeby nebo poblíž něho
Vlivy odběrů – průmysl: znečišťování, havárie– závlahy: zasolování půd, zvyšování salinity v nádržích– odběry pitné vody z podzemí – pokles hladiny spodní vody
• Snížené průtoky či objemy zesilují negativní působení dalších vlivů
Nadužívání vodních zdrojů
• zadržování vody v nádržíchtyp a míra vlivu závisí na velikosti nádrže, manipulaci (odtok z
epilimnia/hypolimnia), umístění na toku (ritrál/potamál)
– změna přirozeného průtokového režimu pod nádržemi (sezónní, denní – energetické špičkování)
– změny teploty, chemismu, proudění….změna habitatů, potravní nabídky…(např. montanizace dolních úseků toků)
– změna režimu plavenin a splavenin• plaveniny: částice unášené ve vodním sloupci• splaveniny: částice posouvané či valené po dně ukládané na určitém místě
koryta
– migrační bariéra– zánik původních biotopů a biocenóz
• vyrovnávací nádržeurčitá kompenzace vlivu výše položené nádrže
Morfologické ovlivňování tokůRegulace toků:
snížení diverzity habitatů, ztráta habitatů
zejména pod rouškou protipovodňové ochrany – „zkapacitnění“ koryta, ochrana intravilánů, zamezení eroze, změny trasy toku kvůli různé výstavbě
– napřímení – zrychlení odtoku– bagrování – splavnost, kapacita koryta - – zaklenutí (zatrubnění)– opevnění – nejhorší tvrdé opevnění dna - narušení komunikace s hyporeálem
– příčné stavby na tocích• narušení migračních koridorů – migrační bariéry (určité řešení: balvanité skluzy, rybí
přechody)• fragmentace biotopů, populací, ekosystémů
– likvidace břehových porostů (stromy působí problémy při povodních a komplikují údržbu toků x význam dřevní hmoty ve vodě!
Vliv lidské činnosti na rybníky• Vápnění – desinfekce, urychlení mineralizace
• Vysekávání porostů – zvětšení prostoru pro ryby, zbrždění zazemňování, úbytek habitatů…
• Vyhrnování dna - zvětšení prostoru, likvidace bentosu
• Hnojení a krmení – cílem je zvýšení produktivity
• Zimování a letnění rybníků – vypuštění rybníků s cílem zlepšení sktruktury substrátu dna, likvidace porostů mikro- i makrofyt, parazitů. Zimování může část hydrobiontů přežít. Letnění (výsev rostlin na zelené hnojení) – likvidace hydrobiontů.
• Organofosfáty: selektivně ovlivňují složení fauny, kumulace v biomase – nežádoucí!
• Lépe mechanické zásahy (vysekávání makrofyt, aerace, stínění…)
Znečišťování vod
• Samoznečištění• Antropogenní znečištění
• Organické znečištění• Trofizace• Acidifikace• Toxické vlivy
• Plošné• Bodové
Organické znečištění• míněno: lehce odbouratelnými organickými látkami (nikoliv perzistentní
organické polutanty)• Zdroje: komunální znečištění, zemědělství, potravinářský průmysl –
cukrovary…• Rozklad organických látek – spotřeba kyslíku, až anaerobní stavy –
saprobní (hnilobné procesy)• Saprobita
– katarobita (podzemní vody, prameny) – limnosaprobita (v povrchových vodách)
• xenosaprobita - velmi čistá voda• oligosaprobita• betamezosaprobita• alfamezosaprobita• polysaprobita voda - velmi silně znečištěná
– eusaprobita (odpadní vody)
• Indikace: BSK5 – biologická spotřeba kyslíku• Bioindikace – saprobiologické hodnocení, saprobní indexy
• Procesy samoznečištění a samočištění ve vodách
Trofie (úživnost) vodyProcesy ve vodách související s biodostupností forem dusíku a fosforu – trofizace (eu-,
hyper-)
Projevy:• Vegetační zákal – drobné planktonní řasy (zdroj potravy!)• Vodní květ – větší koloniální nebo vláknité sinice (nebo i řasy), toxiny• Bentické sinice a rozsivky – na povrchu sedimentů, posléze natantní (hladinové
koberce – ovlivňují výměnu plynů)• Zelené vláknité řasy (ne toxiny, ale alelopatické látky)• Vyšší vodní vegetace
Omezování:• Zabránit přísunu živin• Zpomalit koloběh živin• Odstranění živin, odstranění biomasy
