Wikipedia

Fragmentacja rzek

fragmentacja siedliska w rzece

Fragmentacja rzeki – fragmentacja siedliska w rzece (cieku). Polega na podziale rzeki na fragmenty przez antropogeniczne[1] i naturalne[2] bariery utrudniające przemieszczanie się gatunków. Barierami takimi są m.in. zapory i jazy. Fragmentacja rzek to jedno z najważniejszych zagrożeń dla różnorodności biologicznej w rzekach[1][3], prowadzi do wymierania ryb i innych organizmów wodnych. Oprócz bezpośredniego wpływu na możliwość migracji organizmów wodnych i ich zasięg występowania i liczebność, fragmentacja zmienia rozkład siedlisk i ich pojemność ekologiczną. Jest jednym ze wskaźników stanu środowiska rozważanym do stosowania przez Europejską Agencję Środowiska[4].

Mechanizm działania

edytuj
 
Sztuczna bariera zaburzająca ciągłość podłużną rzeki - jeden z progów na Czarnym Dunajcu

Ciągłość ekologiczną rzeki stanowią cztery wymiary[5]:

  1. Ciągłość podłużna, czyli ciągłość między dolnym i górnym biegiem rzeki,
  2. Ciągłość poprzeczna, czyli łączność z doliną rzeki,
  3. Ciągłość pionowa, czyli łączność z wodami podziemnymi i atmosferą, oraz
  4. Ciągłość w czasie, czyli ciągłość zależna od zmiennych w czasie przepływów.

Fragmentacja rzek polega na zaburzeniu ciągłości podłużnej rzeki przez budowle hydrotechniczne, takie jak zapory, jazy, progi, stopnie wodne, rampy kamienne, ale także przez naturalne wodospady, tamy bobrowe i ruchy masowe. Obiekty te, nazywane barierami, oddzielają jedną część rzeki od drugiej, co skutkuje uniemożliwieniem migracji organizmów wodnych[1] które nie są w stanie obejść dookoła, przeskoczyć, czy przelecieć nad barierą i częściowym lub całkowitym uniemożliwieniem transportu materiału[6] w rzece. Zatrzymanie transportu rumowiska skutkuje efektem głodnej wody, zmieniając skład osadów rzecznych i charakterystykę erozji rzecznej[7]. Bariery mają również wpływ na poziom wód podziemnych w dolinie rzeki - powyżej bariery jest on podwyższony, poniżej - obniżony.

Fragmentacja przez naturalne bariery

edytuj

Jednym z rodzajów fragmentacji rzek, jest fragmentacja przez bariery naturalne. Dotyczy przede wszystkim górnych biegów rzek, a więc rzek bardzo małych. Są częścią ekosystemów. Mogą to być:

  1. Wodospady, których istnienie rozpatrywane może być w geologicznej skali czasowej. Są one trwałym elementem krajobrazu i rzeki, na przestrzeni tysięcy lat wpływają na specjację ryb[2] i innych organizmów wodnych. Wodospady spotykane są zwykle w górnych biegach rzek[8], a więc w rzekach niskiego rzędu w rzędowości Strahlera. Ich oddziaływanie jest ograniczone do górnych odcinków małych i średnich rzek.
  2. Tamy bobrowe, które istnieją zwykle przez krótki okres - od kilku tygodni do kilku lat[9][10]. Zwykle są to konstrukcje niskie i nieszczelne. Niektóre ryby są w stanie migrować przez nieszczelności w bobrowych tamach[11]. Istnienie tam bobrowych jest częścią ewolucyjnej historii poszczególnych gatunków ryb, które wykorzystują siedliska tworzone przez bobry w różnych stadiach życia[12][13]. Wpływ tam bobrowych na fragmentację rzek jest lokalny i ograniczony do najmniejszych rzek, zwykle 1. lub 2. (rzadziej 3. i bardzo rzadko 4.) rzędu Strahlera[14].
  3. Osuwiska, ruchy masowe występujące w rejonach górskich. Ich wpływ na fragmentację rzek jest ograniczony, w Polsce znane są Jeziorka Duszatyńskie utworzone przez naturalne przetamowanie rzeki przez osuwisko.

