Эвтрофикация - это обогащение экосистемы питательными веществами. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру.
Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водоемы больших количеств содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и современную тенденцию к увеличению его городской доли, а также совершенствование канализационных систем.
Эвтрофикация создает острые экономические и экологические проблемы. Чистая вода необходима для многих промышленных процессов, людей и домашнего скота, коммерческого и спортивного рыболовства, функционирования курортных зон и навигации.
Типичные кривые «кислородного истощения»: влияние сброса в реку органики на концентрацию растворенного кислорода в воде. (Из С. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.)
Нитраты и особенно фосфаты относятся к питательным веществам, чаще всего определяющим первичную продуктивность водных экосистем. Таким образом, добавка этих солей стимулирует быстрое размножение планктона. Консументы реагируют на рост кормовых ресурсов медленнее, поэтому увеличивается доля авто-трофов, гибнущих «естественной смертью» и непосредственно снабжающих органикой де-тритныс пищевые цепи. Минерализация накапливающихся остатков редуцентами требует кислорода. В результате его концентрация в воде может упасть ниже уровня, необходимого для нормального развития многих видов прежней экосистемы. В далеко зашедших ситуациях рыба и другие крупные животные гибнут, их разложение усиливает потребность в кислороде, и процесс идет по нарастающей. Эта проблема может затрагивать не только непосредственно эвтрофированную зону.
Нескольких участков с дефицитом кислорода в речных системах бывает достаточно для блокирования миграции проходных рыб, например лососей и угрей.
Тепловая стратификация озера в средних широтах (прудыЛинсяи, Коннектикут, США). Летом теплый, богатый кислородом циркулирующий слой воды (эпилимнион) отделяется от прохладного, бедного кислородом придонного слоя (гиполимниона) широкой зоной быстрого изменения температуры - термоклином. В этой зоне градиент оксигенации воды аналогичен приведенному для водоема в целом. (С изменениями из: Е. P. Odum (1971) Fundamentals of ecology, Saunders.)
Дезоксигенация проточных водоемов , вызванная органическими остатками, - процесс медленный, и максимальный дефицит кислорода обычно наблюдается на некотором расстоянии от места поступления питательных веществ. Так, например, в Темзе в 1967 г. осенью при низком уровне воды зона кислородного истощения простиралась на 40 км ниже Лондонского моста, а весной, когда вода стояла высоко, - всего на 12 км. В последние 30 лет проведена большая работа по очистке этой реки. Такого сильного дефицита кислорода в Темзе больше не наблюдается, и рыбу можно ловить на всем ее протяжении.
В озерах проблему вызванного эвтрофикацией дефицита
кислорода может обострять сезонная стратификация, т. е. формирование несмешивающихся слоев воды с разными температурами. В умеренном климате температурная стратификация происходит обычно в начале лета, главным образом по двум следующим причинам.
1. Солнце нагревает поверхность воды
. Теплая вода имеет более низкую плотность, поэтому она не погружается, а образует теплый стационарный верхний слой (эпилим-нион). Ниже этого слоя вода может нагреваться только за счет теплопроводности, а в жидкой среде это процесс медленный.
2. Реки и ручьи
, впадающие в озеро, мельче его. Их вода прогревается на всю глубину. Она смешивается только с эпилимнионом, еще больше повышая его температуру по сравнению с глубинным слоем (гиполимнионом)
Для озерной экосистемы все это имеет важные последствия, в частности затрудняет снабжение гиполимниона кислородом.
Вода озера снабжается кислородом
тремя основными путями:
1) за счет фотосинтеза, требующего света, т. е. наиболее интенсивно идущего у поверхности;
2) путем диффузии из атмосферы;
3) с проточной водой впадающих рек и ручьев.
Как видно, эти источники обогащают кислородом прежде всего эпилимнион . Оксигенация глубинных слоев зависит от диффузии сверху и перемешивания воды во время сильного волнения. Последнее более характерно для зимнего сезона. Таким образом, при установлении летней стратификации жизнь в глубине озера зависит главным образом от образовавшегося к весне запаса кислорода в ги полимн ионе.
В здоровой озерной экосистеме большая часть первичной биомассы поедается фитофагами; на долю детритофагов и редуцентов приходится сравнительно мало пищи. Эвтрофикация повышает продуктивность фитопланктона в эпилимнионе, и масса мертвых остатков оседает на дно водоема, поскольку консументы «не справляются» с возросшим количеством корма. Это стимулирует развитие в гиполимнионе редуцентов, истощающих и так небольшой запас кислорода. Если бы кислорода в гиполимнионе было много, то никаких проблем не возник&то бы. Однако к концу лета там возможно развитие аноксических (бескислородных) условий, вызывающих катастрофическую гибель (замор) рыбы и других животных.
Антропогенная эвтрофикация, в отличие от природной, является побочным следствием активности человека и состоит в быстром повышении трофности водоема вследствие попадания в него минеральных (биогенных) и органических веществ в количествах, значительно превышающих обычные природные уровни.
Малые водоемы загрязняются минеральными и органическими веществами быстрее. Поэтому проблема эвтрофикации давно известна для пресноводных экосистем, прежде всего в связи с «цветением» озер, рек и водохранилищ. Однако к 80-м годам ХХ века на больших участках морей, в первую очередь, внутренних, появились признаки изменения экосистем, которые нельзя уже было объяснить возможными многолетними флуктуациями и др. природными причинами.
Считается, что морская эвтрофикация более сложна и менее изучена, но для некоторых морских экосистем очевидны такие тяжелые последствия этого процесса, как массовая смертность промыслового и кормового бентоса, донных рыб, серьезный ущерб для индустрии туризма, связанный с ухудшением эстетических ресурсов морского побережья, снижением прозрачности воды, появлением неприятных запахов и т.д.
Акватории морей всегда были неоднородными по уровню трофности. Так, в зонах регулярного подъема глубинных вод, богатых биогенными элементами, в приустьевых участках трофность морских вод всегда повышена. Природные экосистемы откликаются на это повышенной продуктивностью. Но сброс в море и вынос реками биогенных элементов и органических веществ достиг такой интенсивности, что экосистемы не могут переработать эти поступления. Наступает нарушение регулировки экосистемы, баланса процессов, что завершатся общим экологическим стрессом, ущербом живым ресурсам моря, особенно вблизи источников эвтрофикации.