Indikace• Podle koncentrace N a P ve vodě• Podle růstové odezvy in vitro• Podle in situ realizované zvýšené koncentrace biomasy fototrofů• Hodnocení podle změn v druhovém složení – fytoplankton, fytobentos, makrofyta
Acidifikace
Okyselování vod
• Problém především 2. poloviny 20. století – přetrvává dodnes• Příčina: kyselé deště (oxid siřčitý a NOx ze spalování fosilních paliv
do ovzduší – dešťová voda má pH 4-4,5 namísto 5-6.• Nejdříve úbytek hydrouhličitanů, ztráta pufrační kapacity vody, pak
nárůst koncentrace hliníku – toxický vliv na hydrobionty. • Dojem čisté vody, nízká druhová bohatost. • Problém se zesiluje v oblastech s kyselým podložím (např. žula)
Indikace• pH• Alkalinita• Bioindikace (citlivé druhy mizí)
Znečištění toxickými látkamiTěžké kovy
• cca 40 prvků, specifická hmotnost vyšší než 5 g/m3: Hg, Cr, Pb, Ni, Zn, Cu
• Stopové prvky – nezbytné pro organismy• Součást přirozeného pozadí (liší podle místních podmínek).• Vyšší koncentrace – toxické působení• Zdroje: těžba a zpracování rud a uhlí, spalování fosilních paliv,
průmysl, pesticidy
Ropné látky a uhlovodíky,
PTBs – perzistentní organické polutanty PAU (naftalen, antracen), PCB…tendence k akumulaci, odolnost k degradativním procesům
Hodnocení toxicity• Testy akutní toxicity – hodiny až max. týden, vysoké dávky
• Testy subchronické toxicity – týdny, cca 10 % normální délky života testovaného organismu, střední dávky
• Testy chronické toxicity – měsíce až roky, nízké dávky
• LC50 koncentrace, při níž v testu akutní tox. uhyne 50 % pokusných organismů
• Extrémně……málo jedovaté látky
• Pokusné organismy– Druh je v přírodě snadno dosažitelný– Dá se snadno chovat v laboratorních podmínkách – Zřetelně reaguje na toxickou látku– Scenedesmus quadricauda, Elodea canadensis, Daphnia magna,
Asellus aquaticus, Cyprinus carpio……
ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD z bodových zdrojů
Typy odpadních vod• průmyslové – různé typy• zemědělské – lehce odbouratelné organické látky, pesticidy…• komunální - lehce odbouratelné organické látky, detergenty, ale např. i hormony,
rtuť…patogeny (ze zdrav. zařízení)
Jednotná x oddílná kanalizace (zvlášť tzv. dešťová k.)
Biologické čištění odpadních vod (OV)- využití OV jako substrátu pro růst biomasy
Přírodní x umělé způsoby čištěníPřírodní: Akumulační – vyhnívací(anaerobní) laguny, jednorázově se napustí, vypouští se jako
betamezosaprobníAsimilační – aerobní, trvalé zatěžování nanejvýš alfamezosaprobní vodouStabilizační – série nádrží: anaerobní až aerobní fáze
Vegetační čistírny – dočišťování, snížení trofie
ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD z bodových zdrojů
Přírodní x umělé způsoby čištění
Umělé:
Městské čistírny OV (ČOV)1. stupeň: mechanické předčištění (lapáky štěrku a písku, česle, lapáky tuků..)2. Biologické čištění
1. Procesy založení na růstu a aktivitě organismů v přisedlé složce – biofilmuzkrápěné biologické kolony (biofiltry, rotační biodisky)
1. Procesy založení na růstu a aktivitě organismů v suspendované polykultuře - aktivovaný kalaktivační – aerační nádrže a separační – dosazovací jednotky
Další způsoby čištění OV v průmysluflotace, extrakce, sorbce, koagulace – čiření, filtrace…
3. stupeň čištění – odstraňování živin (fosfor!)
využívá znalostí o zákonitých vazbách mezi:
• kolísáním výskytu• chováním• tělesnou kondicí• morfologickými znaky• fyziologickými pochody• populační dynamikou organismů (bioindikátorů)• velikostí a strukturou jejich společenstev a mezi:
• podmínkami prostředí, zejména podmínkami výjimečnými a kvalitativně změněnými k:
hodnocení odchylek od normálu jako nepřímých ukazatelů stavu a vývoje prostředí.
(Nováková in Dykyjová, 1989).
Biodiagnostika
Organismus nebo společenstvo, jehož životní funkce jsou korelovány s faktory prostředí tak těsně, že mohou sloužit jako jejich ukazatele se nazývá bioindikátor.
