Metodika

Zájmové území výzkumu bylo stanoveno na základě podmínky zabývat se příhraničním prostorem. Pro jeho vymezení jsme ale zvolili přirozené geografické procesy a jevy v geologických podmínkách. Základní osou území se tak stal Lužický zlom (viz obrázek). Studované území pak vymezuje 18kilometrová vzdálenost kolem stanovené osy. Pro snazší práci bylo území rozděleno do menších částí – zón. 

Osu studovaného území tvoří geologický zlom. Samotné území je vymezeno 18kilometrovou vzdáleností kolem osy. 

V první fázi výzkumu bylo nutné identifikovat prameny vhodné k dalšímu studiu. Identifikace spočívala v analýze dostupných mapových podkladů a geografických databází (například eStudánky,  OpenStreetMap, ZABAGED®, staré mapy) s cílem vytvořit vlastní databázi známých pramenů v zájmovém území. Tato činnost se ukázala jako nedostatečná. Databáze totiž postihují především člověkem upravené prameny, které z hlediska zaměření výzkumu bylo nutné prací v terénu doplnit o prameny, které nejsou člověkem viditelně upraveny. Zpracovávané území bylo rozděleno do hexagonů o délce strany jeden kilometr. Na základě požadavku na variabilitu geologického podloží, krajinného pokryvu, předpokládaného vlivu člověka a dalších parametrech, byly identifikovány hexagony určené k terénímu průzkumu. Ten probíhal s využitím tabletů a aplikace Collector for ArcGIS. Terénní pracovníci pomocí stažených mapových podkladů procházeli jim přiděleným územím a v případě nálezu pramene zanesli prostřednictvím aplikace jeho polohu, výsledky základních měření (teplota, pH, redox potenciál, konduktivity a vydatnost), která na místě probíhala a místo vyfotografovali.

Terénním mapováním bylo zjištěno 254 pramenů. Data byla spravována v prostředí ArcGIS Online a mapovými aplikacemi zpřístupněna expertnímu týmu k diskuzi o výběru pramenů určených k podrobnějším analýzám. V prvním roce výzkumu tak bylo vybráno 44 pramenů ze kterých byly v následujícím období odebírány vzorky (vody, sedimentu, bioty, vegetace). Některé z pramenů byly v tomto období identifikovány jako k dalšímu výzkumu nevhodné (vyschlé, zničené činností člověka, pro některé obory nevhodné). Proto proběhla na začátku druhého roku výzkumu revize dat ze které vzešel upravený set 41 pramenů, kdy 21 z nich zůstalo z výběru prvního roku, ostaní byly nahrazeny vhodnějšími.

V průběhu vzorkování pramenů v terénu bylo prováděno měření základních chemických a fyzikálních vlastností pramene pomocí speciálních přístrojů, tzv. multimetrů a to proto, že některé vlastnosti vody se při transportu vzorků do laboratoře mění. Jedná se o teplotu, vodivost, pH a rozpuštěný kyslík. U vybraných pramenů bylo provedeno také měření okamžitého průtoku. Měření okamžitého průtoku je u některých pramenů obtížné. Je nutné veškerý tok směřovat do relativně malého prostoru, ve kterém se následně průtok měří. Obvykle se tok přehradí a veškerá voda, protékající malou hrází se při současném měření času zachytává do vhodné nádoby se známým objemem. Přepočtem lze následně zjistit průtok například v litrech za vteřinu. Obvykle toto měření probíhá třikrát za sebou a výsledný průtok je průměrem těchto měření. Pro měření průtoku jsou vhodné především rovné, dostatečně svažité toky s dostatkem „stavebního materiálu“ (jíl, hlína). V případě pramenů bývají hodnoty průtoku velmi nízké. Dále, přehrazením vodního toku dochází (především v sušších oblastech) k prosakování vody pod nebo okolo hráze a tím k nepřesným výsledkům. Přesto je tato metoda vhodná ke stanovení okamžitého průtoku.

