Holocenní změny vlhkosti na karpatských rašeliništích rekonstruované pomocí krytenek

Mgr. Anna Šímová, Ph.D.

Disertační práce

Holocene moisture changes in Carpathian peatlands reconstructed from testate amoebae

Anotace:

Krytenky jsou citlivé indikátory současných a minulých podmínek prostředí na rašeliništích. Doposud se však využívaly především v (paleo)ekologickém výzkumu rašelinišť s dominancí rašeliníků (rod Sphagnum), zejména ombrotrofních vrchovišť, kde je složení společenstev těchto mikroogranismů ovlivňováno změnami povrchové vlhkosti, potažmo změnami klimatu. Ve své dizertační práci jsem si proto kladla za cíl prozkoumat ekologii krytenek podél kompletního gradientu minerální bohatosti rašelinišť v málo prozkoumaném regionu středovýchodní Evropy a vytvořit modely přenosových funkcí pro kvantitativní rekonstrukce prostředí (článek 1), a následně rekonstruovat holocenní vývoj dvou lokalit v Západních Karpatech – rašeliniště Kotelnice ve Slezských Beskydech v České republice (článek 2) a vrchoviště Puścizna Wielka v Oravsko-Novotargské kotlině v Polsku (rukopis 3) – pomocí tzv. multi-proxy přístupu, primárně s využitím krytenek a nových přenosových funkcí. Vícerozměrné statistické analýzy ukázaly, že pH vody bylo hlavním faktorem prostředí, jenž ovlivňuje strukturu společenstev krytenek podél celého gradientu od minerálně chudých kyselých vrchovišť po minerálně bohatá vápnitá slatiniště, a zároveň i v minerotrofní části tohoto gradientu. Naopak, společenstva krytenek v ombrotrofní části studovaného gradientu byla primárně strukturována hladinou podzemní vody. Predikční síla nových kalibračních modelů (tj. obecný model pro pH a specifické modely pro pH a hladinu vody) byla velmi dobrá ve srovnání s dříve publikovanými přenosovými funkcemi založenými na krytenkách. Tyto nové modely umožňují rekonstruovat minulé změny minerální bohatosti vody v různých typech rašelinišť a minulé hydroklimatické změny v ombrotrofních vrchovištích z fosilních krytenkových záznamů. Výsledky první paleoekologické studie ukázaly, že rašeliniště Kotelnice vzniklo na přelomu pleistocénu a holocénu a mělo rozmanitou vývojovou historií, hlavně díky sesuvům. Nejzajímavější vývojovou fází studované lokality bylo téměř ombrotrofní vrchoviště v pozdním holocénu, které po jednom a půl tisíciletí zaniklo kvůli zvýšené lidské činnosti v horách. Srovnání regionálních pylových záznamů ukázalo, že sesuvy půdy zvýšily heterogenitu krajiny v holocénu a podpořily tak přežití specifických a v současnosti ohrožených druhů (např. lípa a jilm) a typů stanovišť (např. suťové lesy a rašeliniště) v Západních Karpatech. Ve srovnání s rašeliništěm Kotelnice, byl vývoj vrchoviště Puścizna Wielka spíše jednotvárný, s trvale ombrotrofními podmínkami a pozvolnou změnou ze šlenkové přes trávníčkovou až po bultovou fázi. Přechody mezi šlenkovou/trávničkovou a trávničkovou/bultovou fází se časově shodují se známou klimatickou událostí před 4,2 tisíci lety a subrecentním oteplením s antropogenním poklesem hladiny vody. Kromě těchto hlavních změn bylo identifikováno několik menších klimatických posunů, například suchý výkyv spojený s vysokými teplotami v době bronzové a období s extrémně vlhkými a hlavně suchými výkyvy v malé době ledové. Změny vlhkosti rekonstruované z rašelinného archivu vrchoviště Puścizna Wielka přispívají k obecnému poznání vývoje klimatu v holocénu a mohou sloužit jako základ pro pochopení minulých a současných ekosystémových změn nejen ve studovaném regionu. Moje doktorská práce zároveň přináší nové poznatky o ekologii krytenek, zejména taxonů obývajících bohatá a vápnitá slatiniště, a poskytuje nové modely přenosových funkcí pro rekonstruování minulých podmínek prostředí na rašeliništích ve středovýchodní Evropě. K plnohodnotnému posouzení nových modelů je zapotřebí více stu

Anotace:

dií, nicméně kvantitativní rekonstrukce vytvořené pro rašeliniště Kotelnice a vrchoviště Puścizna Wielka poskytují spolehlivé predikce minulého prostředí. Výsledky mé dizertační práce navíc ukázaly, že krytenky mohou odhalit mírné změny vlhkosti a mohou pomoci při hledání kompromisů mezi větším počtem rekonstrukcí, které jsou založeny na různých tzv. proxy indikátorech. Krytenky si proto zaslouží více pozornosti a měly by být běžně zahrnovány do paleoekologických studií rašelinišť i ve středovýchodní Evropě.