Biologická indikace vychází z principu ekologické valence (Hess, 1924)
Druhy stenovalentní jsou lepšími indikátory než euryvalentní - mají vyšší indikační váhu.
Bioindikátor
organismus (popř. jeho část či společenstvo organismů), který obsahuje kvantitativní či kvalitativní informaci o stavu prostředí nebo jeho části.
Biomonitor takový bioindikátor, který zahrnuje informaci o kvantitativních aspektech kvality prostředí.
Sentinelový organismus - kumuluje ve svém těle polutanty z prostředí. Analýza tkání sentinelových organismů umožní odhad koncentrace polutantu v prostředí.
Biomarker - xenobiotiky navozená změna v buněčných nebo biochemických složkách, procesech, strukturách nebo funkcích, která je měřitelná v biologickém systému či vzorku
Bioindikátory - typy
Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy
Vlastnosti ideálního bioindikátoru:
1. Taxonomická spolehlivost a snadná determinace2. Kosmopolitní rozšíření3. Vysoká početnost4. Nízká genetická a ekologická variabilita5. Dostatečné velikost6. Omezená pohyblivost, dlouhověkost7. Dostatek autekologických informací8. Vhodnost pro laboratorní studie
Pro sentinelové organismy navíc1. Musí existovat jednoduchá, vždy platná korelace mezi obsahem
polutantu v těle organismu a prostředí2. Organismy musí snášet i maximální koncentrace polutantu v
prostředí a rozmnožovat se za těchto podmínek (Helawell, 1986)
Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy
Bioindikace může probíhat na úrovni:
• subbuněčné a buněčné např. tkáňové kultury, indikace toxikologického rizika působení
xenobiotik. • jedince a populace
biochemické změny - např. aktivita cholinesterázy (Ephemerella nebo Hydropsyche při hodnocení vlivu organofosfát. insekticidů)
fyziologické změny (např. spotřeba kyslíku u Chironomus)
morfologické deformity (pakomáři)
změny v chování (zvýšená pohybová nebo driftová aktivita)
změny v životních cyklech (přežití, růst, mortalita, rozmnožování, vývoj a emergence)
kumulace polutantů (viz sentinelové organismy)
Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy
Bioindikace může probíhat na úrovni:
populace a společenstva druhů
indexy diverzity
indexy srovnávací
biotické indexy a skore - založeny na konceptu indikátorových druhů, hodnoceny vzhledem k určitému polutantu podle míry tolerance či citlivosti jednotlivých taxonů vůči tomuto polutantu.
multivariační metody
Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy
Bioindikační metody
odraz dlouhodobějšího stavu prostředí na sledované lokalitěreálné působení více faktorů (i v jejich interakci) na biotunáklady bývají nižší zjistíme do jaké míry je společenstvo nebo organismus ovlivněnnemůžeme přesně stanovit příčinu a např. přímo kvantifikovat
koncentraci polutantu. Optimální využití kombinovaného postupu.
V biomonitorovacích programech: bioindikační metody k vyhledávání problematických lokalit, které jsou pak zkoumány i pomocí nákladných fyzikálně-chemických analýz.
Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy
Metody hodnocení ekologického stavu povrchových vod pro WFD
využívají především:
• společenstva druhů – druhová shromáždění (assemblages)
doplňkově:
• sentinelové organismy
Používané postupy budou uvedeny u jednotlivých složek bioty.
Nepůvodní druh (alien, non-indigenous, non-native, exotic, foreing)
• Druh, poddruh nebo nižší taxon introdukovaný mimo svůj přirozený, dřívější nebo současný areál.
Invazivní nepůvodní druh(invasive alien species)
• Nepůvodní druh, jehož introdukce anebo šíření ohrožuje biologickou diverzitu
Mlýkovský J. a Stýblo P., eds., 2006: Nepůvodní druhy fauny a flóry České republiky. Praha. ČSOP.
Cesta šíření nepůvodních druhů
• Geografická cesta, po níž se druh přesunuje mimo svůj přirozený areál
• Asie - Evropa
• S. Amerika - Evropa
• Asie - Amerika - Evropa
severní koridor: Don, Volha, Ladožské jezero, Něvský záliv
centrální koridor: Dněpr, Pripyat, Bug, Nemunas, Vistula, Odra
jižní koridor: Dunaj, Tisa, Mohan, Rýn
Cesty
Vektor
• Fyzický prostředek nebo zařízení v němž nebo na němž se druh přesouvá.