Kvalita vody patří mezi hlavní charakteristiky pramene. Kvalitu vody ovlivňují různé faktory, jako například splach hnojiv ze zemědělské půdy, odpadní vody z lidských sídel, povrchový odtok ze silnic, kyselý déšť, rozklad organického materiálu a řada dalších.
Určuje se 5 tříd kvality vody, dle úrovně jejího znečištění. Pokud jen jediný parametr indikuje špatnou kvalitu vody, celý pramen je pak hodnocen jako znečištěný. Např. pokud koncentrace železa překročí hodnotu 3 mg/l, což indikuje nejhorší V. třídu kvality, a ostatní parametry kvality vody budou vykazovat vyšší (lepší) třídu, pramen bude i přesto klasifikován, dle nejhoršího parametru do V. třídy kvality.
Hodnocení kvality vody se provádí dle České státní normy ČSN 75 7221, která určuje parametry kvality pro jednotlivé třídy.

I. třída – čistá voda: kvalita vody není ovlivněna lidskou činností a parametry její kvality odpovídají hodnotám, běžně sledovaným pro tzv. přirozené pozadí za běžných hydrologických podmínek

II. třída – slabě znečištěná voda: kvalita vody je mírně ovlivněná lidskou činností, ale stále kvalita vody podporuje rozvoj bohatého, rovnovážného a udržitelného ekosystému

III. třída – znečištěná voda: kvalita vody je ovlivněna lidskou činností v takové míře, že kvalita vody nepodporuje rozvoj bohatého, rovnovážného a udržitelného ekosystému

IV. třída – silně znečištěná voda: kvalita vody je ovlivněná lidskou činností v takové míře, že podporuje existence pouze nestabilního ekosystému

V. třída – velmi silně znečištěná voda: kvalita vody je natolik ovlivněna lidskou činností, že že podporuje existence pouze velmi nestabilního ekosystému.

Zjednodušená tabulka limitních hodnot dle  ČSN 75 7221.

Výzkum pramenů z hlediska humánní geografie probíhal v několika částech. V první fázi bylo u vybraných pramenů provedeno komplexní získávání informací, které bylo založeno na šetření v knihovnách, archivech a získávání informací z internetu. Kromě toho byly využívány také staré mapy, které sloužily zejména pro vytipování pramenů vhodných pro podrobnější výzkum. V druhé fázi bylo přistoupeno k návštěvám vybraného vzorku pramenů a došlo k důkladné dokumentaci okolí pramene, které bylo doplněno kvalitativním šetřením založeným jednak na rozhovorech se znalci jednotlivých pramenů (představitelé obcí, starousedlíci) tak na dotazování běžných obyvatel a návštěvníků.

Po shromáždění dostatečného počtu vstupních informací bylo identifikováno 11 hodnotících kritérií pramenů za účelem hodnocení míry ovlivnění pramene lidskou činností. Kritéria byla rozdělena do čtyř skupin:

• Neviditelné prvky: Jedná se o skupinu kritérií, které v terénu u pramene nezjistíte. Kritéria jako přítomnost pramenu na staré mapě, nebo jeho oficiální toponymum či legenda vztahující se k prameni ukazují na významnost pramene pro lidi, ale neovlivňují pramen fyzicky.
• Viditelné prvky: Jedná se o fyzické zásahy do pramene a jeho nejbližšího okolí, které původní přirozený pramen nějakým způsobem přetvořily. Jde tedy o opak k neviditelným prvkům. Řadí se sem kritéria, jako jsou stavební úpravy pramene (stříška, odtok, skruž) či informační cedule a lavička umístěná u pramene.
• Vliv na turistický ruch: Fakt, zda se pramen nachází na značené turistické trase, působí jako významný návštěvní bod nebo je cílem hry Geocaching, bylo hodnoceno v kritériích vlivu na turistický ruch.
• Land use: Kvalitu pramene neovlivňuje lidská činnost pouze v místě pramene, ale i v jeho okolí. Z toho důvodu bylo zkoumáno i využití krajiny v širším okolí pramene.

Výše sepsaným kritériím pak byly přiděleny váhy a výzkumný tým provedl  s využitím vah vyhodnocení těchto pramenů, které naznačilo vhodnost jejich rozdělení dle míry antropogenního ovlivnění do 4 hodnotících kategorií.

Výzkum geologického podloží pramene můžeme rozdělit do dvou hlavních fází: přípravné a terénní fáze.

