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