Vliv lidské činnosti na vodní prostředí

1. Vliv lidské činnosti na vodní prostředí

2. 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

3. Typy vlivů • Nadužívání vodních zdrojů • Hydromorfologické ovlivňování • Fragmentace habitatů • Znečišťování vod

4. Stresory hydromorfologická degradace: hydrologické ovlivnění degradace morfologie koryta eutrofizace organické znečištění toxické znečištění acidifikace tepelné znečištění klimatické změny obecná degradace

5. 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

6. Nadužívání vodních zdrojů • Odběry vody – obecně snížení průtoků nebo objemu nádrží potřeba: ze zdroje plus recyklovaná spotřeba: odpar, voda zabudovaná do výrobku, nebo vracená do vodního prostředí v jiném místě odpadní 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

7. Nadužívání vodních zdrojů • zadržování vody v nádržích typ 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 nádrže určitá kompenzace vlivu výše položené nádrže

8. Morfologické ovlivňování toků Regulace 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!

9. 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…)

10. Znečišťování vod • Samoznečištění • Antropogenní znečištění • Organické znečištění • Trofizace • Acidifikace • Toxické vlivy • Plošné • Bodové

11. 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

12. Trofie (úživnost) vody Procesy 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

13. 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)

14. Znečištění toxickými látkami Těžké 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

15. 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……

16. 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 čištění Přírodní: Akumulační – vyhnívací(anaerobní) laguny, jednorázově se napustí, vypouští se jako betamezosaprobní Asimilační – aerobní, trvalé zatěžování nanejvýš alfamezosaprobní vodou Stabilizační – série nádrží: anaerobní až aerobní fáze Vegetační čistírny – dočišťování, snížení trofie

17. ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD z bodových zdrojů Přírodní x umělé způsoby čištění Umělé: Městské čistírny OV (ČOV) • stupeň: mechanické předčištění (lapáky štěrku a písku, česle, lapáky tuků..) • Biologické čištění • Procesy založení na růstu a aktivitě organismů v přisedlé složce – biofilmu zkrápěné biologické kolony (biofiltry, rotační biodisky) • Procesy založení na růstu a aktivitě organismů v suspendované polykultuře - aktivovaný kal aktivační – aerační nádrže a separační – dosazovací jednotky Další způsoby čištění OV v průmyslu flotace, extrakce, sorbce, koagulace – čiření, filtrace… 3. stupeň čištění – odstraňování živin (fosfor!)

18. Biodiagnostika • 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).

19. Bioindikátor 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.

20. Bioindikátory - typy 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

21. Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy • Vlastnosti ideálního bioindikátoru: • Taxonomická spolehlivost a snadná determinace • Kosmopolitní rozšíření • Vysoká početnost • Nízká genetická a ekologická variabilita • Dostatečné velikost • Omezená pohyblivost, dlouhověkost • Dostatek autekologických informací • Vhodnost pro laboratorní studie • Pro sentinelové organismy navíc • Musí existovat jednoduchá, vždy platná korelace mezi obsahem polutantu v těle organismu a prostředí • Organismy musí snášet i maximální koncentrace polutantu v prostředí a rozmnožovat se za těchto podmínek (Helawell, 1986)

22. 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) • fyziologickézměny (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)

23. 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

24. Bioindikace a monitoring ekologického stavu povrchových vod: Principy Bioindikační metody odraz dlouhodobějšího stavu prostředí na sledované lokalitě reálné působení více faktorů (i v jejich interakci) na biotu náklady bývají nižší zjistíme do jaké míry je společenstvo nebo organismus ovlivněn nemůžeme 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.

25. 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.

26. 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.

27. Cesta šíření nepůvodních druhů • Geografická cesta, po níž se druh přesunuje mimo svůj přirozený areál • Asie - Evropa • S. Amerika - Evropa • Asie - Amerika - Evropa

28. Cesty severní koridor: Don, Volha, Ladožské jezero, Něvský záliv centrální koridor: Dněpr, Pripyat, Bug, Nemunas, Vistula, Odra jižní koridor: Dunaj, Tisa, Mohan, Rýn

29. 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

30. Oteplování vodních ekosystémů Místní 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

31. 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

32. 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

33. 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.

34. HODNOCENÍ EKOLOGICKÉHO STAVU VOD Součást Rámcové směrnice o vodách – tzv. WFD

35. WFD (WATER FRAMEWORK DIRECTIVE) APROXIMACE KOMUNITÁRNÍ LEGISLATIVY v oblasti VODA SMĚRNICE 2000/60/ES EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY z 23. října 2000 ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky

36. 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)

37. 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.

38. KLASIFIKACE EKOLOGICKÉHO STAVU Normativní definice klasifikace ekologického stavu: 5 stupňů 5 velmi dobrý 4 dobrý 3 střední 2 poškozený 1 zničený

39. METODY HODNOCENÍ • 3 přístupy: • hodnocení prováděno pomocí: • jednoduchých metrik* (single metric approach) • multimetrik (multimetric approach) • vícerozměrných analýz (multivariate approach) • *metrika - obecně ukazatel

40. Multimetriky Princip: kombinace několika jednoduchých metrik výběr metrik je dán jejich vypovídací schopností v daných podmínkách numerické škály jednotlivých metrik mají být převedeny do bezrozměrných hodnot v obvykle ordinální škále 1 - 5 výsledné hodnocení je dáno jednou hodnotou ta je buď průměrem výsledků jednotlivých metrik nebo se rovná nejnepříznivějšímu hodnocení (the worst scenario) obvykle v ordinální škále 1 - 5 Vyvinuto a preferováno v USA původně pro hodnocení rybích společenstev: Index of Biotic Integrity - IBI

41. Typy sledování Survey Surveillance Monitoring Survey časově limitovaný, intenzivní program měření a hodnocení kvality prostředí pro specifické účely (např. před stanovením designu monitoringu, účelové studie...) Surveillance opakovaná „survey“ průběžná, specifická měření, pozorování a hodnocení pro potřeby managementu životního prostředí a operativu (např. systémy rychlého varování - early warning systems)

42. 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

43. Monitoringvod • Monitorováním vod se rozumí zjištování a hodnocení stavu povrchovýcha podzemních vod, které zajištují správci povodí a další poverené odborné subjektypodle § 21 odst. 4 vodního zákona. • Programy monitoringu slouží pro zjištování stavupovrchových a podzemních vod podle § 21 odst.2 písm. a) vodního zákona. • Programymonitoringu podle požadavku Rámcové smernice 2000/60/ES se zpracovávajív souladu s Guidance dokumentem c. 7 „Monitoring under the Water FrameworkDirective“. • situační monitoring – dlouhodobé změny, plánování • provoznímonitoring – aktuální stav, krátkodobé změny, management • průzkumný monitoring – mimořádné situace • monitoring kvantitativního stavu povrchových a podzemních vod

44. Ideální metoda pro biomonitoring • 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

45. Ideální nástroj pro biomonitoring Very bad • The ideal biomonitoring tool would be • “a freeze dried, talking fish on a stick” • Cairns J. Jr. 1988. Politics, economics, science/going bezond disciplinary boundariesto protect aquatic ecosystems. A Great Lakes Focus, pp. 1-16. New York: Wiley.