Přípravná fáze

Spočívala ve studiu geologické mapy a geologických vysvětlivek zkoumaného území. Především na základě interaktivní geologické mapy 1 : 25 000 a 1 : 50 000 České geologické služby byly určeny základní geologické jednotky a horniny vyskytující se na zkoumaném území. Vzhledem k pestrosti geologického podloží zkoumané oblasti bylo nutné sdružit různé druhy hornin do větších celků.

Pro výzkum pramenů a jejich vod má zásadní vliv chemické složení a geneze podloží zdrojové oblasti. Chemické složení hornin zdrojové oblasti pramene ovlivňuje fyzikální i chemické parametry vody. Různé minerální složení hornin podmiňuje množství i typ látek rozpuštěných v podzemní vodě. Například množství kalcitu přítomného v horninách zdrojové oblasti pramene přímo určuje množství kationu Ca+ ve vodě z pramene, a tím ovlivňuje nejenom chemické složení, ale i konduktivitu a pH. Geneze hornin podloží zdrojové oblasti pramene má vliv především na schopnosti podloží zadržovat vodu. Například:

• starší podloží je více zvětralé a je charakteristické větší schopností zadržovat vodu v puklinách;
• zrnitější podloží má větší schopnosti zadržovat vodu v pórech po delší čas.

Tyto paramenty ovlivňují nejenom množství vody, které je toto podloží schopné udržet (a tím ovlivňuje velikost zdrojové oblasti pramene), ale i čas, po který je voda ve zdrojové oblasti udržena, tzn. věk vody a množství rozpuštěných látek ve vodě.

Na základě těchto kritérií byly pro účely projektu jednotlivé horniny sdruženy do čtyř základních kategorií, které odpovídají přibližně stejnému chemickému složení a stejné genezi: žuly Jizerských hor, přeměněné horniny Ještědského hřbetu, pískovce české křídové pánve a bazalty třetihorních sopek.

Žuly Jizerských hor jsou součástí krkonošsko-jizerského krystalinika, což představuje nižší jednotku lugika. Hlavní horninou jsou středně zrnité žuly libereckého nebo jizerského typu svrchně prvohorního stáří (310–250 mil. let). Hlavními minerály jsou živec a křemen.

Přeměněné horniny Ještědského hřbetu jsou součástí tzv. ještědského krystalinika, které je nižší jednotkou krkonošsko-jizerského krystalinika. Hlavními horninami jsou slabě přeměněné sedimenty, především vápence, jílovce a pískovce svrchně prvohorního stáří (330–290 mil. let). Přeměnou vznikly zejména mramory, fylity a kvarcity, které se střídají v tenkých tektonických šupinách a vytvářejí velice pestrý komplex hornin. Hlavními minerály jsou kalcit a chlorit.

Pískovce české křídové pánve jsou platformní sedimenty, které se usadily na konsolidovaný povrch českého masivu během svrchní křídy (100–90 mil. let). Pískovce až mikro-konglomeráty, s tenkými vložkami jílovců tvoří mohutné, několika stovek metrů mocné souvrství tvořené křemenem s vápnitým tmelem.

Třetihorní sopečné horniny jsou také součástí platformních jednotek českého masivu. Během alpského vrásnění došlo k aktivaci vulkanické činnosti zejména podél starých tektonických poruch. Hlavními horninami jsou bazické vulkanické horniny jako čedič a znělec, převážně oligomiocénního stáří (35–17 mil. let).

Podle tohoto základního rozdělení zkoumaného území byly dále navrženy prameny k dalšímu, detailnějšímu studiu, tak aby byly zastoupeny všechny geologické jednotky. Pro přehledné zobrazení bylo zvoleno pojmenování odpovídající geologickému složení a možnému vlivu na prameny:

• žuly Jizerských hor (Palaeozoic crystalline);
• přeměněné horniny Ještědského hřbetu (Palaeozoic sediment);
• pískovce české křídové pánve (Cretaceous sediment)
• a bazalty třetihorních sopek (Tertiary vulcanite).

U vybraných pramenů pak bylo detailně zkoumáno geologické podloží na základě dostupné literatury, výskyt různých hornin v bezprostředním okolí a především v předpokládané zdrojové oblasti pramene. Konkrétní geologická situace každého detailně zkoumaného pramene byla podkladem pro terénní výzkum.