Эвтрофикация порождает в природных водоемах ряд взаимосвязанных явлений, объединяемых иногда термином «синдром эвтрофикации». В их числе - «цветение» воды, или, [.Одум, 1975], «злокачественное» увеличение биологической продуктивности, дефицит кислорода в придонных слоях воды (гипоксия), массовая гибель донных и придонных организмов (заморы), выделение в процессе разложения белковых веществ сероводорода, уменьшение прозрачности воды и др. Процесс эвтрофикации водоемов получил особенно стремительное развитие в последние 2-3 десятилетия как следствие интенсификации сельского хозяйства, промышленности и других видов практической деятельности людей. Причем степень вызванной трофности каждого отдельно взятого водоема зависит от конкретных физико-географических, гидрологических и гидробиологических условий.
Эвтрофикация - это насыщение водоема биологически активными элементами, не свойственными его экосистеме. К сожалению, наступили времена, когда экологам приходится бить тревогу и призывать к очистке воды ради сохранения всех живущих в этом мире видов.
Люди и планета
Человек - единственное живое существо на Земле, которое не смогло наладить с ней гармоничные отношения. Если внимательно изучить возникновение и развитие каждого вида, то можно проследить, как они либо адаптировались к условиям планеты, либо исчезали с ее лица, и только человек решил, что сущее создано исключительно для него, и эксплуатировал его в своих целях. Как люди распорядились с осознанием своего превосходства над другими живыми существами, видит сегодняшнее поколение. Цветущие водоемы, мертвые моря, наступающие пустыни - это лишь малая толика того, что натворило человечество за время своего существования.
Самый большой урон природе был нанесен в XX веке, и вызван он развитием таких отраслей, как:
- Химическая промышленность, которая заняла ведущее место в пищевой, текстильной, машиностроительной, фармацевтической, сельскохозяйственной и многих других индустриях.
- Мелиорация, при которой неправильное распределение водных ресурсов, строительство дамб и других сооружений привело к нарушениям привычной экосистемы водоемов. Зачастую итогом этого становится последующая эвтрофикация (это обогащение или отравление воды не свойственными для ее состава элементами). Так было с Аральским морем, когда в 60-е годы прошлого столетия из-за крайне высокого водозабора из Амударьи и Сырдарьи, питающих его, оно обмелело на 13 метров. Как сегодня выглядит Аральское море, знают все экологи мира.
- Электрификация страны, проводимая в 30-е годы XX века, так же стала причиной последующей эвтрофикации водоемов, так как привела к строительству искусственных водохранилищ. Отрезанные дамбой от основного речного потока, они перекрывали движение воды и естественные места нереста рыб, что нарушало экосистему рек, и последующее зарыбление мало что смогло изменить.
Человек так и не стал «дружить» с планетой, так как только незначительная часть людей осознает масштабы мировой катастрофы и входит в партии и организации, занимающиеся защитой окружающей среды.
Водное пространство планеты
В понятие гидросферы входят воды как Мирового океана, так и водоемов, расположенных на суше. Среди последних не только болота, озера и реки, но и ледники гор, Антарктиды, Гренландии и грунтовые воды.
Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах (94%) в жидком или твердом состоянии. Остальные 6% приходятся на водоемы суши. О том, что вся гидросфера планеты является единым целым, которое нельзя нарушать, говорит общность ее вод:
- Через атмосферные пары и круговорот воды в природе они могут сообщаться друг с другом.
- Поверхность Мирового океана практически одинаковая по своему уровню.
- Состав воды морей и океанов на Земле практически идентичен и на 35% состоит из солей, придающих ему горьковато-соленый привкус.
Так как все на планете в той или иной степени содержит в своем составе жидкость, то ее значение в экосистеме самое важное: нет воды - нет жизни. Об этом свидетельствуют пустыни, некоторые из которых ранее были дном океана.
Было бы странно надеяться, что «поворот рек вспять», который пытались осуществить в СССР ради индустриализации страны, или выбросы химических отходов в других странах не повлекут за собой последствия, проявившиеся в виде природных катаклизмов в разных регионах мира. Причины эвтрофикации Мирового океана сегодня - это как раз результат того, что натворило человечество в XX веке.
Важно: подобные игры «в богов», когда люди ради своей прибыли нарушают экосистему планеты, касаются не только ее гидросферы. Вырубка лесов на Амазонке привела к образованию озоновых дыр в атмосфере и изменению климата на всей Земле.
К сожалению, человечество так и не поняло, что вся экологическая система планеты - это единый организм, состоящий из миллионов элементов, каждый из которых важен для общего выживания. Попытки приостановить эвтрофикацию водоемов сегодня - это жалкие потуги вернуть их в первоначальное состояние наподобие того, что было создано самой природой.
Абиотические составляющие воды
Она является не только средой обитания для миллионов живых организмов, но и аккумулятором солнечной энергии, благодаря своим свойствам:
- Ее плотность в 800 раз превышает показатели воздуха, а вязкость - в 55 раз.
- У воды высочайший уровень теплоемкости, что оказывает влияние на формирование климата на Земле.
- Водные массы за счет своего передвижения в пространстве (круговорот в природе) поддерживают свойственный им химический и физический состав.
- К абиотическим факторам также относятся температурные изменения (уровень прогревания) в зависимости от глубины водоемов.
- От степени насыщения воды кислородом зависит выживаемость дышащих организмов в ней.
- Кислотность - также важный показатель, так как обитатели водоемов, привыкшие и выживающие в одном ее уровне, погибают, если его показатель меняется в ту или иную сторону.
- Прозрачность водной поверхности определяет глубину ее светового режима.
Важно: последний фактор оказывает влияние на развитие, фотосинтез и распространение зеленых микроорганизмов, фитопланктона, органических полезных веществ и уровня их накоплений.
Процесс эвтрофикации водоемов запускается в том случае, если какой-то или сразу несколько абиотических факторов нарушены. Допустим, причина гибели живых организмов в нем связана с замутнением воды, вызванным увеличением в ней количества минеральных и органических веществ, доставляемых в нее промышленными стоками. Чтобы изменить это, следует ликвидировать причину, вызвавшую замутнение (перекрыть сток), после чего проводится очистка воды с последующим ее насыщением веществами и организмами, свойственными ее экосистеме.
Эвтрофикация - это верная смерть всей живности не только в воде, но и в окружающей местности. Так как береговые животные и растения напрямую зависят от чистоты окружающего водного пространства, которое является не только их домом, но и зоной питания и размножения, то с его уничтожением исчезает ареал их обитания.
Взаимная деятельность живых организмов в воде
За миллионы лет жизни на этой планете между ее обитателями возникли тесные взаимосвязи, нарушив которые можно уничтожить не просто какой-то один вид животных, а целую экосистему. Подобные колебания в ту или иную сторону всегда вызывают ответную реакцию у природы. Взять, к примеру, остров Святой Елены, леса которого были почти полностью уничтожены завезенными сюда в начале XVI века козами. Вместе с ними вымерли животные и птицы - эндемики этого места. Эту же картину можно наблюдать на некоторых островах Океании.