Fragmentacja przez sztuczne (antropogeniczne) bariery

edytuj

Fragmentacja przez sztuczne bariery dotyczy wszystkich rzek niezależnie od ich rozmiaru[3][8], a więc bariery te zlokalizowane są nawet w dolnych biegach dużych rzek. Jest to podstawowa i zasadnicza różnica między nimi, a fragmentacją przez bariery naturalne. Sztuczne bariery istnieją zwykle przez kilkadziesiąt do ponad 100 lat[15] - wystarczająco długo, żeby spowodować wymarcie poszczególnych populacji i gatunków[16]. Fragmentacja rzek przez duże zapory dotyczy ponad 70% dorzeczy w Europie[17], a liczba wszystkich sztucznych barier w Europie szacowana jest na 1,2 mln[18]. Jedynie 1/3 rzek o długości przekraczającej 1000 km jest jeszcze wolna od zapór[5]. Skutkiem fragmentacji rzek przez antropogeniczne bariery jest spadek bioróżnorodności[19], katastrofalny spadek liczebności populacji ryb, zwłaszcza wędrownych[20][21] i małży[22]. Populacje ryb wędrownych zmalały o ponad 90% w Europie i ponad 70% globalnie w latach 1970-2020[20].

Najszerzej rozpowszechniony rodzaj barier w rzekach to budowle hydrotechniczne piętrzące wodę rzek. Lokalizację sztucznych barier tego typu w Europie przedstawia Europejski Atlas Barier[23]. W Wielkiej Brytanii fragmentacja przez budowle hydrotechniczne dotyczy ponad 99% rzek[8]. Budowle hydrotechniczne będące barierami dla ryb to przede wszystkim:

  1. Zapory, największe budowle hydrotechniczne. Zwykle poza uniemożliwieniem migracji organizmów w górę rzeki, tworzą zbiornik zaporowy zmieniając warunki wielu kilometrów rzeki z wody płynącej w stojącą[24].
  2. Elektrownie wodne, zwykle część zapory lub jazu. Są barierą dla ryb migrujących zarówno w górę, jak i w dół rzeki. Ryby spływające w dół są często zabijane przez turbiny elektrowni, które przecinają lub skutkują wewnętrznymi obrażeniami u ryb[25].
  3. Jazy, progi, stopnie o oddziaływaniu podobnym do zapór, choć rzadziej tworzą zbiorniki i zlokalizowane są na mniejszych rzekach. Zależnie od wysokości uniemożliwiają lub utrudniają migrację rybom i innym organizmom[26].
  4. Rampy, kamienne lub betonowe budowle mogące sprawiać wrażenie naturalnych wodospadów. Przy zbyt dużym nachyleniu i wysokości są barierami nie do pokonania dla ryb[26]. Zwykle mają mały wpływ na transport materiału w rzece.
  5. Brody, umocnione przejazdy przez rzekę[26]. Zwykle tworzą niskie (<0,5 m) piętrzenia. Ich liczba nie jest duża[23].
  6. Przepusty drogowe, stanowiące barierę dla ryb w zależności od stanu wody i nachylenia[26]

Czasem za elementy powodujące fragmentację uznaje się też ujęcia wód[4]. Sztucznymi barierami dla migracji są także zanieczyszczenia chemiczne i termiczne wody, hałas, promieniowanie elektromagnetyczne oraz gatunki inwazyjne[27], a także otwarte systemy chłodnicze elektrowni termicznych[28].

Możliwości rozwiązania problemu fragmentacji rzek

edytuj
 
Rozbiórka zapory w Sindi na rzece Parnawie (Estonia), sierpień 2019

Katastrofalny wpływ sztucznych barier na ryby został dostrzeżony już na początku XX wieku, wtedy też w USA doszło do pierwszych rozbiórek zapór[29]. Przez cały XX wiek kolejne bariery były jednak budowane, a w krajach rozwijających się plany budowy kolejnych zapór są na porządku dziennym[15]. Kwestia drożności dla organizmów i osadów jest różnie rozwiązywana. Przykładowo, pierwsza Tama Asuańska z przełomu XIX i XX w. umożliwiała transport osadów i podobną do naturalnej sezonowość przepływów[7], podczas gdy Wysoka Tama stała się poważną barierą[30].