Terénní fáze

Všechny vybrané prameny byly přímo v terénu navštíveny a jejich geologická situace a horninové složení okolí byla detailně prozkoumány. Byl proveden průzkum hornin v bezprostředním okolí pramene i v jeho širší oblasti,  aby mohla být určeno, které horniny odpovídají zdrojové oblasti. Navíc byly odebrány vzorky hornin z okolí každého pramene pro detailnější studium. Při terénním šetření byla upravena geologická situace jednotlivých pramenů tak, aby objektivněji odpovídala skutečnosti.

Celková koncentrace vybraných kovů (Sb, As, Ba, B, Al, Cd, Co, Li, Mn, Pb, Cu, Mo, Ni, Sr, Ag, U, V, Zn, Fe, Rb) byla sledována v sedimentech a vzorcích bioty odebraných v průběhu dvou let na vybraných pramenech. Sediment i biota byly před vlastní analýzou mraženy a následně sušeny lyofilizací. Po vysušení byl sediment rozdělen sítováním. Všechny vzorky byly dále upraveny mikrovlnným rozkladem v kyselině dusičné s přídavkem peroxidu vodíku. Rozklad byl prováděn dle metodiky US EPA 3051. Po rozkladu byly vzorky sedimentu i bioty přefiltrovány a uchovány v chladu až do analýzy provedené v laboratořích AQUATEST. Stanovení bylo provedeno dle ČSN EN ISO 11885 – Stanovení vybraných prvků optickou emisní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES). Z výsledných koncentrací byly stanoveny koeficienty rizika (HQ), které poukazují na nebezpečnost sledovaného kovu. Na základě hodnoty HQ je možné předpovídat změny ve složení bentického společenství. Uváděná hodnota udává průměr maximálních hodnot koeficientu v letech 2016–2017.

C_M – naměřená koncentrace kovu ve sledované matrici (mg/kg)
NEK – zvolená norma environmentální kvality pro danou matrici a kov (mg/kg) v projektu
využita ES/ER/TM-95/R4 – US EPA (benchmarkery TEC a PEC)
HQ – Hazard Quotient, koeficient rizika

Vegetační kryt v okolí pramene byl hodnocen zejména ze dvou hledisek: z hlediska typu dominantní vegetace a z hlediska míry antropogenního ovlivnění okolí pramene. Vegetace okolí pramene byla hodnocena zejména na základě přítomnosti či nepřítomnosti stromového patra a jeho složení. V případě přítomnosti stromového patra byl pramen vyhodnocen jako lesní a následně byla zjišťována stromová dominanta okolí pramene. Lesní prameny byly děleny podle složení stromového patra na 3 kategorie (smrčina, smíšený les, listnatý les). Zkoumané prameny se často vyskytovaly v přirozených a kulturních smrčinách s dominantním smrkem ztepilým (Picea abies), ve smíšených lesích svahového typu s převahou olše lepkavé (Alnus glutinosa) a javoru klenu (Acer pseudopatanus), méně často pak v bučinách s dominantním bukem lesním (Fagus sylvatica). Okolí části zkoumaných pramenů bylo značně ovlivněné lidskou činností, což se projevilo spíše na složení bylinné vegetace v podrostu lesa. Prameny byly rozděleny na 4 kategorie dle ovlivnění člověkem, a to na přírodě blízké, polopřirozené, člověkem ovlivněné a silně člověkem ovlivněné. V okolí člověkem ovlivněných pramenů se pak nevyskytovaly lesní druhy indikující přirozená stanoviště, jako je například ostřice řídkoklasá (Carex remota) či netýkavka nedůtklivá (Impatiens noli-tangere), ale převažovaly druhy nitrofilní či na našem území nepůvodní. Na člověkem ovlivněném stanovišti pak převažovala kopřiva dvoudomá (Urtica dioica), netýkavka malokvětá (Imaptiens parviflora) nebo v keřovém patře bez černý (Sambucus nigra). Prameny, v jejichž okolí nepřevažoval les, byly hodnoceny jako luční. Bohužel luční prameny bez antropogenního ovlivnění se ve studovaném vzorku nevyskytovaly, a tak byla pozornost u tohoto typu zaměřena na hodnocení míry antropogenního ovlivnění. Pokud se pramen vyskytoval na loukách či extenzivních pastvinách, byla míra ovlivnění lidskou činností hodnocena jako mírná (human influenced). Pokud se ovšem pramen vyskytoval v intravilánu, v zahradě či na intenzivní pastvině, byla pak míra ovlivnění hodnocena jako vysoká (high human influence). Z celkového vzorku téměř padesáti hodnocených pramenů převažovaly prameny lesní, mírně až silně ovlivněné lidskou činností. Luční prameny byly méně časté a převažovaly ovlivněné lidskou činností.