Увидеть такие явные изменения в воде не всегда удается вовремя, ведь причины ускоренной эвтрофикации водоемов не всегда очевидны. Например, смыв при половодье верхних слоев почвы, удобренной органикой, не кажется опасным до тех пор, пока озеро или река не зацветут, а рыба не всплывет брюхом кверху.
Потребность в очистке появляется при нарушении биотических факторов, свойственных данной местности. Под этими явлениями подразумеваются взаимоотношения живых организмов, обитающих в водоеме, которые делятся на косвенные и прямые. К первым относятся факторы, от которых их жизнедеятельность не зависит напрямую. Например, водоросли не являются пищей для каких-то организмов, но их наличие в водоеме влияет на насыщение воды кислородом, который им необходим.
Прямая зависимость - это когда связь между ними настолько тесная, что достаточно одному звену пищевой цепочки исчезнуть, чтобы уничтожению подверглись сразу несколько связанных с ним видов. Например, разлив нефти в океане вызывает гибель планктона, исчезновение которого приводит к голодной смерти множества организмов, пищей которых он является.
Подобные природные катастрофы и становятся причиной эвтрофикации данного участка воды. Чтобы восстановить былой баланс, требуется создание благоприятной среды для роста и размножения планктона на месте его гибели - это крайне долгий и дорогой процесс, которого можно было бы избежать, используй люди в качестве топлива силу ветра, солнца или приливов, а не природные ископаемые.
Структура Мирового океана
Как земная суша, так и водоемы делятся на природные зоны, каждой из которых свойственна отдельная экосистема. Известно, что обитатели морей, рек и озер живут на разной глубине, образуя «сообщества», в которые входят как простейшие микроорганизмы, так и растения, рыбы и животные.
Каждому ярусу свойственен свой температурный режим, уровень насыщения воды кислородом и светом, и его жители не покидают своей территории, являясь неотъемлемой частью присущей ему среды. Так обитатели глубин не выживают, поднимаясь к поверхности воды, то же происходит с теми, кто покидает свою зону и опускается на дно.
В том случае, если происходит нарушение какой-либо составляющей подобного яруса, повреждения получают все его обитатели. Например, даже незначительное повышение температуры океанской воды на длительное время приводит к обесцвечиванию и гибели коралловых рифов, вместе с которыми умирают их жители. Освободившееся пространство занимают водоросли, что приводит к полной замене существующей экосистемы, которая, как правило, восстановлению не подлежит. Это касается не только кораллов, но и обитателей пресных водоемов, которые вымирают из-за бурного цветения водорослей.
Ученые считают, что эвтрофикация - это самый быстрый способ нарушения экосистемы, но далеко не единственный. Существует несколько видов загрязнения воды, после некоторых из которых она не подлежит последующему восстановлению, ведь мало «накормить» водоемы необходимыми микроорганизмами и биоактивными элементами. Требуются усилия по восстановлению условий их обитания с учетом всех биотических и абиотических факторов, что сделать крайне трудно.
Виды биологических загрязнений
Если для естественной очистки атмосферы требуется 8-10 дней, то для Мирового океана потребуется 2500 лет, загрязненные грунтовые воды смогут стать чище через 1400 лет, для озера этот срок составляет не менее 17-20 лет, а для рек - до 20 дней. Вот почему так важно не допускать эвтрофикации воды.
Если на планете сократится объем Мирового океана, то человека ждет такое же постепенное вымирание, как и морских обитателей. Климат Земли изменится навсегда, что приведет к наступлению пустыни, и, как показывают своим читателям авторы в жанре апокалипсиса, вода будет стоить дороже человеческой жизни.
Причин эвтрофикации водоемов несколько:
- биологическое загрязнение;
- химическое изменение состава воды;
- физическое загрязнение.
Большинство биогенных веществ попадают в водоемы через промышленные стоки и городские канализации, а в грунтовые воды - с дождем и элементами разложения в местах свалок продуктовых отходов. Особенный урон наносится фермерскими хозяйствами. Например, один только животноводческий комплекс по откорму скота с поголовьем до 10 000 единиц дает в год такое же количество биогенных отходов, как город со стотысячным населением.
Не меньший вред наносят смываемые дождями с полей органические и минеральные удобрения. Все это приводит к ускоренному обогащению воды биоактивными элементами, и первые признаки эвтрофикации проявляются в виде роста сине-зеленых водорослей и их быстрого размножения. Спустя время весь водоем заполняется их цветением, что вызывает сжигание кислорода и полное уничтожение всего живого в нем.
Подобная антропогенная эвтрофикация вызвана не заражением ядовитыми отходами, а увеличением на первый взгляд безопасных биогенных веществ в составе воды, что приводит местность к состоянию экологической катастрофы со всеми вытекающими последствиями: уничтожением флоры и фауны, увеличением таких заболеваний среди людей, как холера, гепатит и кишечные инфекции.
Виды химических загрязнений
Наибольшую опасность вызывает заражение воды свинцом, ртутью или солями других тяжелых металлов, что приводит к эвтрофикации озер и рек, на берегах которых стоят промышленные предприятия. Нефть и производные из нее наносят не меньший вред. Загрязнение морей и океанов ими за год исчисляется 10 миллионами тонн, и на сегодняшний день общая площадь покрытия составляет 1/5 водной поверхности Земли.
Важно: 10 м 2 нефтяной пленки на поверхности воды вызывает смерть не только живущих в зоне поражения организмов, но и животных, и птиц, обитающих в ее пределах.
Еще один источник, вызывающий эвтрофикацию, - это нитраты и фосфаты, 1 мг/л которых уничтожает планктон, а 5 мг/л приводит к замору рыбы.
Так как поражение водоемов химическими веществами вызывает угнетение всех естественных биологических процессов в них, то подобные ситуации также называются экологическими катастрофами, приводящими к гибели окружающей среды.
Виды физических загрязнений воды
Еще один способ воздействия на воду - это физическое изменение ее свойств. Особенно сильно влияет на ее состав охота в пределах водоемов. Ученые подсчитали, что миллион охотников, сделавших всего по одному выстрелу, выпускают в воду более 30 тонн свинца, последствием чего становится ее эвтрофикация.
Не меньший вред наносит нагревание поверхности водоемов сбрасываемой в них отработанной ТЭЦ теплой воды. При этом насыщение ее кислородом постепенно спадает, а взамен увеличивается количество болезнетворных микроорганизмов, что приводит к полному уничтожению жизни в зоне заражения.
