WYKŁAD I

Hydrobiologia- nauka badająca życie w wodach. Część dyscypliny- hydrologii

Hydrologia:

- oceanobiologia- nauka o wodach słonych np. oceany, morza

- limnologia- nauka o wodach słodkich np. jeziora

- potamobiologia- dziedzina, która dotyczy rzek

Organizmy w ścisłej wzajemnej relacji z otaczającym środowiskiem- hydrobiologia= ekologia środowisk wodnych.

Hydrobiologia- nauka kompleksowa:

- otoczenie zbiornika (geomorfologia, geologia, gleboznawstwo, hydrografia)

- fizyczno- chemiczne właściwości wody (hydrochemia)

- taksonomia, anatomia, morfologia

- genetyka i ewolucjonizm

- fizjologia, ekologia i etologia

Historia hydrobiologii

1869 r.- publikacja Forela dotycząca fauny dennej jeziora Genewskiego- początek badań naukowych jezior

1873-1876- badania jeziora Bajkał przez B. Dybowskiego

Początek XX w.- dynamiczny rozwój limnologii

Stacje badawcze nad jeziorami

1892 r. nad jeziorem Plon (kierowana przez wiele lat przez A. Thienemanna)

1920-1939 Stacja Hydrobiologiczna nad jeziorem Wigry

Obecnie- Stacja Hydrobiologiczna w Mikołajkach, Stacja Limnologiczna w Iławie, Stacja Hydrobiologiczna w Piasecznie (1970 r.)

Od 1959 r. Towarzystwo Hydrobiologiczne, cel: „wspieranie rozwoju i upowszechniania dorobku hydrobiologii i nauk pokrewnych”

1922- SIL (Societas Internationalis Limnologiae)

Konferencje, Kongresy SIL

Czasopisma fachowe:

W Polsce:

- Ecohydrology & Hydgobiology

- Polish Ecological Studies

- Polish Journal of Ecology

- Wiadomości Hydrobiologiczne

Na świecie:

- Archiv fur Hydrobiologie

- Freshwater Biology

- Hydrobiologia

- Limnology & Oceanography

WYKŁAD II

Historia hydrobiologii

Benedykt Dybowski (1833- 1930)- współtwórca limnologii.

„ Badacz Syberii, zoolog, lekarz, działacz społeczny; 1862-1864 profesor w Warszawskiej Szkole Głównej, uczestnik powstania styczniowego, w latach 1865-1879 na zesłaniu na Syberii, 1879-1883 dobrowolnie jako lekarz na Kamczatce, od 1884 roku profesor Uniwersytetu we Lwowie, członek PAU. Odkrył dla nauki Bajkał, wykazał jego reliktowy charakter, opisał około 400 form jego fauny, badał hydrologię i klimat, stworzył własną teorię pochodzenia jeziora i jego fauny, autor opracowań fauny syberyjskiej i kamczackiej, opiniujący wiele nie znanych wcześniej gatunków, zwłaszcza ryb dorzecza Amuru i jeziora Bajkał, popularyzator darwinizmu. Opublikował z górą 350 prac w tym także antropologiczne, społeczno- polityczne i pamiętniki”.

Z ogromnej liczby jego prac naukowych opublikowanych po polsku warto wymienić: „Zęby zwierząt ssących” (Kosmos, t. 14, 1908), „Sen i marzenia senne” (1907). Podróże swe opisał w pamiętniku „O Syberii i Kamczatce” (I cz. 1912). W 1923 roku wydał największą rozprawę „O światopoglądach starożytnych i naukowych”.

Uczniowie Dybowskiego: Mieczysław Grochowski i Włodzimierz Kulczycki.

Prof. Jan Grochmalicki (1883- 1936)- współpracownik Dybowskiego z okresu kiedy był na emeryturze, kierownik Katedry Zoologii Uniwersytetu Poznańskiego w latach 1919- 1936, mistrz prof. Gabriela Brzęka, twórcy hydrobiologii lubelskiej.

Prof. Gabriel Brzęk (1908- 2002)- dr.h.c. Akademii Rolniczej i Akademii Medycznej w Lublinie. Nestor polskiej zoologii, współtwórca lubelskiego Wydziału Farmaceutycznego. Autor wielu prac z dziedziny hydrobiologii i historii nauk przyrodniczych.

Franciszek Alfons Forel (1841- 1912)- twórca limnologii, profesor fizjologii, lekarz i przyrodnik z Lozanny.

1869 r.- badania jeziora Genewskiego- Monografia jeziora Genewskiego

Stanisław Bernatowicz (1910- 2005)- hydrobiolog, profesor Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego Akademii Rolniczej w Warszawie, senator RP I kadencji.

1951 r.- utworzenie Stacji Hydrobiologicznej w Mikołajkach- organizator i pierwszy kierownik mgr Andrzej Szczepański (1924- 1983).

Od 1992 r.- Stacja Morska UG w helu- kierownik dr hab. Krzysztof Skóra. Stacja zajmuje się fokami i morświnami. Stacja bierze udział w akcji o kryptonimie Ascoban.

Morświn- delfin bałtycki, populacja liczy parę set sztuk, długość ciała do 1,5m> Wymagają dużych przestrzeni są podatne na stres, na ogół padają ofiarą sieci rybackich, nie nadają się do hodowli.

