Aktuální příčiny a důsledky eutrofizace vody

Krásný den vám všem,

po dlouhé době jsem si našla chvilku pro sebe. Už jsem ji akutně potřebovala. Mám toho teď hodně zkoušky, státnice, dokončování bakalářky. Také jsem před nějakou dobou odevzdávala semestrální práci na předmět Limnologie, neboli studování sladkovodních vod. Psala jsem na téma Aktuální příčiny a důsledky eutrofizace vod. No a teď, před pár dny mi přišla odpověď. Zápočet i zkouška uděleny. Předmět hotový a k tomu tato pochvala, která mě samozřejmě velmi potěšila. Proto bych se zde s vámi ráda o svou esej podělila, aby zkrátka neskončila jen u mě v šuplíku a mé paní profesorky. Nebudu to dále zdržovat přeji příjemné čtení a doufám, že se dozvíte něco nového. 

Budu ráda za sdílení <3
Jolanda (ig @jolanasadkova)

Aktuální příčiny a důsledky eutrofizace vody

Příčinami eutrofizace vod (a její celkové degradace) jsou endogenní a exogenní obohacování živinami. K nadměrnému obohacení vod živinami začalo docházet po 2. světové válce s nástupem velkovýroby a používaní umělých hnojiv v zemědělství (antropogenní vliv). Jedná se o organické (rozpuštěné organické látky – DOM), i anorganické látky (dusičnany, dusitany, fosforečnany, křemičitany,…) pocházející z bodových (průmyslové a komunální odpadní vody; Bonsdorff, 2021) i plošných zdrojů (polnosti), které způsobí pokles poměru N/P ve vodě. Nízký poměr N/P podporuje rozkvět řas (dále vodních makrofyt a sinic; vodní květ) a další faktory podporující eutrofizaci. Následkem toho dochází k prudkému snížení množství kyslíku ve vodě (hypoxie; Ghadouani a Coggins, 2011; Schindler et al., 2016). K hypoxii dochází v důsledku přemnožení fytoplanktonu, který po své smrti způsobí navýšení množství bakterií spotřebovávajících kyslík rozpuštěný ve vodě svým metabolismem. Popsaný proces Smith a Schindler (2009) nazývají “začarovaným cyklem”, ze kterého není úniku.

Eutrofizace se považuje za závažný globální problém, protože dochází k biologické homogenizaci společenstev (ztrátě diverzity), změnám struktury a funkce ekosystému a uvolňování skleníkových plynů (CO2, CH4, N2O) ze sladkovodních ekosystémů, což vede k celosvětovým změnám počasí (Alexander et al., 2017; Ansari et al., 2010; Montzka et al., 2011). V důsledku značného zvýšení objemu fytoplanktonu dochází i ke snížení průhlednosti vody, což predátorům značně komplikuje lov ve vodním prostředí. Dochází také k snížení množství ponořených rostlin, které nejsou schopny fotosyntetizovat v zakalené vodě a kvůli nepříznivým podmínkám uhnívají (Qin et al., 2012).

Na vzestupu jsou hlavně řasy HABs (Harmful Algal Blooms), které uvolňují do vodního zdroje cyanotoxiny. Ty mají toxické účinky na játra a ledviny živých organismů. Dále jsou i neurotoxické, mají gastrointestinální účinky, způsobují paralýzu, dermatitidu, respirační onemocnění a podobně (Sivonen a Jones, 1999). Dochází tedy k degradaci celého tamějšího vodního společenstva, které ale ovlivňuje přes potravní řetězec i společenstva na pevnině (Paul et al., 2021).

Ztráta diverzity má několik aspektů: 1) vyhynutí původních druhů, 2) rozšíření nepůvodních druhů a 3) rozšíření původních generalistů (McKinney a Lockwood, 2001; Olden et al., 2004). James et al. (2005) zjistili, že diverzita makrofyt klesá se zvyšující se koncentrací dusíku ve vodě (hlavně dusičnanů) v zimě, následovaným značným navýšením množství fosforu. Málo probádanou oblastí je homogenizace mikrobiálních společenstev, která ale může mít fatální dopad na celý ekosystém, a proto je na místě věnovat jí pozornost, i když se této problematice věnuje aktuálně jen několik autorů (například Geng et al., 2022).
Eutrofizace snižuje počet autotrofních bakterií a zvyšuje počet heterotrofních, což vede ke kompletní změně mikrobiálního společenstva ve vodě (Feng et al., 2007). Dle Proulx et al. (1996) se při zvýšeném množství živin začala nejdříve diverzita fytoplanktonu zvyšovat, ale následně prudce klesat, z čehož vyplývá, že stejně jako pro zbytek, tak i pro fytoplankton, je eutrofizace škodlivá. Fytoplankton patří do spodních příček pyramidy v rámci potravního řetězce, takže snížení jeho diverzity má dopad na celý ekosystém. Sníží se jak diverzita zooplanktonu, tak nektonu (tzv. bottom-up effect – řízení zdola; Qin et al., 2012).

Na druhou stranu nárůstem dusíku ve vodě je podporována proliferace fytoplanktonu a řas, ale jen specifických druhů. V biomase začnou převažovat hlavně sinice (Smith, 2003). Pokud je ve vodě zvýšená koncentrace fosforu dochází k dominanci chlorofyt (Jensen et al., 1994).

