Autor
Petr Blabolil
Klíčová slova
interkalibrace – multimetrické indexy – nápravná opatření – Rámcová směrnice vodní politiky – přehrady – silně ovlivněné vodní útvary – tenatové sítě – vzorkování
Na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích byla v oboru hydrobiologie obhájena dizertační práce „Assessment of Czech water-bodies ecological potential based on fish community“. Práce se zabývá využitím rybích společenstev jako indikátorů ekologické kvality přehradních nádrží. V první části jsou vytvořeny dva indexy k výpočtu ekologického potenciálu. První index je založen na vlastnostech a znacích sdílených rybími druhy a lze jej uplatnit v rozsáhlém geografickém měřítku. Druhý index byl zacílen na praktické používání v podmínkách České republiky a je tvořen především jednotlivými indikátorovými druhy. V druhé části práce jsou porovnávány výsledky hodnocení rybích společenstev v mezinárodním měřítku a hledány stresory s nejvyšším dopadem na rybí společenstva. Ve třetí části je navrženo efektivní vzorkování tenatovými sítěmi, tak aby byly hodnoty zjištěných rybích indikátorů spolehlivé, zároveň se vytvořené indexy častěji využívaly s nižším lovným úsilím a omezením dopadů na obsádky. V poslední části je porovnáván populační doplněk dvou dravých druhů ryb zjištěný různými lovnými metodami a rozvinul nový statistický přístup k analýze faktorů ovlivňujících jejich přežívání. Tato práce představuje první krok ke zlepšení ekologické kvality přehradních nádrží.
Úvod
Motivací ke studiu doktorátu může být asi tolik, kolik jej studuje studentů. V mém případě to byla nabídka tématu, které se mi opravdu líbilo. Bylo jím využití ryb jako ekologických indikátorů při vývoji metodiky hodnocení ekologického potenciálu nádrží se zřetelem na plnění závazků Rámcové směrnice o vodách (2000/60/ES). Proč se touto problematikou zabývat asi netřeba dlouze představovat. Všichni víme, v jakém stavu naše nádrže jsou. Na jednu stranu po nich požadujeme zajištění spousty různorodých funkcí (např. pitnou vodu, vodu pro závlahy a průmysl, produkci energie, protipovodňové funkce, rekreaci, chov ryb), na druhou o ně nedokážeme pečovat, jak by si zasluhovaly (např. znečištění živinami a dalšími látkami včetně toxických, úpravy prostředí typu regulací a fragmentací, odvádění vody, zavlékání nepůvodních druhů).
Aktuálně nejvýznamnějším problémem je zřejmě eutrofizace, která vede ke zvýšení produkce fytoplanktonu, nárůstu zastoupení sinic, snížení průhlednosti, výkyvům v pH a koncentraci rozpuštěného kyslíku, což má vliv i na změny v dalších společenstvech včetně rybí obsádky. Ve vodě ze silně eutrofních nádrží je omezená rekreace a v případě vodárenského využití složitější úprava. Snahy o zachování a zlepšení kvality vodních ekosystémů vedly k přijetí Rámcové směrnice o vodách, která představuje nejvýznamnější a prozatím nejucelenější právní úpravu pro oblast vody a je závazná pro členy Evropské unie. Cílem je dosáhnout dobrého ekologického stavu (potenciálu v případě silně ovlivněných a umělých vodních útvarů) všech vodních útvarů do roku 2027, přičemž hodnotícím kritériem je odchýlenost od teoretického referenčního stavu nenarušeného lidskou činností. Důraz je kladen na hodnocení biologických složek různých trofických úrovní: fytoplankton, makrofyta, bentičtí bezobratlí a ryby. Rybí společenstvo patří mezi nejstudovanější indikátory ekologické kvality. Většina ryb je snadno určitelná a jejich ekologické nároky dobře známy. I v případě umělých ekosystémů se po čase rybí obsádka stabilizuje v závislosti na podmínkách prostředí. Díky relativní dlouhověkosti ryby integrují změny v ekosystému za delší dobu a vzorkování může mít delší časové intervaly (u jezer jsou doporučeny tři roky). Ryby mohou ekosystém jednak ovlivňovat (zejména prostřednictvím predace zooplanktonu), ale stejně tak jsou obsádky formovány prostředím, neboť růst a rozmnožování striktně závisí na okolí. Zdravé rybí společenstvo je tak druhově vyvážené, využívá různé zdroje potravy, přirozeně se rozmnožuje, výsledkem čehož je zastoupení různých věkových a velikostních skupin a vyskytuje se u něho minimum nemocných či anomálních jedinců.