WYKŁAD III

Ekosystem wodny:

- komponent abiotyczny- woda, osady = biotop (miejsce życia)

- komponent biotyczny- organizmy = biocenoza

Zmienność warunków środowiskowych a walencja (tolerancja) ekologiczna:

- organizmy stenotopowe (pstrąg potokowy) i eurytopowe (szczupak, ośliczka)- w stosunku do biotopów

- organizmy steno i eurytermiczne, steno i euryhalinowe- w stosunku do czynników środowiskowych abiotycznych

steno- wąski, eury- szeroki

Biotopem dla całej biocenozy jest środowisko nieożywione. Biotopem dla gatunku będzie zespół czynników składających się ze środowiska ożywionego i nieożywionego.

Czynniki ekologiczne:

- abiotyczne (fizyczne i chemiczne)

- biotyczne (ze strony innych organizmów)

- pokarmowe czyli troficzne

Rodzaje wód powierzchniowych:

1. Wody płynące (strugi, strumyki, strumienie, potoki, rzeki)- płynące pod wpływem siły ciężkości korytem naturalnym, zasilane powierzchniowo i podpowierzchniowo wodą na obszarze jej dorzecza.

2. Wody stojące (stawy, jeziora)- zbiorniki śródlądowe stanowiące naturalne zagłębienia terenu wypełnione wodą gruntową (mogą być dodatkowo zasilane wodą wgłębną).

Siły sprawcze krążenia wody w przyrodzie:

- siła grawitacji (powoduje, że woda opada)

- energia słoneczna (powoduje, że woda paruje)

Skład chemiczny wody zależy od:

- zlewni (nawożenie, ścieki, wielkość zlewni, od sposobu zagospodarowania zlewni, budowy geologicznej zlewni, składu chemicznego skały macierzystej, ukształtowania powierzchni terenu- duże spadki łatwo generują procesy erozji, szaty roślinnej- dużo roślin zatrzymuje więcej wody i dzięki temu wypłukiwanie jest znikome.

- powietrza atmosferycznego

Warunki istnienia zbiorników powierzchniowych:

- zagłębienie terenu o odpowiedniej głębokości

- odpowiednio wysoki poziom lustra wód gruntowych = odpowiednio duże zasilanie (zależy od wielkości opadów atmosferycznych i powierzchni zlewni)

Dział wodny- linia łącząca najwyższe punkty wokół zbiornika.

Granice Polski w dużej mierze stanowią dział wodny Bałtyku.

Naturalne uwarunkowania jakości wód:

- skład chemiczny opadów (zasilanie wód w N i P, metale ciężkie, itp.)

- rodzaj gleb i skał w zlewni

- rodzaj szaty roślinnej w zlewni (wychwytywanie biogenów)

- typ roślinności w najbliższym otoczeniu zbiornika (murawa, krzewy, zadrzewienia)

- nachylenie stoków zbiornika (problem erozji)

Antropogeniczne uwarunkowania jakości wód:

- zanieczyszczenie atmosfery i gleb

- sposób użytkowania gleb

- zrzuty ścieków, zanieczyszczenia pestycydami

- sposób prowadzenia gospodarki rybackiej

Własności wody:

Budowa dipolowa i jej konsekwencje

Kąt 105^o- między wiązaniami H- silny moment dipolowy- skłonność do tworzenia wielocząsteczkowych skupień.

Przy zamarzaniu- skokowa zmiana struktury wody, agregaty cząsteczki są luźno upakowane.

Anomalia gęstościowa:

- gęstość wody najwyższa w temperaturze 4^oC

Dzięki anomalii woda nie zamarza do dna!

Duże ciepło właściwe (potrzeba dużo energii do jej ogrzania i ochłodzenia).

Buforujący wpływ na klimat:

Powolne i przewidywalne zmiany temperatury w cyklu rocznym i dobowym.

Lepkość:

- wskutek tworzenia agregatów woda nie przepływa swobodnie (oddziałuje siła lepkości i opór, jaki stawia woda)

- lepkość odwrotnie proporcjonalnie zależna od temperatury wody

Lepkość wody 400 razy większa od powietrza.

Fizyczno- chemiczne właściwości wód powierzchniowych.

TEMPERATURA

Źródło ciepła

- promieniowanie słoneczne

-wpływ na rozpuszczalność tlenu w wodzie- odwrotnie proporcjonalna do temperatury!!!

Wraz ze spadkiem temperatury następuje wzrost gęstości wody. Siła oddziaływania wiatru maleje wraz z głębokością i dlatego powstaje stosunkowo ostra granica między cieplejszymi mieszanymi wodami powierzchniowymi i zimniejszymi wodami głębiej położonymi. Wskutek tego wykształca się typowy profil temperatury, jezioro stratyfikowane z podziałem na piętra:

- epilimnion- woda ciepła leży na wierzchu ponieważ jest lżejsza

- metalimnion - termoklina, strefa skoku termicznego

- hypolimnion- woda najcięższa, najzimniejsza

W jeziorach płytkich nie wykształca się termoklina, która przeciwdziała mieszaniu się wód.

Występowanie lub brak termokliny a miksja jezior

Jest termoklina- jeziora dimiktyczne (mieszane 2 razy do roku)

Brak termokliny- jeziora polimiktyczne (mieszane wiele razy w roku)

Powód braku termokliny?

W jeziorach dimiktycznych:

- latem i zimą- stratyfikacja termiczna

- wiosną i jesienią- cyrkulacja (mieszanie wód) i homotermia

Jeziora amiktyczne (nie mieszane)- pokryte przez cały rok lodem (Arktyka, Antarktyda, wysokie góry).