• lodní doprava (nárosty, balastní voda)• akvarijní organismy, akvakultury• kanály spojující řeky a povodí• záměrná a náhodná introdukce• rybí násada• vodní ptáci• samovolné šíření
Oteplování vodních ekosystémůMístní až globální vliv
Místní vlivy• většinou vypouštění oteplených vod z elektráren, ale i
hlubinné důlní vody, výtoky z nádrží. • Vazba na obsah kyslíku ve vodách a další fyz.-chem.
ukazatele. • Významná je distribuce vypouštění (nepřirozené
vyrovnání nebo nepřirozené kolísání teplot).
– Kvalitativní i kvantitativní změny společenstev, vliv na rychlost vývoje, reprodukci, vymizení citlivějších druhů.
Globální vlivy – klimatické změny
Změny klimatu • Předpokládané změny klimatu:
– změny (nárůst?) teploty vzduchu– změny chodu teplot – změny srážkového režimu– různé scénáře vývoje klimatu podle různých modelů
• Důsledky pro akvatické ekosystémy:– změny teploty vody (korelováno s t vzduchu)– změny hydrologického režimu a morfologie toků– změny fyzikálně-chem. a chem. vlastností vody
Změny klimatu
– změny teploty vody • vazba na průtoky, na landuse v povodí
• vliv na intenzitu f.-chem., chem., biochemických a biol. procesů
ve vodním prostředí – změny hydrologického režimu a morfologie toků
• rozkolísané průtoky – povodně, nízké průtoky, sucho• korytotvorné průtoky, plaveniny, splaveniny• vztah k jakosti vody: zhoršení/zlepšení• vytváření a zanikání habitatů
– změny fyzikálně-chem. a chem. vlastností vody• ve vazbě na předchozí body – saprobita, trofie, toxicita,
acidifikace
Změny klimatu Předpokládané odezvy (empiricky ověřeno)
– změny v druhovém složení - vymizení druhů z určité oblasti – vyhynutí, změny areálů
– změny ve funkčním složení – geologické a environmentální faktory včetně f. klimatických – působí hierarchicky na různých škálách – selekce druhů s vhodnými vlastnostmi
– podél environmentálních gradientů existují rozdíly v morfologických, behaviorálních, fyziologických vlastnostech druhů
– tedy: v regionech s různým klimatem je biota s různým taxonomickým i funkčním složením
Změna klimatu – změna bioty též z hlediska funkční struktury.
Předpoklad: funkční str. méně citlivá než druhové složení.
HODNOCENÍ EKOLOGICKÉHO STAVU VOD
Součást Rámcové směrnice o vodách – tzv. WFD
WFD (WATER FRAMEWORK DIRECTIVE)
APROXIMACE KOMUNITÁRNÍ LEGISLATIVYv oblasti VODA
SMĚRNICE 2000/60/ESEVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY
z 23. října 2000ustavující rámec pro činnost Společenství v
oblasti vodní politiky
Přístupy k hodnocení ekologického stavu toků - obecně:
typově specifický x lokálně specifický
(type specific x site specific)
specifický vůči stresoru x nespecifický vůči stresoru (obecně degradace)
(stressor specific x general degradation)
Požadavky Rámcové směrnice EU o vodách na metody hodnocení stavu vodních toků
• Provádět typově specifické hodnocení toků. Navrženy jsou dva systémy typologie toků (systém A, B).
• Biologické prvky pro hodnocení ekologického stavu toků:• fytoplankton, perifyton, makrofyta, makrozoobentos a ryby.
• Definici cílového ekologického stavu založit na přirozených - referenčních podmínkách (velmi dobrý ekologický stav).
• Definovat čtyři stupně ovlivnění.
• Přesně definovat, jak bude ekologický stav zjišťován.
KLASIFIKACE EKOLOGICKÉHO STAVU
Normativní definice klasifikace ekologického stavu:
5 stupňů
5 velmi dobrý4 dobrý3 střední2 poškozený1 zničený
METODY HODNOCENÍ 3 přístupy:
hodnocení prováděno pomocí:
•jednoduchých metrik* (single metric approach)
•multimetrik (multimetric approach)
•vícerozměrných analýz (multivariate approach)
*metrika - obecně ukazatel
Multimetriky Princip:
kombinace několika jednoduchých metrikvýběr metrik je dán jejich vypovídací schopností v daných podmínkách numerické škály jednotlivých metrik mají být převedenydo bezrozměrných hodnot v obvykle ordinální škále 1 - 5
výsledné hodnocení je dáno jednou hodnotou
ta je buď průměrem výsledků jednotlivých metriknebo se rovná nejnepříznivějšímu hodnocení (the worst scenario)
obvykle v ordinální škále 1 - 5
Vyvinuto a preferováno v USApůvodně pro hodnocení rybích společenstev: Index of Biotic Integrity - IBI
SurveySurveillanceMonitoring
Surveyčasově limitovaný, intenzivní program měření a hodnocení kvality prostředí pro specifické účely (např. před stanovením designu monitoringu, účelové studie...)