Kresba nádrže v nevyhovujícím stavu na levé části a v optimálním stavu v části pravé, autor: Mgr. Zuzana Sajdlová
Cíle práce
Náplní mé disertační práce bylo vytvoření metodik hodnocení ekologického potenciálu, jejich validace, zjednodušení vzorkování a doporučení možnosti zlepšení ekologické kvality [1]. V první části se jednalo o vytvoření indexu multimetrického pro hodnocení ekologického potenciálu přehradních nádrží na základě sdílených vlastností, aplikovatelného na kontinentální úrovni [2] a převážně druhově specifického pro podmínky České republiky [3]. Ve druhé části jsme porovnávali vytvořené indexy v rámci Centrální a Pobaltské oblasti a hledali nejvýznamnější stresory působící na rybí obsádky [4]. Ve třetí části jsme se věnovali vytvoření optimálního vzorkovacího schématu tenatových sítí tak, aby byly zachovány hodnoty indikátorů s omezeným vzorkováním a tím se indexy více používaly [5]. V poslední části jsme studovali populační doplněk dvou druhů na základě různých vzorkovacích metod a využitím nové statistické metody jsme identifikovali faktory ovlivňující sílu ročníku [6].
Letecký pohled na nádrž Nýrsko s nejlepším hodnocením ekologického potenciálu (kategorie dobrý). Foto: doc. RNDr. Petr Znachor, Ph.D.
Letecký pohled na nádrž Vranov s nejhorším hodnocením ekologického potenciálu (kategorie poškozený). Foto: doc. RNDr. Petr Znachor, Ph.D.
Letecký pohled na nádrž Žlutice se středním hodnocením ekologického potenciálu (kategorie střední). Foto: doc. RNDr. Petr Znachor, Ph.D.
Výsledky
První článek [2] jsem se spoluautory sepsal po stáži na pracovišti IRSTEA ve francouzském Aix-en-Provence, kde metodiky hodnocení ekologického stavu nádrží a jezer dlouhodobě rozvíjí. Tím byla založena dlouhodobá spolupráce výzkumu českých a francouzských nádrží, vytvořili jsme společnou databázi 144 nádrží s údaji o rybách z bentických tenatových sítí a charakteristikami prostředí. Pomocí retrospektivního modelování jsme testovali sérii funkčních rybích indikátorů ve vztahu k eutrofizaci (vyjádřeno koncentrací celkového fosforu a zastoupením zemědělské půdy v povodí), kdy byly přirozené charakteristiky nádrží brány jako podpůrné proměnné (např. velikost, hloubka, poloha). Takto jsme vybrali tři indikátory: celkovou biomasu ryb, početnost planktivorních ryb (např. cejn velký, ouklej obecná) a početnost dravých ryb živících se rybami a bezobratlými živočichy (např. candát obecný, okoun říční). Indikátory jsme sloučili, čímž vznikl multimetrický index pro centrální a západní Evropu (CW-FBI). Tento index vykazuje těsnou závislost se stresory způsobujícími eutrofizaci. Při porovnání údajů mezi oběma státy je situace v České republice lepší než ve Francii. CW-FBI lze díky obecným indikátorům aplikovat na rozsáhlé geografické oblasti, ovšem je poměrně složitý pro běžné používání kvůli množství modelů.
