Когда была выявлена эвтрофикация. Как бороться с эвтрофикацией водоемов. Водное пространство планеты

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.

Аннотация. Выполнен анализ существующих способов борьбы с эвтрофикацией водоёмов. Способы борьбы с эвтрофикацией водоемов и вызванным им «цветением» воды условно разделены на две группы: первая - профилактические мероприятия; вторая - регулирующие мероприятия. По результатам обзора сделан вывод, что не один из перечисленных способов борьбы с эврофикацией водоёмов не может полностью очистить водоём, но применение их в комплексе может быт эффективным, что требует дальнейших исследований.

Ключевые слова: эвтрофикация, профилактические мероприятия; регулирующие мероприятия, биогены, удобрения, земледелия, лесополосы, водохранилища.

Эвтрофикация (от греческого eutrophia - хорошее питание) - чрезмерное увеличение содержания биогенных элементов в водоемах, сопровождающееся повышением их продуктивности. Может быть результатом естественного старения водоема, поступления удобрений или загрязнения сточными (в том числе с полей) водами. Для эвтрофных водоемов характерно наличие богатой растительности, обильного планктона. Эвтрофикация ведет к нарушению экологического равновесия водных объектов, вредит рыболовству и отрицательно влияет на использование вод в питьевых, хозяйственно-бытовых и рекреационных целях . По сути эвтрофикация происходит из-за обогащения 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 .

Способы борьбы с эвтрофикацией водоемов и вызванным им «цветением» воды можно условно разделить на две группы: первая - профилактические мероприятия; вторая - регулирующие мероприятия.

Профилактические мероприятия

Профилактические мероприятия предусматривают полное прекращение сброса в водоем неочищенных и условно очищенных сточных вод промышленных предприятий и бытовых стоков. Практическая реализация профилактических мероприятий - процесс сложный, длительный, капиталоемкий и связан с расширением новых технических и биологических проблем. Основная мера предупреждения эвтрофикации водоемов сводится к их охране от избыточного поступления биогенов, в частности фосфора и азота. Эта мера осуществляется многими путями. В первую очередь к ним относится повышение культуры земледелия, сопровождающееся уменьшением стока биогенов с сельскохозяйственных угодий. Очень важно не применять повышенные дозы удобрений, не дающие заметного экономического эффекта. Другой путь – перехват биогенов, выносимых с сельскохозяйственных угодий.

Для малых водоемов можно сооружать кольцевую дренажную систему с последующим отводом собранных сточных вод за пределы водосбора. Применительно к крупным водоемам важен перехват биогенов, поступающих по гидрографической сети – основному пути поверхностного стока.

Например, в предгорьях Гарца, сооружение, по пути к основному водохранилищу, так называемых «пред- водохранилищ», имеющих площадь в 5–10% от основного, задерживало поступление фосфора в водохранилище на 50%, принимающий в себя речной сток. Резервуар-отстойник водохранилища Есценице понижал концентрацию Р04 и Робщ на 65–90%. В небольших водохранилищах, сооружаемых на малых водотоках, в том числе пересыхающих летом (балки, овраги и др.), от излишка биогенов можно освобождаться путем рыбоводных мероприятий, одновременно получая ценную продукцию. Особенно перспективно использование растительноядных рыб, непосредственно утилизирующих первичную продукцию и повышающих эффективность эксплуатации рыбных хозяйств- деэвтрофикаторов.

Для перехвата биогенов, поступающих в небольшие водоемы с малой водосборной площадью, важно правильное обустройство прибрежной полосы, в частности ее облесение. В условиях Московской области лесная полоса шириной 30 м, почти полностью задерживает поступление биогенов в водоем с пахотного поля, длиной 190 м и уклоном 3°. Лесная полоса не должна вплотную подступать к берегу, во избежание загрязнения водоема листовым опадом. Оставление полосы луга шириной 15 м устраняет эту возможность, особенно при посадке по краю лесной полосы елей. В одном из ручьев США после сведения леса на водосборе вынос фосфора с крупнодисперсной взвесью возрос в 12 раз.