Последствия эвтрофикации водоемов при этом самые плачевные. Как правило, их восстановление требует немало усилий и финансовых вложений, так как в него входит не только очистка воды и воспроизведение в ней былой экосистемы, но и приведение в порядок всей прилегающей к ней территории. Только в высокоразвитых странах для этого предусмотрены специальные юридические нормы и деньги в бюджете.
Что делать?
На сегодняшний день существует множество способов, как убить все живое в Мировом океане, но есть всего две возможности, как все исправить:
- Уничтожение плантаций водорослей, что в свою очередь, понизит показатель растворенного кислорода в воде.
- Устранение причин, вызывающих эвтрофикацию.
Для осуществления этих мер требуется принятие соответствующих законов, разработка долгосрочных программ и финансовые вложения. Если не сделать этого сегодня, то последующие поколения людей будут жить в мире, описанном многими писателями-фантастами.
Трагедия мирового масштаба
Осознание величины экологической катастрофы и ее последствий - вот первостепенная задача правительств всех стран на планете. Вернуть природе ее первозданность намного сложнее, чем уничтожить, поэтому люди, являющиеся неотъемлемой частью единой экосистемы Земли, должны принять всю ответственность за происходящее в мире на себя, лишь после этого возможны перемены к лучшему.
антропогенная эвтрофикация водоемов и водотоков, под которой подразумевают связанное с деятельностью человека повышение уровня трофии водоемов, возникающее в результате избыточного поступления в них биогенов (азота, фосфора) и сопровождающееся характерным комплексом изменения экосистем.
Для оценки степени эвтрофикации водоемов используют биологические, химические и физические показатели, различные для поверхностных и глубинных вод. Главными агентами эвтрофирования могут выступать соединения азота и фосфора, главным образом в виде нитратов и фосфатов. При эвтрофировании водная экосистема последовательно проходит несколько стадий. Сначала происходит накопление минеральных солей азота и/или фосфора в воде. Эта стадия, как правило, непродолжительна, так как поступающий лимитирующий элемент немедленно вовлекается в кругооборот и наступает стадия интенсивного развития водорослей. Нарастает биомасса фитопланктона, увеличивается мутность воды, повышается концентрация кислорода в верхних слоях воды. Затем наступает стадия отмирания водорослей, происходят аэробная деградация детрита. Интенсивно отлагаются донные илы с повышенным содержанием органики. Отмечаются изменения зооценоза (замещение лососевых рыб карповыми).Наконец, наступает полное исчезновение кислорода в глубинных слоях и начинается анаэробное брожение. Характерно образование сероводорода, сероорганических соединений и аммиака.
Экологическая последствия создания водохранилищ
Экологические последствия создания водохранилищ Негативные: Затопление значительных площадей плодородных земель, подтопление прилегающей территории; Изменение режима подземных вод (засоление, заболачивание и др.); Переработка берегов; Активизация сейсмической деятельности. Позитивные: Увеличение устойчивого речного стока; Снижение разрушительных последствии паводков; Аккумулирование стока воды водохранилища; Снижение процессов зарастания озер заливов в устьях рек
Защита гидросферы
Поверхностные воды охраняют от засорения (загрязнения крупным мусором), загрязнения и истощения.
Для предупреждения засорения принимают меры, исключающие попадание в поверхностные водоемы и реки строительного мусора, твердых отходов, остатков лесосплава и других предметов, негативно влияющих на качество вод, условия обитания рыб и др. Важнейшая и наиболее сложная проблема - защита поверхностных вод от загрязнения С этой целью предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:развитие безотходных и безводных технологий; внедрение систем оборотного водоснабжения; очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и др.); закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты; очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей. Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различные способы их очистки: механический, физико-химический, химический, биологический и др. При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляются до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалину и др.), а из бытовых сточных вод - до 60%. К основным химическим способам относят нейтрализацию и окисление. В первом случае для нейтрализации кислот и щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак), во втором - различные окислители. С их помощью сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов При физико-химической очистке используются: коагуляция - введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и пр.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются; сорбция - способность некоторых веществ (бентонитовые глины, активированный уголь, цеолиты, силикагель, торф и др.) поглощать загрязнение. Методом сорбции возможно извлечение из сточных вод ценных растворимых веществ и последующая их утилизация; флотация - пропускание через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх поверхностно-активные вещества, нефть, масла и другие загрязнения и образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой. биологический (биохимический) метод. Метод основан на способности микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т. д.). Очистку ведут в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды и др.) и в искусственных сооружениях (аэротенки, биофильтры, циркуляционные окислительные каналы). Для борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, пригодных для целей питьевого водоснабжения, предусматривают различные меры, в том числе: регулирование режима водоотбора подземных вод; более рациональное размещение водозаборов по площади; определение величины эксплуатационных запасов как предела их рационального использования; введение кранового режима эксплуатации самоизливающихся артезианских скважин.Меры борьбы с загрязнением подземных вод: подразделяют на: 1) профилактические и 2) специальные, задача которых - локализовать или ликвидировать очаг загрязнения.
Аральская катастрофа. Варианты решения Аральской проблемы.
Деградация Аральского моря явилась результатом «планомерного» техногенного аграрного развития в течение 30 лет. И говорить здесь о случайности, внезапности гибели Арала не приходится. Аральский кризис можно назвать планомерной катастрофой, вызванной некомпетентным и природоразрушающим планированием развития экономики Аральского региона, ярким проявлением которого явились «хлопковая монополия», недоучет и игнорирование долгосрочных негативных экологических последствий. На нужды орошаемого земледелия забирается подавляющая часть воды, потребляемой в регионе. В условиях засушливого климата, дефицита воды, несовершенства оросительной инфраструктуры это приводит к практически полному изъятию водных ресурсов. В последние годы в море поступало всего 4-8 км3воды, тогда как только для поддержания его уровня требуется 33-35 км3. К числу негативных экологических последствий Аральского кризиса следует отнести ежегодное снижение уровня моря на 80-100 см, уменьшение объема почти в 4 раза, возрастание содержания соли в воде в 2,5 раза. Арал питают две реки - Сырдарья и Амударья, и в отдельные годы последняя вообще не доходит до моря. К чрезвычайно опасным последствиям относится огромный вынос песка и соли с обнажившегося дна бывшего моря. Ежегодно ветрами поднимается около 75 млн. т песка и соли и переносится на сотни километров вокруг. Катастрофически уменьшилось разнообразие видов живой природы. Если ранее в регионе моря обитало 178 видов животных, то теперь это количество сократилось до 38! Вода в Арале чрезвычайно загрязнена остатками ядохимикатов и минеральных удобрений. Это следствие чрезмерной химизации сельского хозяйства региона Экологический кризис Приаралья изменил и экономические структуры региона, уничтожил многие традиционные виды деятельности Закрылись и заводы по переработке рыбы. Такая же печальная судьба постигла морской транспорт. Как памятники экологической катастрофы Арала за десятки километров от современной береговой линии моря, посреди пустыни стоят десятки морских судов.Эколого-экономический кризис Приаралья породил и такое негативное социальное явление, как массовая безработица. Здесь самый известный проект - переброска части стока сибирских рек в Центральную Азию. О грандиозности и циклопичности этого проекта говорят такие цифры: длина канала из Сибири должна была составить около 2400 км, ширина - до 200 м, стоимость в ценах 80-х гг. - 90 млрд. руб. По сравнению с этим каналом Великая китайская стена и египетские пирамиды - детские игрушки. Проект переброски был практически необоснован ни экологически, ни экономически, ни технически.