V druhém článku [3] jsem se spoluautory vytvořil praktický index především pro podmínky České republiky (CZ-FBI). Využili jsme údaje ze 17 nádrží vzorkovaných bentickými a pelagickými tenatovými sítěmi. K výběru indikátorů jsme použili regresní závislosti s koncentrací celkového fosforu doplněné expertními odhady. Takto bylo vybráno devět indikátorů: převážně druhově specifických (druhy, jejichž populace narůstají s úživností, např. cejn velký, ježdík obecný, a opačně klesají, např. okoun říční, lososovité ryby), údaje o celkové početnosti a biomase (narůstají s trofií) a v neposlední řadě informace o úspěšnosti přirozené reprodukce. Vzhledem k jednoduchosti procesu výběru indikátorů jsme věnovali pozornost ověřování indexu: závislost na indexu sdružujícím další stresory (kolísání hladiny, úpravy pobřeží, intenzita využívání), časová stabilita hodnocení, ověření variability jednotlivých indikátorů a rovněž závislost s CW-FBI. Všechny ověřovací kroky byly úspěšné a CZ-FBI tak má smysluplnou podstatu. Čtenáři mohou index najít v Metodice pro hodnocení ekologického potenciálu silně ovlivněných a umělých vodních útvarů – kategorie jezero na stránkách Ministerstva životního prostředí. Ve třetím článku [4] jsme porovnávali 10 národních indexů zahrnující 556 jezer a nádrží v centrální a pobaltské oblasti Evropy. Indexy se lišily z hlediska vzorkování ryb (např. tenatové sítě, vězence, statistiky rybářů) i rybími indikátory (celkem 45). Proto jsme porovnávali výsledky jejich hodnocení (tzv. poměr ekologické kvality, EQR) lineárními modely se smíšenými efekty s kombinací stresorů. Nejtěsnějšího vztahu jsme dosáhli kombinací hydromorfologického ovlivnění (úpravy prostředí a fragmentace) s eutrofizací (koncentrace celkového fosforu a chlorofylu a) a intenzitou využívání (rekreace, hustota obyvatel). Kombinace těchto stresorů se ukázala jako nejvýznamnější pro rybí obsádky, lze ji jistě využít i k porovnání dalších biologických indexů. Z našeho pohledu je zásadní, že CZ-FBI splnil všechna kritéria mezinárodního porovnání v rámci interkalibračního cvičení. Indexy pro Českou republiku a mnohé další státy využívají údaje z tenatových sítí. Evropská norma (EN 14757) ukládá prostorově náhodné vzorkování ve všech hloubkách, což v případě přehradních nádrží se známými gradienty není efektivní. Proto jsme v navazující části využili údaje z osmi nádrží s podobnou morfologií zahrnující 29 vzorkovacích sezon a pomocí Bayesianských zobecněných lineárních modelů porovnávali hodnoty 31 indikátorů mezi úplným vzorkovacím schématem a osmi scénáři redukovaného vzorkování [5]. Omezení vzorkování se týkalo jak počtu lokalit (všechny, hrázová s přítokovou oblastí, hrázová oblast), tak hloubek (všechny, epilimnion, jediná vrstva nejblíže hladině). Nejtěsnější vztah a tedy nejmenší ztráty informací jsme dosáhli při vzorkování epilimnia všech lokalit. Druhý nejlepší scénář byl opět při zachování všech lokalit a omezení jen na hladinovou vrstvu a třetí při vzorkování všech hloubkových vrstev hrázové a přítokové oblasti. Uživatelům se tak dostává užitečný nástroj k zefektivnění vzorkování ryb v nádržích. V poslední části [6] zbývalo navrhnout doporučení na zlepšení ekologické kvality. Jednou z možností je obecně biomanipulace, kterou lze provést podporou dravých druhů ryb. Takový projekt může být považován za úspěšný jen při docílení přirozeně se udržujících populací těchto druhů. Proto jsme studovali časové řady populačního doplňku bolena dravého a candáta obecného získaných tenatovými, zátahovými a vlečnými sítěmi pomocí nové metody založené na redukci vysvětlujících proměnných určili faktory ovlivňující sílu ročníku. Početnost plůdku bolena je závislá na množství zooplanktonu, početnosti predátorů a na teplotě. V případě candáta je zásadní správné zvolení monitorovací metody. Efektivní jsou plůdkové zátahové sítě a vlečné sítě, na rozdíl od tenatových sítí. Celkově pak pro sílu populačního doplňku candáta platí, že nejvýznamnější je predace dravými rybami. Vytvořené předpovědní modely mohou pomoci správcům k určení, kdy bude přirozený doplněk slabší a bylo by účelné umělé vysazení ryb a naopak, v jakých případech by bylo vysazování zbytečné.Závěr
Přes veškeré úsilí jsme si vědomi, že studie uvedené v dizertační práci jsou stále jen počátečním krokem v dlouhodobém procesu zlepšování ekologické kvality našich vod. Navíc stále dochází ke změnám prostředí, které povedou k přehodnocení závažnosti stresorů. Novým druhům se začne více dařit a populace jiných budou kolabovat. Eutrofizace možná nebude nejzásadnějším problémem v době nedostatku vody či extrémních srážek. Ekosystémy v dobrém ekologickém stavu budou ke změnám odolnější, je tedy velmi důležité mít k dispozici kvalitní údaje a začít co nejdříve s nápravnými opatřeními tam, kde jsou zapotřebí.