W krajach Europy Zachodniej i USA coraz bardziej powszechną praktyką jest rozbiórka barier, jednak liczba rozbieranych barier wciąż jest bardzo mała[31]. Rozbiórka barier jest jedynym skutecznym rozwiązaniem problemu fragmentacji rzek[32], w przeciwieństwie do budowy przepławek, które pozwalają jedynie na migrację niektórych gatunków ryb i zwykle są mało skuteczne. Powrót ryb w odcięte wcześniej fragmenty rzek następuje zwykle już w ciągu roku od rozbiórki bariery[33], a w ciągu następnych kilkunastu lat populacje ryb znacząco rosną[34].

 
57 tys. km rzek odciętych od możliwości migracji ryb dwuśrodowiskowych przez zaporę we Włocławku

Fragmentacja rzek w Polsce

edytuj

Według oficjalnych danych, na polskich rzekach zlokalizowanych jest ok. 16,5 tys. sztucznych barier[18] Wartość ta w rzeczywistości jest jednak dużo większa i wynosi prawdopodobnie ok. 77 tys.[18]. Tylko 1 na 100 barier wyposażona jest w przepławkę[14], przy czym skuteczność większości z tych przepławek nie jest znana.

Najbardziej szkodliwą budowlą hydrotechniczną w kontekście fragmentacji rzek Polski jest zapora we Włocławku. Odcina dla migrujących ryb łącznie 57 tys. km rzek[14], co stanowi 40% długości wszystkich rzek Polski. Jej budowa spowodowała m.in. wymarcie populacji ryb wędrownych: łososia, certy, troci i węgorza w dorzeczu Wisły[35]. Po modernizacji przepławki udokumentowano przepłynięcie przez nią różnych liczb ryb. Przykładowo, w latach 2015-2019 przepłynęło przez nią rocznie od 1 do 41 łososi, od 0 do 157 węgorzy, czy od 207 do 1566 troci wędrownych[36].