Jeziora monomiktyczne- mieszane raz w roku np. jezioro Bodeńskie- mieszane dopiero późną jesienią gdyż występuje wyrównanie temperatury w całym słupie wody

- ciepłe, niezamarzające zimą (jez. Bodeńskie)

- zimne ze strony polarnej mieszane latem lub zimą

Hydrobionty:

- eurytermiczne: szczupak, płoć

- stenotermiczne- oligotermy (termofoby): relikty polodowcowe, mieszkańcy źródeł jezior górskich

- politermy (termofile): gatunki egzotyczne: karp, amur

Znaczenie:

- zwierzęta wodne- głównie zmiennocieplne (bezkręgowce, ryby)

- przyrost temperatury o 10^oC = 1,5-4 krotny wzrost tempa przemian metabolicznych (reguła van Hoffa)

- zjawisko sezonowe (migracje, rozród)

ŚWIATŁO

Jeden z czynników ograniczających rozmieszczenie hydrobiontów, zwłaszcza autroficznych.

Z głębokością zmienia się natężenie i skład spektralny światła.

Zakres długości światła, przy której zachodzi fotosynteza 400-750 nm.

Do oceny warunków świetlnych służy krążek Secchi^,ego.

Strefy:

- eufotyczna = epilimnion = trofogeniczna (procesy fotosyntezy)

- dysfotyczna = metalimnion

- afotyczna = hypolimnion } = troolityczna (procesy rozkładu)

Dolna strefy trofogenicznej- punkt kompensacyjny- produkcja równa się rozkładowi (respiracji) P = R.

Od zawartości biogenów zależy głębokość do której dociera światło.

Aby roślina mogła żyć musi więcej syntetyzować aniżeli rozkładać. Dolna strefy trofogenicznej leży na różnej głębokości.

Znaczenie światła dla hydrobiontów:

- nagrzewanie się wody

- znaczenie dla autotrofów, a pośrednio i dla innych poziomów troficznych (wydzielanie tlenu)

- dla zwierząt („wzrokowców”)

Czynniki wpływające na warunki świetlne:

- roślinność przybrzeżno- lądowa

- stężenie sestonu w wodzie (fito, zooplankton, detrytus)

Hydrobionty heliofilne (fotofile)- większość makrofitów

Hydrobionty heliofobne (fotofoby)- węgorz, miętus

TLEN

Jeden z czynników ograniczających rozmieszczenie hydrobiontów.

Źródła: atmosfera i fotosynteza hydrofitów

Rozpuszcza się tym lepiej im niższa jest temperatura wody.

Zawartość tlenu w wodzie zależy od:

1. tempa dyfuzji gazów (z reguły powolne- stąd znaczenie temperatury i falowania)- zwiększenie powierzchni trofii wodnej

ilość tlenu produkowanego w czasie fotosyntezy, a to od:

- biomasy producentów (fitoplanktonu, makrofitów, peryfitonu)

- koncentracji substancji biogennych

- światła

- temperatury

ilości tlenu zużywanego a to od:

- ilości i jakości materii organicznej w wodzie i osadach dennych (im żyźniejszy zbiornik tym szybsze zużycie tlenu!!!)

- temperatury (intensywność procesów rozkładu)

- biomasy roślin i zwierząt (oddychanie)

1. morfometrii zbiornika (miąższość hypolimnionu!)

Wniosek: o gospodarce tlenowej decydują:

- w przypadku jezior- produktywność i morfometria zbiornika

Od zlewni zależy czy w zbiorniku wystarczy zimą tlenu czy nie.

Im płytsze jezioro dimiktyczne tym większe ryzyko, że tlenu zabraknie.

W lecie ryzyko wystąpienia przyduchy jest większe bo jest cieplej- intensywniej zachodzą procesy oddychania.

WYKŁAD IV

Obecność tlenu w jeziorach zależna jest od temperatury i stanu troficznego (żyzności) jeziora. Wyróżnia się 4 zasadnicze typy krzywych tlenowych, przedstawiające stężenie tlenu w wodzie na różnych głębokościach:

1. Krzywa tlenowa ortogradowa- typowa dla jezior oligotroficznych, czystych, w których produkcja biomasy jest mała. Bardzo rzadko

zdarza się przesycenie epilimnionu tlenem. W całej objętości jeziora (metalimnion i hypolimnion) notuje się obecność tlenu na podobnym poziomie. Przy dnie można zaobserwować więcej tlenu niż przy powierzchni ze względu na niższa temperaturę.

2. Krzywa tlenowa klinogradowa- typowa dla jezior meromiktycznych, eutroficznych. Cechą charakterystyczną tej krzywej jest to że biegnie prawie równolegle do krzywej termicznej.

Jeziora meromiktyczne nie są mieszane do dna( małe, głębokie, położone w dolinach, otoczone lasem). Siła wiatru nie jest tak duża aby mogły być mieszane do dna.

DWUTLENEK WĘGLA

Źródła:

- oddychanie

- atmosfera łatwo reaguje z woda tworząc kwas węglowy)

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ten łączy się z trudno rozpuszczalnymi węglanami wapnia tworząc kwaśne łatwo rozpuszczalne wodorowęglany wapnia: H₂CO₃ + CaCO₃ ↔ Ca(HCO₃)₂

kw. węglowy + trudno rozpuszczalny węglan wapnia ↔łatwo rozpuszczalny wodorowęglan wapnia

Rośliny korzystają z wodnego CO₂ , w razie jego braku w czasie nasilonej fotosyntezy odłączają CO₂ od jonów wodorowęglanowych ( HCO₃) lub weglanowych (CO₃)₂ jest to tzw. biologiczne odwapnianie wody

(CO₃)₂ + H₂O ↔ CO₂ +2OH^- lub HCO₃^- ↔ CO₂ +OH^- powstające grupy OH^- prowadza do podwyższenia pH wody (nawet do 10-11)

SIARKOWODÓR

Źródło: rozkład martwej materii organicznej w warunkach beztlenowych.