V souvislosti se zachováním a zlepšením kvality ekosystémů se budoucí práce zaměří na další stresory typu kolísání hladiny narušující vývoj litorálu s makrofyty nebo na ohodnocení působení rybářů selektivně odlovujících velké jedince a ekologicky významné druhy. Rybí společenstva nám poskytují mnoho údajů, které doposud nejsou plně využívány, jako jsou kumulace látek z prostředí odhalující i dlouhodobě působící stresory. Další, především šetrné metody vzorkování (např. eDNA, elektrolov, hydroakustika) by měly být více využívány k výběru relevantních indikátorů.
Poděkování
V textu záměrně používám množné číslo, ač jsem prvním autorem tří vyšlých článků, jednoho rukopisu a přispěl jsem i ke spoluautorskému článku. Práci bych nedokončil bez podpory a pomoci kolegů z Oddělení ekologie ryb a zooplanktonu Hydrobiologického ústavu, BC AV ČR. Stejně tak si velmi vážím skvělého vedení školitelem Jiřím Peterkou. Nesmírně hodnotná pro mne byla spolupráce s konzultantem práce Davidem Boukalem a nemohu opomenout ředitele ústavu Jana Kubečku, který mi umožnil zabývat se danou problematikou. V neposlední řadě děkuji rodině a přátelům za podporu a trpělivost během mých dlouhých studií.
Literatura/References
(1) Blabolil, P. (2017) Assessment of Czech water-bodies ecological potential based on fish community. Ph.D. Thesis Series, No. 7. University of South Bohemia, Faculty of Science, School of Doctoral Studies in Biological Sciences, České Budějovice, Czech Republic, 114 pp.
(2) Blabolil, P.; Logez, M.; Ricard, D.; Prchalová, M.; Říha, M.; Sagouis, A.; Peterka, J.; Kubečka, J.; Argillier, C. (2016a) An assessment of the ecological potential of Central and Western European reservoirs based on fish communities. Fisheries Research 173: 80–87.
(3) Blabolil, P.; Říha, M.; Ricard, D.; Peterka, J.; Prchalová, M.; Vašek, V.; Čech, M.; Frouzová, J.; Jůza, T.; Muška, M.; Tušer, M.; Draštík, V.; Sajdlová, Z.; Šmejkal, M.; Vejřík, L.; Matěna, J.; Boukal, D. S.; Ritterbusch, D.; Kubečka, J. (submitted) A simple fishbased approach to assess the ecological quality of freshwater reservoirs in Central Europe.
(4) Poikane, S.; Ritterbusch, D.; Argillier, C.; Białokoz, W.; Blabolil, P.; Breine, J.; Jaarsma, N. G.; Krause, T.; Kubečka, J.; Lauridsen, T. L.; Nõges, P.; Peirson, G.; Virbickas, T. (2017) Response of fish communities to multiple pressures: development of a total anthropogenic pressure intensity index. Science of the Total Environment 586: 502–511.
(5) Blabolil, P.; Boukal, D. S.; Ricard, D.; Kubečka, J.; Říha, M.; Vašek, M.; Prchalová, M.; Čech, M.; Frouzová, J.; Jůza, T.; Muška, M.; Tušer, M.; Draštík, V.; Šmejkal, M.; Vejřík, L.; Peterka, J. (2017) Optimal gillnet sampling design for the estimation of fish community indicators in heterogeneous freshwater ecosystems. Ecological Indicators 77: 368–376.
(6) Blabolil, P.; Ricard, D.; Peterka, J.; Říha, M.; Jůza, T.; Vašek, M.; Prchalová, M.; Čech, M.; Muška, M.; Seďa, J.; Mrkvička, J.; Boukal, D. S.; Kubečka, J. (2016b) Predicting asp and pikeperch recruitment in a riverine reservoir. Fisheries Research 173: 45–52.
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Přírodovědecká fakulta
Katedra biologie ekosystémů
Branišovská 31
370 05 České Budějovice
Biologické centrum AV ČR, v.v.i.
Hydrobiologický ústav
Na Sádkách 7
370 05 České Budějovice
Blabolil.Petr()seznam.cz