Przypisy

edytuj
  1. ↑ a b c Matthew R. Fuller, Martin W. Doyle, David L. Strayer, Causes and consequences of habitat fragmentation in river networks, „Annals of the New York Academy of Sciences”, 1355 (1), 2015, s. 31–51, DOI: 10.1111/nyas.12853, ISSN 1749-6632 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  2. ↑ a b Murilo S. Dias i inni, Natural fragmentation in river networks as a driver of speciation for freshwater fishes, „Ecography”, 36 (6), 2013, s. 683–689, DOI: 10.1111/j.1600-0587.2012.07724.x, ISSN 1600-0587 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  3. ↑ a b Jim Best, Anthropogenic stresses on the world’s big rivers, „Nature Geoscience”, 12 (1), 2019, s. 7–21, DOI: 10.1038/s41561-018-0262-x, ISSN 1752-0908 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  4. ↑ a b Fragmentation of river systems [online], Europejska Agencja Środowiska (ang.).
  5. ↑ a b G. Grill i inni, Mapping the world’s free-flowing rivers, „Nature”, 569 (7755), 2019, s. 215–221, DOI: 10.1038/s41586-019-1111-9, ISSN 0028-0836 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  6. ↑ Fundamentals of Fluvial Geomorphology, Routledge, 12 listopada 2007, DOI: 10.4324/9780203371084, ISBN 978-0-203-37108-4 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  7. ↑ a b G. Mathias Kondolf, PROFILE: Hungry Water: Effects of Dams and Gravel Mining on River Channels, „Environmental Management”, 21, s. 533 –551, DOI: 10.1007/s002679900048 (ang.).
  8. ↑ a b c Jingrui Sun, Shams M. Galib, Martyn C. Lucas, Are national barrier inventories fit for stream connectivity restoration needs? A test of two catchments, „Water and Environment Journal”, 34 (S1), 2020, s. 791–803, DOI: 10.1111/wej.12578, ISSN 1747-6593 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  9. ↑ Mateusz Grygoruk, Magdalena Nowak, Spatial and Temporal Variability of Channel Retention in a Lowland Temperate Forest Stream Settled by European Beaver (Castor fiber), „Forests”, 5 (9), 2014, s. 2276–2288, DOI: 10.3390/f5092276 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  10. ↑ Denise Burchsted i inni, The River Discontinuum: Applying Beaver Modifications to Baseline Conditions for Restoration of Forested Headwaters, „BioScience”, 60 (11), 2010, s. 908–922, DOI: 10.1525/bio.2010.60.11.7, ISSN 1525-3244 [dostęp 2021-02-06].
  11. ↑ P. Collen, R.J. Gibson, The general ecology of beavers (Castor spp.), as related to their influence on stream ecosystems and riparian habitats, and the subsequent effects on fish – a review, „Reviews in Fish Biology and Fisheries”, 10 (4), 2000, s. 439–461, DOI: 10.1023/A:1012262217012, ISSN 1573-5184 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  12. ↑ Sean C. Mitchell, Richard A. Cunjak, Stream flow, salmon and beaver dams: roles in the structuring of stream fish communities within an anadromous salmon dominated stream, „Journal of Animal Ecology”, 76 (6), 2007, s. 1062–1074, DOI: 10.1111/j.1365-2656.2007.01286.x, ISSN 1365-2656 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  13. ↑ Tomas Virbickas, Saulius Stakėnas, Andrius Steponėnas, Impact of Beaver Dams on Abundance and Distribution of Anadromous Salmonids in Two Lowland Streams in Lithuania, „PLOS One”, 10 (4), 2015, e0123107, DOI: 10.1371/journal.pone.0123107, ISSN 1932-6203, PMID: 25856377, PMCID: PMC4391911 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  14. ↑ a b c Piotr Bednarek, Fragmentacja rzek w północnej części Kotliny Sandomierskiej, 2020, DOI: 10.13140/RG.2.2.26410.64968 [dostęp 2021-02-06].
  15. ↑ a b Ageing Water Storage Infrastructure: An Emerging Global Risk [online], UNU-INWEH, 22 stycznia 2021 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  16. ↑ Hui Zhang i inni, Extinction of one of the world's largest freshwater fishes: Lessons for conserving the endangered Yangtze fauna, „Science of The Total Environment”, 710, 2020, s. 136242, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.136242, ISSN 0048-9697 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  17. ↑ Gonçalo Duarte i inni, Damn those damn dams: Fluvial longitudinal connectivity impairment for European diadromous fish throughout the 20th century, „Science of The Total Environment”, 761, 2021, s. 143293, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143293, ISSN 0048-9697 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  18. ↑ a b c Barbara Belletti i inni, More than one million barriers fragment Europe’s rivers, „Nature”, 588 (7838), 2020, s. 436–441, DOI: 10.1038/s41586-020-3005-2, ISSN 0028-0836 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  19. ↑ James S. Albert i inni, Scientists’ warning to humanity on the freshwater biodiversity crisis, „Ambio”, 50 (1), 2021, s. 85–94, DOI: 10.1007/s13280-020-01318-8, ISSN 1654-7209, PMID: 32040746, PMCID: PMC7708569 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  20. ↑ a b Deinet i inni, The Living Planet Index (LPI) for migratory freshwater fish - Technical Report, World Fish Migration Foundation, 2020.
