Dlouhodobé odpovědi makrozoobentosu na antropické disturbance: vlivy znečištění, změny habitatů a klimatických změn

Mgr. Selma de Donnová, Ph.D.

Disertační práce

Long-term macroinvertebrate responses to anthropogenic disturbance: The effects of pollution, habitat modification and climate change

Anotace:

Sladkovodní ekosystémy jsou dlouhodobě zatíženy mnoha antropogenními vlivy, které významně ovlivnily samotná stanoviště, kvalitu vody i biodiverzitu. Makrozoobentos, klíčová složka sladkovodní diverzity, se již několik desetiletí využívá k rutinnímu monitoringu tekoucích vod po celé Evropě, proto je k dispozici relativně značné množství dat a informací. Tato disertační práce se zaměřuje na environmentální změny a odpovědi makrozoobentosu na běžné antropogenní vlivy ve sladkovodních biotopech. Na základě tří publikovaných studií a dvou rukopisů zkoumá dlouhodobé změny v nížinných řekách ovlivněných mnoha stresory, odpověď makrozoobentosu na revitalizaci toků v různých typech prostředí a biologickou obnovu po acidifikaci. Většina těchto studií se věnuje časovému vývoji v tekoucích vodách, přičemž využívá jak environmentální, tak biologická data. Nížinné řeky jsou vystaveny silnému lidskému vlivu v intenzivně využívaných povodích. Naše studie ukázala, že podstatná část jejich biodiverzity byla ztracena už v první polovině 20. století v důsledku hydromorfologických změn, následovaných silným znečištěním. Zlepšení kvality vody umožnilo částečnou obnovu společenstev, avšak species pool zůstal ochuzený a stupňování nových stresorů, například klimatické změny, vedlo k dalším změnám ve složení společenstev. Zatímco oteplování mělo v námi studovaných řekách pozitivní vliv na abundanci makrozoobentosu, rostoucí počet dnů s nízkým průtokem negativně ovlivnil jejich druhovou bohatost. Dalším faktorem ovlivňujícím vývoj makrozoobentosu v řekách vystavených mnoha stresorům je hydromorfologická degradace. Silně degradované řeky zaznamenaly další zhoršení biologické kvality, zatímco méně degradované řeky vykazovaly známky obnovy. Obnova přirozené hydromorfologie koryta je často hlavním cílem revitalizačních opatření. Nicméně reakce makrozoobentosu na tyto zásahy není vždy patrná, nejčastěji kvůli přetrvávajícím faktorům na úrovni povodí, jako je nevhodné využití povodí, nedostatečná kvalita vody nebo absence zdrojových populací v bezprostředním okolí. Naše výsledky podporují předpoklad, že společenstva makrozoobentosu jsou primárně ovlivněna faktory na velkém měřítku, avšak i v případech zhoršené kvality vody může obnova hydromorfologie vést ke zvýšení druhové rozmanitosti. Pokud navíc nejsou přítomna běžná omezení, kolonizace obnovených toků probíhá rychle a hodnot blížících se k referenčním může být dosaženo během méně než dvou let. Oproti tomu regenerace makrozoobentosu po acidifikaci trvá často několik desetiletí, což byl také případ chronicky acidifikovaných ledovcových jezer, která jsme zkoumali. Po dvaceti letech mírného zlepšování biologická obnova stále zaostávala za chemickým zotavením z acidifikace. Ve třetí dekádě ale došlo k významnému zvýšení druhové bohatosti i abundance a ke změně druhového složení makrozoobentosu, především díky zlepšení kvality vody, růstu litorální vegetace a kolonizaci rybami. Nicméně společenstva zůstala dominována několika druhy odolnými vůči okyselení, které tvoří většinu místního druhového spektra. Tyto výsledky zdůrazňují komplexní, často opožděné odpovědi makrozoobentosu na rozsáhlé změny v sladkovodních biotopech. Porozumění těmto procesům je klíčové pro tvorbu účinných strategií ochrany a stanovení realistických očekávání ekologické obnovy.

Abstract:

For a long time, freshwater ecosystems have been burdened with multiple anthropogenic disturbances that have profoundly impacted habitats, water quality, and biodiversity. Macroinvertebrates, a key component of freshwater diversity, have been used in routine bioassessment of running waters across Europe for several decades, providing substantial data and knowledge. This thesis focuses on environmental changes and resulting macroinvertebrate responses associated with common human pressures in freshwater habitats. With three published papers and two manuscripts, it aims to explore long-term changes in multiple-stressor lowland rivers, macroinvertebrate response to stream restoration in various settings, and biological recovery from acidification. Most of these studies investigate the temporal development of running waters, utilising both environmental and biological data. Lowland rivers experience intense human impact in heavily exploited catchments. We found that a considerable part of their biodiversity was lost in the first half of the 20th century due to hydromorphological alterations followed by severe pollution. Improvement of water quality enabled partial recovery of assemblages, but the species pool remained impoverished, and exacerbation of novel stressors, such as climate change, instigated further compositional changes. While the effect of warming on macroinvertebrate abundance in studied rivers turned out to be positive, increasing the number of days with low flow negatively influenced their richness. Another factor modifying macroinvertebrate development in multiple-stressor rivers is the degradation of hydromorphology. Highly degraded rivers experienced further biotic deterioration, while less degraded rivers showed signs of recovery. Rehabilitation of natural channel hydromorphology is often the central goal of stream restoration. However, macroinvertebrates do not always respond to restoration measures, primarily due to persistent catchment-scale factors such as unfavourable land use and water quality or lack of source population in the immediate surroundings. Our results support the premise that macroinvertebrate assemblages are primarily shaped by large-scale factors, but even in cases of poor water quality, restoration of hydromorphology can increase diversity. Furthermore, in the absence of common limitations, the recolonisation of restored streams turned out to be rapid, approaching reference values in less than two years. In contrast, macroinvertebrate recovery from acidification often lasts multiple decades. This was also the case with the chronically acidified glacial lakes we examined. After twenty years of modest improvement, biotic recovery lagged behind chemical reversal from acidification. In the third decade, species richness and abundance significantly increased, and species composition shifted, mostly due to improved water quality, littoral vegetation growth and fish colonisation. However, assemblages remained dominated by a few acid-resistant taxa that comprise the majority of the local species pool. These findings highlight the complex, often delayed macroinvertebrate responses to vast environmental changes in freshwater habitats. Understanding these dynamics is crucial for developing effective conservation strategies and setting realistic expectations for ecological recovery.

Keywords

sladkovodní ekosystémy, vodní bezobratlí, biologické zotavení, antropogenní stresory, kvalita vody, hydromorfologie toků, freshwater ecosystems, aquatic invertebrates, biological recovery, anthropogenic stressors, water quality, stream hydromorphology

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 3. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 5. 2025
• Vedoucí: doc. Mgr. Jindřiška Bojková, Ph.D.
• Oponent: Prof. Dr Daniel Hering, prof. RNDr. Aleš Dolný, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Ekologická a evoluční biologie / Hydrobiologie