Značným problémem je eutrofizace sladkovodních jezer. Vzhledem k jejich velikosti totiž jezera zpracovávají neúměrně velkou část uhlíku, který se nachází v atmosféře. Jsou tedy důležitou součástí globálního cyklu uhlíku. Pokud jsou ovlivněna antropogenní eutrofizací, mění se jejich role v rámci cyklu (Morales-Williams et al., 2020). Mají vyšší míru mikrobiálního zpracování organické hmoty (DOM). Příjmy anorganického uhlíku primárními producenty převyšují ten, jež je produkován při heterotrofním dýchání, což vede ke stálému vyčerpání oxidu uhličitého ve vodním sloupci (Williams et al., 2010, 2015; Morales-Williams, 2017). Kvůli eutrofizaci jsou společenstva makrofyt postupně nahrazována fytoplanktonem. Zdá se, že dochází k počátečnímu navýšení množství sinic, a pokud stále stoupá množství živin bude postupně ekosystém ovládán chlorofyty. Příčiny takové sukcese jsou ale stále nejasné (Qin et al., 2012).

Závěrem je důležité si položit otázku, zda lze obnovit ekosystémy, které byly zasaženy eutrofizací. Odpověď je spíše ne. Můžeme totiž sekundárně zlepšit kvalitu vody a obnovit tamější ekosystém, ale podle Brede et al. (2009) dojde například u zooplanktonu k trvalým evolučním změnám, které brání návratu do původního stavu a úrovně populace v daném sladkovodním ekosystému. Proto je nutné snažit se eutrofizaci předcházet, než následně řešit její následky. S velkou pravděpodobností stejně nepůjde ekosystém obnovit zcela, navíc mohou být řešení dost ekonomicky náročná.

PS.: Pokud se vám esej líbila další najdete zde na webu v sekci Příroda → Vědátoření → Vysoká.

Zdroje

Alexander, T.J., Vonlanthen, P., Seehausen, O., 2017. Does eutrophication-driven evolution change aquatic ecosystems? Philos. Trans. R. Soc. B 372 (1712).

Ansari, A.A., Singh, G.S., Lanza, G.R., Rast, W., 2010. Eutrophication: Causes, Consequences and Control. Springer.

Bonsdorff, E. Eutrophication: Early warning signals, ecosystem-level and societal responses, and ways forward. Ambio 50, 753–758 (2021). https://doi.org/10.1007/s13280-020-01432-7

Brede N, Sandrock C, Straile D, et al. The impact of human-made ecological changes on the genetic architecture of Daphnia species. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106: 4758–4763

Geng, M., Zhang, W., Hu, T., Wang, R., Cheng, X., & Wang, J. (2022). Eutrophication causes microbial community homogenization via modulating generalist species. Water research, 210, 118003.

Ghadouani, A., Coggins, L.X., 2011. Science, technology and policy for water pollution control at the watershed scale: current issues and future challenges. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 36 (9–11), 335–341. https://doi.org/10.1016/j.pce.2011.05.011.

James C, Fisher J, Russell V, et al. Nitrate availability and hydrophyte species richness in shallow lakes. Freshwater Biol, 2005, 50:1049–1063

Jensen J P, Jeppesen E, Olrik K, et al. Impacts of nutrients and physical factors on the shift from cyanobacterial to chlorophyte dominance in shallow Danish Lakes. Can J Fish Aquat Sci, 1994, 51:1692–1699

McKinney, M.L., Lockwood, J.L., 2001. Biotic homogenization: a sequential and selective process. Biotic Homogenization. Springer, pp. 1–17.

Montzka, S.A., Dlugokencky, E.J., Butler, J.H., 2011. Non-CO2 greenhouse gases and climate change. Nature 476, 43–50.

Morales-Williams, A.M., Wanamaker, A.D., Williams, C.J. et al. Eutrophication Drives Extreme Seasonal CO2 Flux in Lake Ecosystems. Ecosystems 24, 434–450 (2021). https://doi.org/10.1007/s10021-020-00527-2

Olden, J.D., Leroy Poff, N., Douglas, M.R., Douglas, M.E., Fausch, K.D., 2004. Ecological and evolutionary consequences of biotic homogenization. Trends Ecol. Evol. 19 (1), 18–24.

Paul, Bishal, Satya Sundar Bhattacharya, and Nayanmoni Gogoi. „Primacy of ecological engineering tools for combating eutrophication: An ecohydrological assessment pathway.“ Science of The Total Environment 762 (2021): 143171.

Qin B Q, Gao G, Zhu G W, et al. Lake eutrophication and its ecosystem response. Chin Sci Bull, 2013, 58: 961970, doi: 10.1007/s11434-012-5560-x

Schindler, D.W., Carpenter, S.R., Chapra, S.C., Hecky, R.E., Orihel, D.M., 2016. Reducing phosphorus to curb lake eutrophication is a success. Environ. Sci. Technol. 50 (17), 8923–8929. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b02204

Sivonen, K., Jones, G., 1999. Cyanobacterial toxins. Toxic cyanobacteria in water: a guide to their public health consequences, monitoring and management, 1, 43–112. (1999). In: Bartram, J., Chorus, I. (Eds.), Toxic Cyanobacteria in Water: A Guide to their Public Health Consequences, Monitoring and Management. CRC Press Retrieved July 31, 2020. https://www.who.int/water_sanitation_health/resourcesquality/ toxcyanbegin.pdf?ua=1.

Smith V H, Schindler W D. Eutrophication science: Where do we go from here? Trends Ecol Evol, 2009, 24: 201–206

Williams CJ, Frost PC, Morales-Williams AM, Larson JH, Richardson WB, Chiandet AS, Xenopoulos MA. 2015. Human activities cause distinct dissolved organic matter composition across freshwater ecosystems. Glob Change Biol 22:613–26. h ttps://doi.org/10.1111/gcb.13094.

Williams C, Yamashita Y, Wilson H, Jaffe´ R, Xenopoulos M. 2010. Unraveling the role of land use and microbial activity in shaping dissolved organic matter characteristics in stream ecosystems. Limnol Oceanogr 55:1159–71. https://doi.org/10. 4319/lo.2010.55.3.1159.

Diskuze

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.