Более реальным представляется появившийся не так давно вариант-близнец: проект строительства канала из Каспийского моря. Он обладает теми же недостатками, что и сибирский вариант. Для реализации проекта необходимо прорыть канал в пустыне длиной в 500 км. Кроме того, в связи с наклоном земной поверхности от Аральского моря к Каспийскому, для того чтобы вода текла, ее необходимо предварительно поднять на высоту 80 м. Это потребует колоссальных энергетических затрат.
ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ - повышение уровня первичной продукции вод благодаря увеличению в них концентрации биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША - совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Данным понятием обычно пользуются при исследовании взаимоотношений экологически близких видов, относящихся к одному трофическому уровню. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПИРАМИДА - графическое изображение соотношения различных трофических уровней. Основанием пирамиды служит первый уровень - уровень продуцентов. Может быть трех типов: пирамида чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии.[ ...]
Эвтрофикация водоемов - чрезмерное обогащение водной среды питательными веществами.[ ...]
Эвтрофикация водоема в значительной степени определяется привносом извне биогенных элементов. В природных условиях биогены сносятся с площади водосбора. Такая эвтрофикация имеет черты первичной прогрессивной сукцессии.[ ...]
Результатом является помутнение воды, гибель бентосных растений, снижение концентрации растворенного кислорода, недостаток его для глубоководных рыб и моллюсков. Эвтрофикация может происходить даже в медленно текущих пресных водах. Чем больше органических веществ поступает в озеро, тем больше требуется кислорода1 для перевода их в неорганические соединения.[ ...]
Проблема эвтрофикации водоемов стала повсеместной. Это связано в значительной степени с выносом в водоем большого количества! биогенных веществ за счет поступлений этих веществ с коммунальными стоками и смыва в поверхностные воды большого количества удобрений, вносимых на сельскохозяйственные доля.[ ...]
Таким образом, эвтрофикацию водоемов можно предупредить удалением из воды хотя бы одного питательного вещества. Практически это сводится к удалению из сточных вод соединений фосфора, так как углерод в виде бикарбонатов, а азот в результате ассимиляции из воздуха некоторыми видами водной растительности почти всегда присутствуют в природных водах. К тому же из-за высокой растворимости большинства минеральных азотсодержащих солей изыскание эффективных и экономичных методов их удаления вызывает большие затруднения. Тем не менее, в последнее время выявилась необходимость строгого нормирования содержания аммонийных солей и нитратов в воде водоемов. Действующими в нашей стране «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975) по токсикологическому признаку в воде водоемов рыбохозяйственного значения лимитируется содержание аммонийных соединений, а в воде водоемов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового пользования - содержание нитратов. Предельно допустимая концентрация аммонийных соединений принята 0,5 мг/л, а для нитратов (в пересчете на азот) - 10 мг/л.[ ...]
Оценка и контроль степени эвтрофикации водоемов базируется на исследовании редокс-состояния водной системы. Основным источником поступления пероксида водорода в природные водоемы (по крайней мере, для северо-западного региона России) является продукция фитопланктона в ходе его фотосинтетической активности в дневное время.[ ...]
По сути дела, термофикация водоемов запускает через замедление водообмена согласованную систему процессов, итоговым результатом которых является эвтрофикация водоема.[ ...]
Т.з. может наносить существенный ущерб водоемам, так как с повышением температуры уменьшается количество растворенного в воде кислорода, что снижает самоочиститель-ную способность природных вод. Так, экосистема Копор-ской губы Финского залива страдает от Т.з. из-за Ленинградской АЭС. Это загрязнение усилило процесс эвтрофикации водоема, зеленые водоросли в значительной мере сменились цианобактериями, изменился состав рыбной фауны (резко уменьшилась плотность популяций салаки).[ ...]
Серьезную опасность представляет сброс в водоемы, особенно малопроточные (озера, водохранилища и даже моря), сточных вод, загрязненных биогенными элементами (соединениями фосфора и азота). В воде, содержащей органические вещества и биогенные элементы, происходит интенсивное размножение микроскопических водорослей - сине-зеленых. Временами поверхность воды покрывается сплошным слоем водорослей ядовито-зеленого цвета, происходит эвтрофикация водоемов (цветение). Некоторые сине-зеленые водоросли выделяют в воду токсичные вещества. Отмирая, сине-зеленые водоросли полностью обескислороживают воду водоема и загрязняют ее продуктами разложения. В настоящее время наблюдается эвтрофикация многих водоемов: Женевского и других озер Швейцарии, многих участков реки Амазонки и др.[ ...]
Сброс неорганических соединений в пресные водоемь ухудшает качество воды (засолонение водоемов), а в ряде случаеЕ оказывает неблагоприятное воздействие на флору и фауну водоемов и может служить причиной тяжелых заболеваний. Попадание в воду водоемов солей фосфора и азота приводит к бурному развитию водорослей, особенно сине-зеленых (эвтрофикация водоемов) .[ ...]
С момента заполнения ложа водохранилища началась эвтрофикация водоема за счет поступления большего количества биогенных элементов из почвы и растительности, что привело к повышению его трофического статуса. В свою очередь, увеличение трофности обусловило сукцессию фауны рыб, известную для северных водоемов последовательной сменой лососевого комплекса сиговым, сигового - щучье-окуневым с последующим переходом к карповому. Этот процесс был многократно ускорен рыболовством (биологическая форма воздействия), определившим промысловую сукцессию рыб и превратившим Вилюйское водохранилище в оку-нево-плотвичный водоем.[ ...]
Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные ситуации. Такие явления возникли в Ладожском озере - одном из источников водоснабжения Санкт-Петербурга, во многих крупных водохранилищах. Все современные очистные сооружения построены с использованием деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза, разложения и т. п., причем продукты распада частично удаляются из воды в виде газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не менее, повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитратов, фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию водоемов, их «цветение» за счет бурного развития синезеленых водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду способности к самоочищению.[ ...]