Występowanie: głównie w wodach silnie zeutrofizowanych, przy dnie.

Znaczenie: gaz silnie toksyczny dla większości organizmów.

METAN

Źródło: rozkład martwej materii organicznej w warunkach beztlenowych przez bakterie metanowe.

Występowanie: głównie w wodach silnie zeutrofizowanych, przy dnie.

Znaczenie: metan źródłem węgla i donorem elektronów dla bakterii tlenowych utleniających metan.

ODCZYN WODY

pH zależy od:

- składu chemicznego podłoża

- intensywności oddychania

- tempa rozkładu martwej materii organicznej

- intensywności fotosyntezy

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ przy pH < 6,3

Brak wpływu na pH

6HCO₃^- + 6H⁺ → C₆H₁₂O₆ +6O₂ przy deficycie CO₂

ubytek protonów wodoru i wzrost pH

pH wód naturalnych zwykle wynosi 4-9

Znaczenie pH dla heterobiontów:

- wpływ na aktywność enzymów (transport jonów przez błony komórkowe i ograniczone możliwości wewnętrznej regulacji pH w cytoplazmie)

Nawet niewielki spadek pH krwi ryb prowadzi do upośledzenia transportu tlenu

- poziom dopuszczalny pH 5-9

- optimum pH 6,5-8,5

- wpływ letalny pH >11

pH jezior Pojezierza Łęczyńsko- Włodawskiego wynosi 6,5-8,5

Oddziaływanie pośrednie pH

Niskie pH:

- wpływ na rozpuszczalność jonów metali (niskie pH zwiększa rozpuszczalność Fe, Cu, Zn, Ni, Pb i Cd i zmniejsza rozpuszczalność Hd)

- zakwaszenie- wzrost liczebności toksycznych jonów Al³⁺

Podwyższone pH:

- przesuniecie równowagi w układzie nieszkodliwe jony amonowe NH₄⁺ w toksyczny niezdysocjowany amoniak NH₃ np. w skutek intensywnej fotosyntezy w przeżyźnionych zbiornikach

FOSFOR

Główny czynnik antropogenny (powodujący eutrofizację).

Źródła:

Zewnętrzne:

- ze zlewni (nawozy, detergenty- z apatytów)

- z atmosfery (opad suchy i mokry)

Wewnętrzne:

- z organizmów (wydzielanie przyżyciowe)

- z osadów dennych (nasilone przy braku tlenu)

Ubytek fosforu:

- sedymentacja

- z tkankami odłowionych ryb i wylotami imagines owadów

Znaczenie dla organizmów:

- ogromnie ważny w procesach życiowych ( składnik DNA, RNA, ATP i ADP)

- zawartość w tkankach roślin ok. 80 0000 razy większa niż w wodzie

Formy występowania w wodach:

- wbudowane w biomasę

- w rozpuszczonej materii organicznej

- związki nierozpuszczalne z Fe, Cu, Al. w środowisku kwaśnym, z Ca w zasadowym

- ortofosforany (PO₄)-mineralne połączenia rozpuszczalne w wodzie

Przyswajalne dla roślin tylko ortofosforany.

1 mg P: produkcja 1-2 mg mokrej masy glonów.

Pełny cykl obiegu P w jeziorach 3-10 dni.

Fosfor jest najważniejszym związkiem limitującym produkcje pierwotną.

AZOT

Ważny czynnik eutrofogenny.

Źródła:

Zewnętrzne:

1. ze zlewni: - wody gruntowe- związki mineralne azotu łatwo rozpuszczalne

- spływ powierzchniowy z obszarów rolniczych, ścieki w tym oczyszczone biologicznie

2. z atmosfery - opad suchy i mokry- wiązanie przez bakterie i sinice (1,5-3,0 g/m² powierzchni jeziora/ rok, do kilkudziesięciu % dopływu)

Wewnętrzne:

3. z organizmów (z przemian białkowych u zwierząt- amoniak)

4. z osadów w wyniku bakteryjnego rozkładu białek- amoniak

Ubytek azotu:

- uwalnianie do atmosfery- denitryfikacja w warunkach braku tlenu (0,2-16 g/m² dobę)

- sedymentacja

Formy występowania w wodach:

Związki organiczne

- wbudowane w biomasę

- w rozpuszczonej materii organicznej

Związki nieorganiczne: NH₃, NO₃, NO₂

Znaczenie dla organizmu:

- niezbędny do procesów życiowych (składnik aminokwasów a więc białek strukturalnych i enzymatycznych)

- koncentracja w organizmach ok. 30 000 razy większa niż w wodzie

- forma przyswajalna dla roślin- głównie jon amonowy NH₄

- jon NH₄ w większych stężeniach (o,2-2,0 mg/l) toksyczny dla ryb

- jon NO₃ w stężeniach > 10 mg/l niebezpieczny dla zdrowia (wiąże się z hemoglobiną blokując funkcje oddechowe. W przewodzie pokarmowym ulega redukcji do NO₂- źródło rakotwórczych nitrozoamin)

Znaczenie w procesach eutrofizacji:

intensywny rozkład materii organicznej → brak tlenu → uwalnianie ortofosforanów z osadów dennnych →denitryfikacja → niedobór azotu → ograniczenie rozwoju glonów z wyjątkiem sinic wiążących azot z powietrza

WAPŃ

Źródła:

- gleby zlewni (intensywne wypłukiwanie , procesowi temu sprzyja zakwaszenie gleb- kwaśne deszcze)

- rozpuszczanie złóż CaCO₃ w osadach dennych i na powierzchni roślin wodnych (powstający w procesach biologicznego odwapniania)

Odpływ wapnia- sedymentacja w postaci CaCO₃.