Surveillanceopakovaná „survey“průběžná, specifická měření, pozorování a hodnocení pro potřeby managementu životního prostředí a operativu (např. systémy rychlého varování - early warning systems)
Typy sledování
Monitoring
• dlouhodobé standardizované měření, pozorování a hodnocení životního prostředí
• s cílem definovat současný stav a trendy
• organizován na rutinní bázi s dobře definovaným souborem sledovaných proměnných a standardizovanou metodikou
• kontrolní místa a frekvence odběrů je fixní
• hodnocení výsledků je standardizováno a jejich prezentace musí být ve schválené podobě
Typy sledování
Monitorováním vod se rozumí zjištování a hodnocení stavu povrchových a podzemních vod, které zajištují správci povodí a další poverené odborné subjekty podle § 21 odst. 4 vodního zákona.
Programy monitoringu slouží pro zjištování stavu povrchových a podzemních vod podle § 21 odst.2 písm. a) vodního zákona.
Programy monitoringu podle požadavku Rámcové smernice 2000/60/ES se zpracovávají v souladu s Guidance dokumentem c. 7 „Monitoring under the Water Framework Directive“.
- situační monitoring – dlouhodobé změny, plánování
- provozní monitoring – aktuální stav, krátkodobé změny, management
- průzkumný monitoring – mimořádné situace
- monitoring kvantitativního stavu povrchových a podzemních vod
Monitoring vod
Výchozí předpoklady metoda je:• založena na ověřeném ekologickém konceptu • a priori prediktivní• schopna vyhodnotit ekologické funkce• schopna vyhodnotit obecnou degradaci i odlišit specifické typy
Implementační předpoklady• nízké náklady na terénní anebo laboratorní práce• jednoduchý odběrový protokol• nízké náklady na taxonomickou determinaci
Požadavky na výstupy• aplikovatelné napříč ecoregiony• jasná indikace obecné degradace i vlivu jednotlivých stresorů• indikace v lineárním měřítku
Ideální metoda pro biomonitoring
The ideal biomonitoring tool would be
“a freeze dried, talking fish on a stick”
Cairns J. Jr. 1988. Politics, economics, science/going bezond disciplinary boundaries to protect aquatic ecosystems. A Great Lakes Focus, pp. 1-16. New York: Wiley.
Biologickéspolečenstvo
Indexovéhodnoceníspolečenstva•Jednoduchý výpočet, ale individualita taxonůztracena ve výpočtu•Porovnánínaměřených hodnot s referenčními podmínkami•Referenčnípodmínky získány výpočtem nebo expertně
= XVícerozměrnémodelováníreferenčního složeníspolečenstev•Srovnána podobnost modelového (referenčního) a skutečného společenstva•Komplexnívytěženíinformace o biologických složkách, ale náročnéna data
Srovnánís expertněurčeným společenstvem•Srovnána podobnost expertněurčeného referenčního a skutečného společenstva
Pomocnéproměnné
Vícerozměrnápodobnost s referenčním stavem•Shrnutípodobnosti ve fyzikálněchemických parametrech a hydromorfologiioproti jejich referenčním hodnotám (určeny statisticky nebo expertně)Ref.
Biologickéspolečenstvo
Indexovéhodnoceníspolečenstva•Jednoduchý výpočet, ale individualita taxonůztracena ve výpočtu•Porovnánínaměřených hodnot s referenčními podmínkami•Referenčnípodmínky získány výpočtem nebo expertně
= XVícerozměrnémodelováníreferenčního složeníspolečenstev•Srovnána podobnost modelového (referenčního) a skutečného společenstva•Komplexnívytěženíinformace o biologických složkách, ale náročnéna data
Srovnánís expertněurčeným společenstvem•Srovnána podobnost expertněurčeného referenčního a skutečného společenstva
Pomocnéproměnné
Vícerozměrnápodobnost s referenčním stavem•Shrnutípodobnosti ve fyzikálněchemických parametrech a hydromorfologiioproti jejich referenčním hodnotám (určeny statisticky nebo expertně)Ref.
Very bad
Ideální nástroj pro biomonitoring