В настоящее время почти отсутствуют природные, естественные водоемы с неизменной в какой-то степени фауной рыб. Это и зарегулированные реки, и сеть разнообразных водохранилищ, и водоемы - охладители энергетических объектов, и антропогенная эвтрофикация водоемов, а также экстенсивное рыболовство и различные формы рыбоводных мероприятий, существенно изменяющие исторически сложившиеся в течение длительного времени естественные водные экосистемы. Поэтому цели и задачи экологоморфологических исследований размножения и развития рыб отличаются от тех, которые были в начале разработки этого перспективного направления исследований в области ихтиологии. Основные теоретические вопросы, тесно связанные с решением актуальных задач в области рыбного хозяйства, вновь возникшие в условиях тотальной реконструкции почти всех водных систем с исторически сложившейся в них фауной рыб, можно представить в следующем виде.[ ...]
При выпуске очищенных сточных вод в замкнутые и малопроточные водоемы, а также при повторном их использовании в техническом водоснабжении возникает необходимость удаления из сточных вод соединений фосфора и азота для предупреждения эвтрофикации водоемов (массового развития водорослей), а также интенсивного биологического обрастания трубопроводов и оборудования. Эта проблема относится в первую очередь к бытовым или городским сточным водам, в которых после биологической очистки соединения фосфора и азота содержатся преимущественно в растворенной и легкоусвояемой форме (в виде ортофосфатов, аммонийных солей, нитритов и нитратов). Источниками подобного типа загрязнений бытовых вод являются продукты жизнедеятельности человека и синтетические моющие средства, в составе которых содержание полифосфатов может доходить до 30-50%.[ ...]
Чистая вода поступает не только из истоков и русловых ключей. В водоемах функционирует система самоочищения, главную роль в которой играют водные биоценозы. Вся совокупность водных организмов от бактерий до рыб в своих трофических связях имеет специализированные концентраты, фильтраты, осадители, которые сообща обеспечивают многоступенчатую минерализацию органики и перевод многих загрязнителей в форму неактивных донных отложений. Однако возможности самоочищения не безграничны. При определенном уровне загрязненности воды, особенно при залповых сбросах неочищенных стоков с токсическими примесями, может быть погублена почти вся биота водоема. А избыток биогенных элементов, особенно азота и фосфора (смытых минеральных удобрений) , часто приводит к эвтрофикации водоема, чрезмерному размножению одноклеточных водорослей - цветению воды, что становится источником вторичного загрязнения. До сих пор распространена концепция, согласно которой сброс сточных вод в водоемы рассматривается как один из видов специального водопользования, а водоемы, благодаря их самоочищающей способности, квалифицируются как естественные биологические очистные сооружения большой емкости. Эта концепция крайне антиэкологична, ее реализация ведет к экологическому тупику.[ ...]
Наличие бытовых стоков, богатых органикой, привело к повышению эвтрофикации водоемов, неблагоприятно сказалось на их продуктивности. Произошло также резкое усиление развития фитопланктона («цветение воды»), многих других гидробионтов, прибрежных зарослей высшей растительности. Одновременно возник дефицит кислорода, возросли глубинные зоны с анаэробным обменом, накоплением сероводорода, аммиака и т.д. Это вызвало гибель ценных видов рыб и ухудшение питьевых качеств воды, многие водоемы потеряли хозяйственное значение.[ ...]
Понижение качества воды в результате антропогенной перегрузки водоема биогенными веществами, вызывающей чрезмерное развитие фитопланктона, принято называть явлением антропогенной эвтрофикации водоема. Это одно из печальных проявлений загрязнения окружающей среды человеком. О масштабах этого процесса можно судить по тому, что загрязнение интенсивно развивается в таких огромных пресных водоемах, как озеро Эри, и даже в некоторых морях.[ ...]
Более 40 % посевной площади обрабатывают пестицидами. С богарных земель в водоемы попадает около 1 %, а с орошаемых - около 4 % этих веществ. При авиационной обработке в результате сноса в водоемы поступает до 30 % применяемых пестицидов. Мигрируя в воде, они переносятся на большие расстояния, а их биологический распад вследствие стабильности происходит медленно. Весьма угрожающие размеры приобрел процесс эвтрофикации водоемов, когда усиливается развитие фитопланктона, особенно синезеленых водорослей, - происходит цветение воды. Эвтрофикация в водохранилищах связана с выщелачиванием биогенных элементов из затопленной почвы и гниения растительности на их дне. Но особенно этот процесс усилился в связи со сбросом коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений и пестицидов и нарушением гидрологического режима рек. Отрицательную роль играет также тот факт, что на животноводческих комплексах ежегодно образуется до 1 млн т навоза, а в почву вносят только около 600 тыс. т его. Значительное количество органических удобрений может попасть в водоемы и вызвать эвтро-фикацию.[ ...]
Классическим примером природной сукцессии является «старение» озерных экосистем - эвтрофикация. Она выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания - от начальных - дальние от берега свободноплавающие и придонные погруженные растения, до достигнутых - средневысокие надводные растения и черная ольха у берега. В итоге озеро превращается в торфяное болото, в экосистему климаксного типа. Эвтрофикация водоема в значительной мере определяется привносом извне биогенных элементов.[ ...]
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофи-кация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ - азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее Продолжительные сроки - несколько десятилетий и менее.[ ...]
Выше мы уже отмечали роль агротехнической деятельности в накоплении фосфора и оживлении тем самым эвтрофикации водоемов, особенно бессточных. Появились пока несистематизированные данные об эвтрофикации замкнутых приповерхностных подземных водоносных бассейнов атмосферным и поверхностным питанием и разгружающими в замедленном режиме и это при весьма скромной биоте в их составе.[ ...]
На долю сельскохозяйственного производства приходится не менее половины связанного азота, поступающего в водоемы. Обогащение воды питательными элементами, в первую очередь связанным азотом, приводит к чрезмерному росту водорослей. Отмирая, они подвергаются анаэробному бактериальному разложению, вызывая дефицит кислорода, а следовательно, гибель рыбы и других водных животных. Эвтрофикация водоемов - явление, к сожалению, распространенное.[ ...]