Abstract:

Testate amoebae (TA) are sensitive indicators of present and past environmental conditions in peatlands. However, they have been mainly used in (palaeo)ecological studies of Sphagnum-dominated peatlands, especially ombrotrophic bogs, where the community composition of these microorganisms is driven by the variation in surface moisture and thus reflects the variation in climate. In my Ph.D. dissertation, I therefore aimed to explore the ecology of testate amoebae along the complete poor–rich gradient of peatlands in an understudied region of East-Central Europe and to develop transfer function models for quantitative environmental reconstructions (Paper 1), and subsequently to reconstruct the Holocene development of two sites in the Western Carpathians – the Kotelnice mire in the Slezské Beskydy Mts, Czech Republic (Paper 2) and the Puścizna Wilka bog in the Orawa-Nowy Targ basin, Poland (Manuscript 3) – using a multi-proxy approach, primarily involving testate amoebae and the new transfer functions. Multivariate statistical analyses showed that water pH was the main environmental factor controlling the community structure of testate amoebae along the complete gradient from mineral-poor acidic bogs to mineral-rich calcareous fens, as well as in the minerotrophic part of the gradient. In contrast, TA communities in the ombrotrophic part of the gradient were primarily structured by depth to water table (DWT). The predictive power of the new regionally calibrated models (i.e. the general model for pH and the context-specific models for pH and DWT) was very good compared to previously published TA-based transfer functions. The new models allow reconstructions of past water mineral richness changes in different peatland types and past hydroclimatic changes in ombrotrophic peatlands from fossil TA records. The results of the first palaeoecological study showed that the Kotelnice mire was formed at the Pleistocene-Holocene transition and had a diverse development history, mainly as a result of landslides. The most interesting development phase of the study site was a nearly ombrotrophic bog in the Late Holocene, which disappeared after one and a half millennia due to increased human activity in the mountains. A comparison of regional pollen records showed that landslides increased landscape heterogeneity during the Holocene, supporting the survival of specific and recently endangered species (e.g. lime and elm) and habitats (e.g. scree forests and mires) in the Western Carpathians. Compared to the Kotelnice mire, the development of the Puścizna Wielka bog was rather monotonous, with continuous ombrotrophic conditions and a gradual change from a hollow through a lawn to a hummock phase. The transitions between the hollow/lawn and lawn/hummock phases coincide with the well-known 4.2 ka event and the sub-recent warming with anthropogenic water-table decline. In addition to these major changes, a number of minor climate shifts were identified, such as a dry peak with associated high temperatures in the Bronze Age and a period of extreme wet and mainly dry fluctuations in the Little Ice Age. Moisture changes reconstructed from the peat archive of the Puścizna Wielka bog contribute to the general knowledge of the Holocene climate development and can serve as a basis for understanding past and present ecosystem changes, not only in the study region. My Ph.D. dissertation also provides new insights into the ecology of testate amoebae, especially taxa inhabiting rich and calcareous fens, and presents new TA-based transfer function models for inferring past environmental conditions in East-Central European peatlands. Further work is needed to fully assess the performance of the new models, but the quantitative reconstructions generated for the Kotelnice mire and the Puścizna Wielka bog yield robust estimates of past environments. In addition, the results of my dissertation showed that testate amoebae can reveal subtle moisture change

Abstract:

s and can help to find a compromise between multiple environmental reconstructions based on different proxies. Testate amoebae therefore deserve more attention and should be routinely included in palaeoecological studies of peatlands also in East-Central Europe.

Keywords

Krytenky, Rašeliniště, Gradient minerální bohatosti, Hladina vody, Ekologie, Přenosová funkce, Kvantitativní rekonstrukce, Multi-proxy studie, Klima, Západní Karpaty, Testate amoebae, Peatland, Poor–rich gradient, Water table, Ecology, Transfer function, Quantitative reconstruction, Multi-proxy study, Climate, Western Carpathians

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 10. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 1. 2025
• Vedoucí: prof. Mgr. Michal Hájek, Ph.D.
• Oponent: Prof. Mariusz Grzegorz Lamentowicz, Prof. Graeme Swindles

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

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