  21. ↑ Fengzhi He i inni, The global decline of freshwater megafauna, „Global Change Biology”, 25 (11), 2019, s. 3883–3892, DOI: 10.1111/gcb.14753, ISSN 1365-2486 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  22. ↑ Manuel Lopes‐Lima i inni, Conservation status of freshwater mussels in Europe: state of the art and future challenges, „Biological Reviews”, 92 (1), 2017, s. 572–607, DOI: 10.1111/brv.12244, ISSN 1469-185X [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  23. ↑ a b European Barrier Atlas [online], amber.international [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  24. ↑ Kim Birnie-Gauvin i inni, Shining a light on the loss of rheophilic fish habitat in lowland rivers as a forgotten consequence of barriers, and its implications for management, „Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems”, 27 (6), 2017, s. 1345–1349, DOI: 10.1002/aqc.2795 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  25. ↑ J. Jed Brown i inni, Fish and hydropower on the U.S. Atlantic coast: failed fisheries policies from half-way technologies: Fish and hydropower on the U.S. Atlantic coast, „Conservation Letters”, 6 (4), 2013, s. 280–286, DOI: 10.1111/conl.12000 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  26. ↑ a b c d Jean-Marc Baudoin i inni, The ICE protocol for ecological continuity. Assessing the passage of obstacles by fish, The French National Agency for Water and Aquatic Environments, 2015, ISBN 979-10-91047-29-6.
  27. ↑ From Sea to Source [online] [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  28. ↑ Tomasz Mikołajczyk i inni, Wpływ elektrowni termicznych na ichtiofaunę. Raport z badań ilości ryb (larw i wczesnych form narybkowych) zasysanych przez otwarte systemy poboru wód chłodzących Elektrowni Kozienice oraz Elektrowni Ostrołęka B w latach 2018 i 2019, Towarzystwo na rzecz Ziemi, Pracownia na rzecz Wszystkich Istot, 2020.
  29. ↑ American Rivers, American Rivers Dam Removal Database, figshare, 2020, DOI: 10.6084/m9.figshare.5234068.v7 [dostęp 2021-02-06].
  30. ↑ Asit K. Biswas, Cecilia Tortajada, Impacts of the High Aswan Dam, [w:] C. Tortajada, D. Altinbilek, A. Biswas (red.), Impacts of Large Dams: A Global Assessment. Water Resources Development and Management, Berlin, Heidelberg: Springer, 2012, DOI: 10.1007/978-3-642-23571-9_17, ISBN 978-3-642-23570-2 (ang.).
  31. ↑ Michal Habel i inni, Dam and reservoir removal projects: a mix of social-ecological trends and cost-cutting attitudes, „Scientific Reports”, 10 (1), 2020, s. 19210, DOI: 10.1038/s41598-020-76158-3, ISSN 2045-2322, PMID: 33154482, PMCID: PMC7645739 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  32. ↑ Kim Birnie‐Gauvin i inni, Moving beyond fitting fish into equations: Progressing the fish passage debate in the Anthropocene, „Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems”, 29 (7), 2019, s. 1095–1105, DOI: 10.1002/aqc.2946, ISSN 1052-7613 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  33. ↑ Samuel J. Brenkman i inni, Rapid Recolonization and Life History Responses of Bull Trout Following Dam Removal in Washington's Elwha River, „North American Journal of Fisheries Management”, 39 (3), 2019, s. 560–573, DOI: 10.1002/nafm.10291, ISSN 0275-5947 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  34. ↑ Kim Birnie-Gauvin i inni, 30 years of data reveal dramatic increase in abundance of brown trout following the removal of a small hydrodam, „Journal of Environmental Management”, 204, 2017, s. 467–471, DOI: 10.1016/j.jenvman.2017.09.022 [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  35. ↑ Ryszard Bartel, Wiesław Wiśniewolski, Paweł Prus, Impact of the Włocławek dam on migratory fish in the Vistula River, „Fisheries & Aquatic Life”, 15 (2), 2007, s. 141–156, ISSN 2545-059X [dostęp 2021-02-06] (ang.).
  36. ↑ Tomasz Pokropski, Monitoring migracji ryb przez przepławkę na stopniu wodnym we Włocławku w roku 2019, Włocławek: Państwowe Gospodarstwo Wodne Wody Polskie, 2020.

Linki zewnętrzne

edytuj
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Fragmentacja_rzek&oldid=62643446”