Formy występowania w wodach:

Zależnie od stężenia CO₂ w wodzie

Ca(HCO₃)₂ ↔ CaCO₃ + H₂0 +CO₂

Wbudowane w biomasę skorupiaków i mięczaków

- bezpośrednie zużycie wapnia przez organizmy raczej niewielkie

- duże znaczenie wapnia dla zbiorników wodnych wynika ze zdolności buforowania pH wody a także z możliwości dostarczania CO₂ do fotosyntezy

Zawartości w czystych jeziorach i rzekach od ok. 4 do 80 mg/l.

MATERIA ORGANICZNA

- pochodzenia własnego - autochtoniczna

- pochodzenia z zewnątrz - allochtoniczna

- materia rozpuszczona (DOM) 80-90% całej materii organicznej

- materia cząsteczkowa (POM)

Materia rozpuszczalna

Skład mało poznany- mieszanina różnych substancji (mono-, oligo- i polisacharydy, aminokwasy, białka, lipidy, kwasy organiczne, składniki humusu- kwasy fulwowe, humusowe i huminy). Stad też jej stężenie wyrażone jest jako: DOC w jednostkach objętości wody (średnio 20-250 mg/l^-1).

Źródła DOC:

- ekskrecja (wydzielanie) przyżyciowe

- antoliza

- mikrobiologiczny rozkład obumarłych organizmów i materii allochtonicznej

Znaczenie dla hydrobiontów:

- źródło energii i węgla dla bakterii wodnych, grzybów, wiciowców miksotroficznych a także dla niektórych płazińców i skąposzczetów ( w pierwszym rzędzie monosacharydy i aminokwasy)

- składniki humusu wykorzystywane w bardzo niewielkim stopniu przez bakterie

- w warunkach beztlenowych ( osady denne, hypolimnion jezior eutroficznych), cukry proste, aminokwasy i kwasy tłuszczowe rozkładane przez bakterie w procesie fermentacji z wytworzeniem jako produktów końcowych X₂S, CH₄ i amoniaku NH₃

Materia organiczna cząsteczkowa (POM)

Składnik:

- żywych organizmów (bioseston) (wirusy, bakterioplankton, fitoplankton, zooplankton)

- martwej materii (detrytus=abioseston) (szczątki organizmów roślinnych i zwierzęcych będące produktem aktywności mikroorganizmów i organizmów wyższych- larwy owadów, skąposzczety i ryby)

Dominacja:

- detrytusu w rzekach (fitoplankton słabo rozwinięty)

- biosestonu w jeziorach (fitoplankton dobrze rozwinięty)

dynamika przemian bioseston ↔ detrytus

Znaczenie dla organizmów:

-bioseston (fitoplankton) jako pokarm dla zooplanktonu, a zooplankton jako pokarm ryb - łańcuchy pokarmowe

-detrytus jako pokarm dla filtratorów (wrotki, wioślarki, widłonogi) i dla zoobentosu (larwy owadów, małże)

wartość odżywcza detrytusu jako resztek z procesów odżywiania się zwierząt - wysoka z powodu obecności bakterii i grzybów.

WYKŁAD V

Ekosystemy jeziorne- ich struktura i funkcjonowanie

Jezioro- zagłębienie w Ziemi wypełnione wodą o powierzchni powyżej 1 ha.

Jeziora płytkie typu stawowego nie mają wykształconej stratyfikacji termicznej.

O ilości wody w jeziorze decyduje:

- wielkość opadów

- powierzchnia zlewni

- głębokość jeziora

Woda w jeziorze pochodzi :

- z opadów

- ze spływu powierzchniowego

- z wód gruntowych

Im intensywniejsze mieszanie wody w strefie epilimnionu tym ta strefa jest grubsza.

Termoklina- ma wpływ na dynamikę, mieszanie wartsw wodnych.

Resyspencja- podrywanie osadów dennych wskutek działalności fal.

Strefy w jeziorze:

1. litoral

- szuwar niski

- szuwar wysoki helofity

- nymfeidy

- elodeidy

bental

2. pelagial

- strefa eufotyczna

- strefa dysfotyczna

- strefa afotyczna

profundal

Litoral- strefa roślinności wodnej w której występują makrofity (rośliny naczyniowe i zielenice np. ramienice)

Szuwar niski- występuje poza strefą wody, np. jeżogłówki, turzyce

Szuwar wysoki- rośliny, które wkraczają w strefę wodną np. pałka wodna

Musi być odpowiednie natężenie światła aby procesy produkcji pierwotnej były odpowiednio intensywne.

Głębokość litoralu zależy od położenia punktu kompensacyjnego, a położenie punktu kompensacyjnego zależy od przejrzystości, ilości biogenów, zlewni.