Míra oživení pramene makrozoobentosem byla stanovena na základě semikvantitativního vzorkování, umožňujícího porovnat hojnost výskytu bezobratlých živočichů mezi prameny navzájem. Pokud bylo v prameni pravidelně nalézáno řádově pouhých několik jedinců, jde o nízkou míru oživení. V extrémním případě (kde byly sběry zcela nebo téměř bez fauny) jde pramen s mírou oživení velmi nízkou. Střední míra oživení představuje průměrné nálezy pod 50 jedinců při jednom sběru. Stupněm „vysoká míra oživení“ jsou pak označeny prameny, v nichž bylo v průměru nalézáno minimálně 50 jedinců. Pokud bylo v takovém prameni alespoň jedenkrát nalezeno více než 100 jedinců, pak je charakterizován „velmi vysokou mírou oživení“.

Časoprostorové schéma

40 pramenů bylo navštěvováno 2× ročně (pozdní jaro, časný podzim). Na pramenech sledovaných po celou dobu trvání projektu tak bylo provedeno až 6 vzorkování. Byla zvolena semikvantitativní vzorkovací metoda, umožňující porovnávání míry oživení navzájem mezi jednotlivými prameny.

Pomůcky pro odběr vzorků makrozoobentosu:

• mosazné síto o velikosti ok 0,5 mm
• plastová nádoba na vodu o obsahu 10 l
• plastová trubka o průměru 120 mm a délce cca 250 mm
• ocelová naběračka
• plastová miska velká a malá (několik kusů)
• ocelová pinzeta
• plastová nádoba uzavíratelná o obsahu 1 l
• plastová nádoba uzavíratelná o obsahu 50 ml
• denaturovaný ethanol

Postup odběru

Do dna pramenné stružky v těsné blízkosti vývěru (u pramene typu rheokrén), popř. do dna stojaté vodní nádržky (u pramene typů limnokrén, helokrén) byla za postupného otáčení ve vertikální poloze vtlačena plastová trubka o průměru 120 mm, a to do hloubky cca 5 cm (v závislosti na prostupnosti dna). Po vtlačení trubky byl ocelovou naběračkou odebrán dnový sediment z vnitřního, trubkou vymezeného prostoru, a to do hloubky cca 5 cm. Celkové množství takto odebraného množství sedimentu se pohyboval okolo cca 400–500 cm³. Tento vzorek sedimentu byl uložen do velké plastové misky naplněné vodou, kde byly ručně, pomocí pinzety, vybírány viditelné větší exempláře zoobentosu. Ty byly ukládány do malé uzavíratelné plastové nádoby o obsahu 50 ml, kde byl připraven 70% fixační roztok denaturovaného ethanolu. Pokud se ve vzorku vyskytovaly ploštěnky, byli tito jedinci separováni do samostatné plastové uzavíratelné nádobky o obsahu 50 ml naplněné vodou z prameniště (pro nutnost uchování ploštěnek živých do doby jejich determinace). Poté byl sediment postupně promýván na sítě o velikosti ok 0,5 mm umístěné ve vodní lázni ve velké plastové nádobě. Tím byl ze vzorku vyplaven jemný sediment i fauna menší než 0,5 mm, která nebyla předmětem tohoto vzorkování. Takto získaný materiál byl následně zafixován 70% ethanolem.

Tento postup se opakoval při každém odběru na každém prameni vždy šestkrát, a to tak, aby 6 odebíraných plošek dohromady co nejlépe reprezentovalo charakter složení dna daného pramene. Všech 6 náběrů představovalo jeden směsný vzorek, reprezentující stav fauny v daném prameništi k určitému datu, a materiál takto získaný fixovaný byl převeden do společné transportní 1 l lahve a uchováván až do dalšího zpracování v 70% ethanolu. Přebírání vzorku, separace živočichů a jejich determinace se následně odehrávaly v laboratoři za použití stereomikroskopu.