Так, одним из наиболее распространенных антропогенных воздействий на экосистемы озер и водохранилищ является процесс эвтрофикации, при котором ускоряется их старение. К этому процессу ведет увеличение биогенных и органических веществ (в первую очередь веществ, содержащих азот), попадающих в водоемы путем смыва с затопленных почв, сельскохозяйственных полей удобрений и с коммунальными стоками. По мере увеличения «цветения» воды (увеличения количества сине-зеленых водорослей) в воде уменьшается содержание кислорода; это приводит к сокращению численности некоторых популяций, наиболее чувствительных к отсутствию нужного количества кцслорода, и появлению токсинов. Таким образом, наблюдения за показателями, характеризующими эвтрофикацию водоемов, - важный элемент экологического мониторинга (см. ).[ ...]
Поверхностный сток с богарных и орошаемых сельскохозяй-ственнных угодий содержит биогенные элементы, которые, попадая в водоемы, нарушают природное равновесие экологических систем. Так, повышение содержания азота и фосфора стимулирует рост водной растительности, что ведет к зарастанию и засорению каналов, рек, водохранилищ, особенно слабопроточпых. Небольшое количество фосфора, внесенного с поверхностным стоком, создает неблагоприятные условия для микрофлоры водоема, отмирание которой способствует нарушению кислородного режима. В конечном итоге это приводит к эвтрофикации водоемов. Основная часть биогенных элементов попадает в водоемы в растворенном виде с поверхностными и дренажными стоками, а также в нерастворенпом состоянии вместе с частицами почвы в результате ее эрозии.[ ...]
В результате возникают многообразные отрицательные последствия, разрушающие природные экосистемы, ведущие, в частности, к эвтрофикации водоемов (см. разд. 6.4.2.4).[ ...]
Основываясь на данных по 68 водохранилищам запада США, Мюллер приходит к выводу, что наиболее адекватные результаты: по уже существующим водоемам дают расчеты в рамках модели Диллона-Риглера, в то время как модель Фолленвайдера неплохо показала себя применительно к проектируемым водохранилищам. При этом Мюллер, однако, указывает, что вопрос о применимости к водохранилищам параметров, откалиброванных по озерам, требует дополнительного изучения. Государственные службы США, занимающиеся проблемой эвтрофикации водоемов, наиболее часто пользуются моделью Фолленвайдера (Рекхау, частное сообщение, 1982). При построении всех перечисленных выше моделей предполагалось наличие в водоеме хорошо перемешанного слоя. В некоторых из моделей не учитывается выделение фосфора из осадочного вещества, в других - включен член, описывающий результирующий эффект осаждения взвешенных частиц на содержание фосфора в воде. Результатом расчетов являются среднегодовые значения концентрации, которые служат, с одной стороны, индикатором текущего трофического состояния озера, и, с другой - основой для выработки стратегии деэвтрофикации.[ ...]
В связи с применением полифосфатов в составе СМС уместно отметить, что эти вещества, содержащие фосфор, явились одним из важных факторов эвтрофикации водоемов и интенсивного развития в них фитопланктона, в особенности сине-зеленых и некоторых других водорослей. Этой проблеме, наиболее актуальной для стран с теплым климатом и южных районов нашей страны, уделяется много внимания. Много работ посвящено проблеме замены полифосфатов в СМС другими веществами, в некоторых работах рассматривается вопрос удаления фосфора из сточных вод, поступающих в водоемы, и т. д. (Maloney, 1966; Missingham, 1967; Shapiro, 1970; Hamilton, 1974).[ ...]
Такие компоненты экологического воздействия эрозионных процессов, как потеря органического вещества почвы, формирование намытых почв, эвтрофикация водоемов вследствие выноса значительного количества питательных веществ из поверхностного слоя почвы и кислых атмосферных осадков взаимно связаны между собой, равноценны и протекают одновременно.[ ...]
Вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, как и сами микроорганизмы, могут стать причиной ухудшения качества воды, особенно в водоемах с замедленным стоком. Возможны также нарушения в работе гидротехнических сооружений. Наиболее частыми проявлениями жизнедеятельности микроорганизмов, которые затрудняют процесс самоочищения в водоемах, эксплуатацию водозаборов и систем охлаждения, вызывают изменение качества воды, являются цветение водоемов, обрастания, появление запахов и привкусов у воды. Формирование водохранилищ связано с уменьшением скорости течения воды, в результате чего гидрохимический режим крупных водохранилищ становится близким к режиму озер. При зарегулировании речного стока время прохождения воды от истока до устья возрастает в 10-15 раз. Так, в Волге до зарегулирования стока вода доходила от Рыбинска до Волгограда в половодье за 30 сут, а в межень - за 50. После формирования каскада водохранилищ время прохождения воды на этом участке увеличилось до 450-500 сут. Замедление водообмена в речной системе сопровождается значительными изменениями гидрохимического и гидробиологического режима. Водохранилища работают, как гигантские отстойники, поэтому в них наблюдается концентрирование загрязнений. Поступление органических и токсичных соединений, биогенных элементов способствует возникновению условий для эвтрофикации водоема, нарушению процесса самоочищения, зарастанию, т. е. массовому развитию высшей водной растительности.[ ...]
ВОЗ совместно с ЮНЕСКО, ВМО и ЮНЕП организует сеть контроля качества воды в целях выявления особенно опасных загрязнителей, переноса загрязнителей, контроля за эвтрофикацией водоемов. Этот аспект имеет отношение и к целям ГСМОС (4-я цель).[ ...]
Антропогенные поступления представляют существенную долю в балансе фосфора. Применение удобрений, химическое загрязнение биосферы в целом, эрозионные процессы играют решающую роль в фосфатизации биосферы. Решение противоречивой проблемы - дефицит фосфора и эвтрофикация водоемов - требует разработки комплекса мер, направленных как на максимальное снижение потерь фосфора при переработке, внесении удобрений, так и на недопущение загрязнения окружающей среды соединениями фосфора.[ ...]
В этой главе приводятся основные в инженерной лимнологии термины и понятия. В п. 1.1 и 1.2 непосредственно рассматриваются некоторые из фундаментальных лимнологических характеристик. В п. 1.3 кратко обсуждаются климатически обусловленные контрасты свойств внутренних водоемов, а в п. 1.4 вводится концепция моделирования per se. Наконец, в п. 1.5 охарактеризованы современные представления о явлении эвтрофикации водоемов и причинах, вызывающих общественную озабоченность ускоренной или «культурной» (т. е. антропогенной) эвтрофикацией озер и водохранилищ.[ ...]