Litoral:

- dobrze natleniony, w nim zachodza procesy fotosyntezy

- graniczy z epilimnionem

- występuje ciągłe falowanie

- woda nagrzewa się od powierzchni dna zbiornika

Pelagial:

- obejmuje trzy strefy: epi, meta i hypolimnion

- w toni wodnej żyje plankton i nepton

- w dnie osadów dennych występuje zoobentos

- warunki są różne: epilimnion dobrze natleniony, ciepły

- nie ma tam nic poza wodą

- w metalimnionie szybko postępuje spadek temperatury

-hypolimnion- ciemno, zimno i występują deficyty tlenu, jest to strefa tylko dla konsumentów, detrytusożerców

Izoedidy- rosną przy dnie, niewielkie, np. jezierza

Peryfiton- glony, grzyby, bakterie i bezkręgowce pokrywające przedmioty wystające ponad powierzchnię dna.

Fitoplankton- rośliny mikroskopijnej wielkosci płynące tam gdzie niesie je woda.

Znaczenie:

- produkcja materii organicznej

- produkcja tlenu

- pokarm dla konsumentów

Makrofity nie są pożerane ponieważ:

- posiadają dużo kanałów powietrznych w tkankach

- mają małą zawartość azotu, białka

- posiadają różne substancje, alkaloidy, które zniechęcają konsumentów

Zooplankton- bezkręgowce, które płyną tam gdzie niesie je woda, np. wrotki, oczliki, Daphnie.

Znaczenie:

- konsument fitoplanktonu

- stanowią pokarm dla ryb

Bentos- bezkręgowce żyjące w osadach dennych np. roztocza, larwy ochotek

Nepton- zespół złożony głównie z ryb. Wyróżniamy wśród nich ryby np. płotka, ukleja, ryby rybożerne np. szczupak, sandacze.

Makrofity nie wchodzą jako żywe w obieg materii.

WYKŁAD VI

EUTROFIZACJA JEZIOR I TYPOLOGIE TROFICZNE

Żyzność = produktywność

Zależy od:

- P i N (nutrienty = biogeny , pochodzą z atmosfery i z lądu- źródło zewnętrzne, oraz z organizmów i osadów dennych- źródło wewnętrzne)

Czynniki wpływające na zasilanie jezior nutrientami:

- topografia

- budowa geologiczna

- żyzność gleby, podatność na erozję

- roślinność lądowa

- użytkowanie zlewni

- rozmiary zlewni

- morfologia misy jeziornej

Żyzność jeziora jest odzwierciedleniem charakteru zlewni.

Im większa powierzchnia zlewni tym większa ilość nutrientów dopływających ze zlewni i mniejsza możliwości rozpuszczania ich w wodzie. Im większa powierzchnia zlewni i mniejsza jeziora tym większa podatność jeziora na degradację.

Powierzchnia dna czynnego- zachodzi tam wymiana substancji pomiędzy osadem dennym a wodą i możliwość wbudowywania substancji w rośliny.

Im większa objętość mas wodnych tym większa możliwość rozpuszczania nutrientów pochodzących ze zlewni i mniejsza podatność jeziora na degradację.

Mniejsze jeziora są bardziej zeutrofizowane.

Podział jezior ze względu na trofie:

1. Dysharmoniczne np. dystroficzne (suchary)- z dużą ilością substancji humusowej w wodzie i osadach dennych (wypłukiwaną z borów lub torfowisk wysokich), pH poniżej 6, występują w Skandynawii

2. Harmoniczne-w których czynniki środowiskowe pozostają w równowadze

Oligotroficzne- o bardzo małej żyzności. O wodzie klarownej, brak makrofitów np. Hańcza

Mezotroficzne- średnio żyzne, uboga roślinność przybrzeżna np. Piaseczno

Eutroficzne- żyzne, produktywne, bardzo bujne życie

Politroficzne (hyperektroficzne)- przeżyźnione, np. Syczyńskie

Do pomiarów przezroczystości wody służy krążek Secchiego. Wynaleziony przez Angela Secchiego 1818-1878, włoski astronom, meteorolog, oceanolog. Krążek w użyciu od 1865 roku.

Wskaźnik Carlsona -wskaźnik stanu trofii; na podstawie wartości SD (krążek Secchiego), chlorofilu a lub fosforu ogólnego w okresie letnim

WST_SD = 10 ( 6 - ln SD/ ln 2)

W warunkach naturalnych wzrost żyzności jeziora wraz z wiekiem

Efekt zmian w morfometrii misy jeziornej w efekcie wypełniania osadami dennymi

W ciągu roku przybywa 1 mm osadów dennych i zmniejsza się objętość mas wodnych w zbiorniku. Następuje większa koncentracja biogenów w wodzie, zwiększa się powierzchnia dna czynnego. Jeśli osady denne nie przekroczą linii termokliny jezioro funkcjonuje na innych zasadach.

WYKŁAD VII

RYBY JAKO ELEMENT EKOSYSTEMU WODNEGO. TEMATYKA I METODY BADAŃ, ZNACZENIE I PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE WYNIKÓW

Znaczenie ryb:

1.Konsumpcyjne:

- łatwo zdobywany pokarm przez naszych przodków

- źródło łatwo przyswajalnego i dietetycznego białka

- łatwe możliwości przetwórstwa i konserwacji ryb (solenie, mrożenie, suszenie, wędzenie)

2.W odległych czach jako forma płatności

3Ważne ogniwo łańcucha troficznego

4.Hobbystycznie (wędkarstwo i akwarystyka)

W Polsce żyje ok. 75 gatunków ryb, w Europie ok. 200 gatunków.