Как уже указывалось выше, интенсивность цветения озер может быть замедлена путем снижения количества поступающих в них питательных веществ. В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению поступления фосфора, так как считается, что осуществление контроля над процессом эвтрофикации водоемов зависит в основном от снижения концентрации этого питательного вещества. Однако не менее важно то, что удалять из сточных вод азотосодержащие соединения намного труднее. В некоторых штатах были приняты нормы на содержание фосфора в очищенных сточных водах. В этих стандартах указаны предельно допустимые концентрации фосфора в очищенных сточных водах, а также требования относительно удаления определенной части фосфора в процессе очистки. Предельно допустимые концентрации фосфора принимаются равными 1-2 мг/л (в большинстве случаев 1,0 ,мг/л), а эффективность удаления фосфора в процессе очистки должна составлять по нормативным требованиям 80-95%.[ ...]
При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводит к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, поступление из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов, как фосфор, азот, сера и др., вызывает бурное развитие синезеленых водорослей и других водных растений («цветение» воды) и эвтрофикацию водоемов. Но большая часть фосфора уносится в море.[ ...]
Знание законов циркулирования в почве азота и других биологических веществ позволяет выработать основную стратегию увеличения плодородия земель, развивать бездефицитное земледелие. Сроки и количество внесения удобрений нуждаются в тонкой балансировке. Важно, чтобы удобрения усваивались именно растениями, а не наносили вред окружающей среде и здоровью людей. Ведь избыток биогенных веществ загрязняет окружающую среду, пресные воды, ведет к эвтрофикации водоемов и даже угрожает озоновому слою стратосферы.[ ...]
Одна из самых ранних попыток контролировать содержание фосфора в сточных водах заключалась в том, чтобы найти заменители фосфорных компонентов в моющих средствах (детергентах). В то время такой подход считался вполне целесообразным, так как именно детергенты были основным источником фосфора, содержащегося в бытовых сточных водах. К сожалению, подходящего заменителя найти не удалось. Каустические добавки не имели равноценных моющих свойств, оказывали раздражающее действие на кожу, а некоторые их разновидности вызывали повреждения глаз и слизистых оболочек при вдыхании или попадании в рот. Нитрилотриацетат натрия (ЫТА), считавшийся наилучшим заменителем фосфатов, создавал угрозу для здоровья людей. Главный хирург США предложил, чтобы в течение еще некоторого времени домашние хозяйки продолжали пользоваться фосфатными детергентами ввиду их безопасности. Другое обстоятельство, выявленное в процессе дискуссии о фосфатных детергентах, заключалось в том, что эвтрофикация водоемов не является общенациональной проблемой. Выяснилось, что сточные воды из канализационных систем, обслуживающих приблизительно 55% населения, сбрасываются в океан или в ¡крупные реки, впадающие в океан. Еще 30% населения проживает в сельской местности, лишенной канализационной сети. Таким образом, в озера, которым может угрожать процесс эвтрофикации, сбрасываются сточные воды из канализационных систем, обслуживающих только 15% населения США. К таким водоемам относятся Великие озера, р. Потомак и ее эстуарий, залив Сан-Франциско и впадающие в него реки, оз. Тахо и много других больших и малых озер и водохранилищ. Считается, что фосфаты не представляют собой серьезной угрозы для рек. В пользу такой точки зрения говорят собранные данные, по которым даже такие высокие концентрации фосфора, как 2-3 мг/л, в движущихся водах не приводят к их серьезной деградации.
экология популяция эвтрофикация водоем
Эвтрофикация - это изменение физических, химических и биологических свойств озера при долговременном поступлении питательных веществ с прилегающих территорий за счет процессов естественной эрозии и стока. Эвтрофикация может быть следствием естественного старения водоема, внесения удобрений или загрязнения сточными водами. По уровню эвтрофикации водоемы делятся на:
Олиготрофные (слабо эвтрофицированные);
Мезотрофные (средне эвтрофицированные);
Эвтрофные (сильно эвтрофицированные).
Иногда, также в отдельную категорию выделяют гиперэвтрофные (сверх эвтрофицированные) водоемы - такие, где эвтрофикация вызывает массовое отмирание биоты и резкое изменение параметров экосистемы.
Эвтрофные водоемы богаты разнообразием литоральной и сублиторальной растительностью, обилием планктона. Эвтрофикация может приводить к взрывному развитию одноклеточных водорослей ("цветение воды"), дефициту кислорода и, гибели высшей растительности, рыб и других животных. Механизм воздействия гиперэвтрофикации на экосистемы водоемов является следующим:
1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне и увеличение численности зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Прозрачность воды снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, а это приводит к гибели донных растений. После гибели донных растений происходит гибель организмов, чей жизненный цикл был с ними связан.
2. Водоросли и бактерии , сильно размножившиеся в верхних горизонтах водоема, имеют большую поверхность тела и биомассу, чем растительный комплекс при постоянном уровне эвтрофикации водоема. При этом в ночные часы фотосинтез в этих растениях не проходит, а процесс дыхания продолжается, что требует затрат кислорода. В результате в предрассветные часы, кислород в верхних горизонтах воды оказывается почти исчерпанным. Наблюдается гибель организмов, обитающих в приповерхностных водах, от недостатка кислорода (так называемый "летний замор").
3. Большое количество отмерших организмов из верхних слоев водоема опускаются на дно, где проходит их разложение. Донная растительность гибнет на ранних стадиях эвтрофикации, и производство кислорода здесь почти не происходит. Биопродуктивность благодаря эвтрофикации увеличивается, но между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах, наблюдается дисбаланс. Кислород здесь стремительно уходит, и это приводит к гибели бентосных организмов. Аналогичное явление, наблюдаемое во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, известное как "зимние заморы".
4. В донном грунте , лишенном кислорода, проходит разложение отмерших организмов с образованием сильных ядов: фенол и сероводород, вызывающих отравление организмов водоема. Это вызывает еще более массовое отмирание, и влечет дополнительное потребления кислорода. Из-за несбалансированной эвтрофикации большая часть флоры и фауны водоема может быть уничтожена, а экосистема водоема резко изменена.
Жизнь на Земле, с момента возникновения, сопровождалась явлениями эвтрофикации. Но для современной геологической эпохи это явление не характерно. Огромным, по масштабам эвтрофикационным явлениям, мы обязаны наличием залежей угля, нефти, природного газа - полезным ископаемым биогенного происхождения (вплоть до железных руд). К биогенных элементам, которые и вызывают эвтрофикацию, относятся: азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Фосфор и азот, являются обязательными элементами тканей любого живого организма. Концентрация биогенных элементов, их режим, зависят от интенсивности биологических и биохимических процессов в водоеме. Концентрации азота и фосфора характеризуют трофность водоема. Считается, что чрезмерная эвтрофикация водоемов начинается при содержании в воде азота в концентрации 0,2-0,3 мг/л, фосфора - 0,01-0,02 мг/л. При переходе от олиготрофных водоемов к мезотрофным и эвтрофным существенно растет доля аммонийного азота в его общей численности.