Bardzo duże zróżnicowanie w budowie morfologicznej jak i anatomicznej.

Odżywianie się i pokarm ryb:

- ryby planktonożerne - pokarm planktonowy - młode osobniki (wszystkie gatunki)

- ryby roślinożerne - pokarm roślinny (glony i roślinność wodna)

- ryby bentosożerne - wszystkożerne - tzw. spokojnego żeru

- ryby drapieżne - żywiące się innymi rybami

- ryby padlinożerne - żywiące się martwymi szczątkami innych ryb

W przypadku deficytu ryb drapieżnych w piramidzie troficznej występuje zwiększona ilość fitoplanktonu co prowadzi do zakwitów sinic.

Tematyka badań :

- skład gatunkowy ryb różnych zbiorników wodnych - monitoring, ewidencja, ewentualne zmiany

- gatunki chronione i inwazyjne (niepożądane)

- struktura liczebności i biomasy ryb

- wpływ środowiska na cechy zewnętrzne ryb i porównanie populacji ryb tego samego gatunku z różnych siedlisk

-wiek ryb i tempo wzrostu ryb jako możliwość oceny potencjału pokarmowego środowiska życia ryb

ZOOPLANKTON

Ekosystem :

1. Biotop.

2. Biocenoza :

- producenci

- konsumenci

- reducenci

Nekton - zespół organizmów przeciwstawiających się ruchom wody, żyjących w toni wodnej.

Bentos - zespół organizmów związanych z dnem.

Makrofity - zespół roślinności naczyniowej najczęściej przytwierdzonej do dna.

Neuston - organizmy związane z powierzchnią wody.

Pleuston - rośliny związane z powierzchnią wody.

Limnoplankton	Potamoplankton
- zwykle gatunki jeziorne - max liczebności są większe, 6 - 10 tyś. osobników / litr - mniej systonu - niezrównoważona struktura dominacji	- zwykle gatunki rzeczne - 600 - 1 tyś osobników / litr - więcej sestonu - częściej zrównoważona struktura dominacji

Psammon - organizmy żyjące w toni wodnej i w wodzie.

Plankton - zespół organizmów nie przeciwstawiających się ruchom wody, żyjących w toni wodnej, mających organella ruchu :

- fitoplankton

- zooplankton (pierwotniaki, wrotki, widłonogi i wioślarki)

Seston - to wszystko co nie rozpuszcza się w wodzie i da się z niej odcedzić :

- bioseston, organizmy - plankton

- abioseston : frakcja organiczna i nieorganiczna (mineralne)

Klasy wielkości planktonu :

- pikoplankton 0,2 - 2 μm

- nannoplankton 2 - 20 μm (drobne pierwotniaki, najdrobniejsze wrotki)

- mikroplankton 20 - 200 μm

- mezoplankton 200 - 500 μm (największe skorupiaki, duże wrotki)

Nazwy planktonu w zależności od siedliska :

- heleoplankton - plankton stawowy

- telmatoplankton - plankton wód astatycznych (okresowych)

- limnoplankton - plankton jeziorny

- potamoplankton - plankton cieków, rzeczny

Przystosowania planktonu do unoszenia się w toni wodnej :

1. Redukcja ciężaru :

- redukcja pancerzyków

- krople tłuszczu

- wakuole wypełnione gazem

- tworzą galaretki

2. Rozwinięcie powierzchni :

- wiosełka, wyrostki, piórka, szczecinki

- cyklomorfoza - cykliczna zmiana budowy morfologicznej

Plankton porusza się za pomocą :

- wici

- rzęsek (pojedyncze, płotki, szczecinki, aparat wrotny)

- odnóży

Migracje planktonu :

- pionowe (w głąb zbiornika i ku powierzchni)

- poziome

Ze względu na migracje pionowe występują 3 grupy fitoplanktonu :

- dobowe (w dzień migruje w głąb, w nocy ku górze)

- odwrotnie (w dzień w górę, w nocy w dół)

- nie migrujące

Znaczenie planktonu :

- pokarm dla innych zwierząt

- bioindykator

- wchodzi w skład łańcuchów pokarmowych

- służy do oceny biomasy i zasobności zbiornika

WYKŁAD VIII

ZNACZENIE MIKROORGANIZMÓW W FUNKCJONOWANIU EKOSYSTEMÓW WODNYCH (BAKTERIE, WICIOWCE, ORZĘSKI)

Bakterie 0,2-2 um

Pierwotniaki 20-200 um

Liczebność organizmów bardzo zróżnicowana, najliczniej w jeziorach eutroficznych.

Rola:

- mineralizacja materii organicznej w wodzie

- podstawowy składnik „pętki mikrobiologicznej”, czyli udostępnianie innym żywym organizmom tych pierwiastków, które normalnie nie są dostępne, np. C- jako pierwiastek włączony jest w ciało mikroorganizmów, a one następnie są pożywieniem dla organizmów większych

→ ameby skorupkowe

- bardzo dobry wskaźnik zmian pH w torfowiskach, szczególnie w powierzchniowych warstwach

- na podstawie składu ich skorupek możemy wnioskować o degradacji torfowisk

Fitoplankton

- pierwszym ogniwem w łańcuchu w którym energia przepływa przez ekosystem są organizmy mające zdolność fotosyntezy: wykorzystując energię słoneczną do produkcji składników odżywczych

- w zbiornikach wodnych taką rolę pełnią: rośliny wyższe i ramienice, peryfiton oraz glony i sinice.

Fitoplankton- grupa organizmów którą co raz częściej możemy spotkać w wodzie.

Objawy:

- zwiększanie mętności wody

- zmiana barwy na zieloną lub brunatną

- kożuchy na powierzchni wody

Seston= bioseston (plankton) i abioseston

Plankton- zbiorowisko organizmów unoszących się mniej lub bardziej biernie w toni wodnej.

Wielkość:

- pikoplankton do 2 um

- nanoplankton 2-20 um

- mikroplankton 20-200 um

Badanie fitoplanktonu:

- próby jakościowe- siatka planktonowa z gazy nylonowej o odpowiedniej wielkości oczek

- metody ilościowe

- metody alternatywne- oznaczanie koncentracji chlorofilu a

Przystosowania do życia w toni wodnej- głównie jak najwolniej spadać:

- aktywny ruch

- zwiększanie powierzchni

- wakuole gazowe

- wydzielanie tłuszczu

- tworzenie galaretek

Glony- nie taksonomiczna grupa, w skład której zalicza się nie tkankowe rośliny, związane ze środowiskiem wodnym (tobołki, złotki).

Sinice (cyjanobakterie):

- preferują wody żyzne

- tworzą zakwity w wyniku silnego przeżyźnienia

- potrafią żyć w mętnej wodzie

- wysokie pH jezior

- asymilują N₂ z atmosfery

- nie są chętnie wyjadane przez zooplankton

- eliminują szybko inne organizmy wodne

- tworzą toksyny

Formy:

- kokkolne

- mitkowate

Bruzdnice, Eugleniny:

Bruzdnice:

- wiciowce

- posiadają sztywną ścianę komórkową

- tworzą zakwity głównie w jeziorach

- niektóre z nich są mikotroficzne- odżywiają się także bakteriami lub rozpuszczoną materią organiczną

Eugleniny:

- rzadko występują w jeziorach, raczej w kałużach, w wodach bogatych w materię organiczną

- np. stoniki koło pól zanieczyszczonych obornikiem

Okrzemki:

- drobne

- jednokomórkowe, cylindryczne lub kolonijne

- w zbiornikach wodnych dominują wiosną i jesienią (ich rozwój limitowany jest ilością krzemu)

- w środowisku kwaśnym dużo Si

- zjadane przez wioślarki, bo mają dużą zawartość kwasów tłuszczowych (drobne formy)

- bardzo ciężkie, łączą się w kolonie

- mało gatunków

- lubią chłodne wody

Zielenice:

- bardzo liczna i różnorodna grupa- dużo form morfologicznych

- żyją w różnych typach wód- od bardzo czystych do silnie zeutrofizowanych

- wiciowce

- jednokomórkowce (Chlorella sp.)

- kolonie (Oocystis sp. Batryocoocus sp.Spirogyna sp.)

- Cenobia (Pediotrum sp. Eudonina sp.)

Rola fitoplanktonu:

- makrofity i fitoplankton konkurują o podobne zasoby (światło, CO₂, związki biogenne)

- obecność makrofitów- więcej skorupiaków, więcej filtratorów wody, mniej glonów, woda mniej mętna

- mniejsza presja ze strony ryb na skorupiaki, bo chowają się one wśród roślin,

Makrofauna : zoobentos i zoopleuston

WYKŁAD IX

Teoria stabilnych stanów alternatywnych jezior (Scheffa i inni 1993 r.)

Przy stężeniach fosforu ogólnego w zakresie 15-150 ug/l w płytkich jeziorach możliwa dominacja:

Fitoplanktonu lub makrofitów

↓ lub ↓

jeziora fitoplnktonowe makrofitowe

stan pośredni

jeziora makrofitowo- fitoplanktonowe

Fitoplanktonowe:

Słodkowodne sinice

- powodują zakwity wód

- produkujące mikrocysty

Konsekwencje zakwitów:

- zacienienie wody, zmiana pH, natlenienia i stężenia nutrientów

- produkcja toksyn ( hepato-, neuro, dermatotoksyny)

- ubożenie różnorodności gatunkowej mikro i makroflory

Mechanizmy buforowe podtrzymujące status quo w jeziorach fitoplanktonowych.

Silny rozwój fitoplanktonu:

- konkurencja o biogeny i światlo, słaby rozwój elodeidów

- brak refugiów dla filtratorów

- brak tarlisk i żerowisk ryb drapieżnych

- niska biomasa ryb drapieżnych w stosunku dla nie drapieżnych

- niska efektywność spasania glonów ( mało wioślarek, skład i budowa nici fitoplanktonu)

- płynne osady- brak możliwości korzenienia

drapieżniki

ryby planktonożerne ↓

zoopleuston

fitoplankton

Mechanizmy buforowe podtrzymujące status quo w jeziorach makrofitowych.

Silny rozwój elodeidów:

- konkurencja o biogeny i światło

- refugia dla filtratorów

- tarliska i żerowiska ryb drapieżnych

- wysoka biomasa ryb drapieżnych w stosunku do nie drapieżnych

- wysoka efektywność spasania glonów mało zawiesiny, woda klarowna)

Zalety stosowania założeń teorii

- klasyfikacja jezior

- identyfikacja zagrożeń

- kierunki gospodarowania zasobami jezior

- działania ochronne (rekultywacja)

JM- sytuacja stabilna, zachować obecne formy gospodarowania

JM-F- sytuacja niestabilna, ryzyko przejścia w SM

JF- sytuacja stabilna, niepożądana

1

---