Поступление биогенов в водоемы с коммунальными и другими стоками предупреждается двумя способами. Первый из них – более или менее полное освобождение стоков от биогенов, особенно фосфора. Для этого используют осаждение его (солями алюминия, железа, известью), обратный осмос, ионный обмен и ряд других методов. Например, осаждение фосфора солями железа и алюминия позволило заметно снизить эвтрофикацию Цюрихского озера. В ряде озер Швеции, США, Канады изъятие фосфора из стока достигает 85–95% от исходного количества.

Другой путь обезвреживания стоков – снижение в них концентрации фосфора за счет использования детергентов с меньшим содержанием этого биогена. Например, в округе Эри (США) с 1971 г. было запрещено производство детергентов с содержанием Р выше 8,7%, а в 1972 г. эта норма была снижена до 0,5%. В итоге содержание фосфора в реках округа снизилось на 60%. Наиболее радикальная форма борьбы с биогенами стоков – отведение последних за пределы водосбора. Как уже говорилось, избыточное поступление биогенов – лишь предпосылка эвтрофикации, реализующаяся в определенных гидрологических условиях. Поэтому их регулирование (усиление перемешиваемости вод, аэрации, предупреждение термофикации водоемов) также можно широко использовать для предупреждения эвтрофикации, особенно в небольших водоемах.

При избыточном поступлении биогенов и других условиях, для развития эвтрофикации, она может быть исключена различными химическими, физическими и биологическим методами.

Регулирующие мероприятия

К регулирующим мероприятиям относятся физические, в частности искусственная механическая очистка и аэрация, химический и биологический методы.

Один из них – внесение в водоем различных препаратов, подавляющих первичное продуцирование. Этот способ очень уязвим, так как препараты, ингибирующие фотосинтез, в той или иной мере токсичны для беспозвоночных и рыб.

Физические воздействия сводятся к разбавлению эвтрофицируемых вод чистыми, снижению их прозрачности (взмучивание ила и др.), удалению ила и богатых биогенами вод гиполимниона, а также к аэрации воды. Аэрация дает хорошие результаты при предупреждении эвтрофикации небольших водоемов. В большинстве случаев аэрационные установки работают по принципу подачи воздуха в водоем (прокладка воздухоподающих перфорированных труб в придонном слое) или распыления воды в атмосфере (фонтанирование). С улучшением кислородного режима усиливается минерализация органики, сокращается или прекращается ее накопление в водоеме.

Наиболее перспективно предупреждение эвтрофикации биологическими методами. Еще в 1932 г. Е. Е. Успенский предложил предотвращать развитие водорослей с помощью макрофитов, перехватывающих в прибрежной полосе биогены, поступающие с водосбора. Такой метод особенно ценен, если сопровождается последующим изъятием фитомассы макрофитов. В противном случае после их отмирания биогены снова окажутся в воде, не говоря уже об отрицательном эффекте самого процесса гниения макрофитов в прибрежье. А. В. Францев предложил культивировать вприбрежье два вида дикого риса (водяного и широколистного), бекманию и канареечник, дающие огромную фитомассу с высокими кормовыми качествами. Культивирование этих и некоторых других растений с их последующей уборкой – не только эффективная мера борьбы с эвтрофикацией, но и дополнительный способ укрепления кормовой базы животноводства. В биологическом и экономическом отношениях перспективно использование для борьбы с эвтрофикацией водоемов растительноядных рыб. Наряду с предупреждением эвтрофикации в настоящее время во многих странах прилагаются усилия к деэвтрофикации водоемов. С этой целью частично или полностью заменяют воду, удаляют донные осадки, аэрируют гиполимнион и верхние слои грунта, дестратифицируют водную массу, связывают и осаждают биогены .

Регулирующие мероприятия

Также довольно перспективным методом является кавитация, воздействие на водоемы ультразвуком, вызывающим возникновение в жидкости пузырьков с парогазовой смесью. Разрыв пузырьков сопровождается разрушением близлежащих клеток водорослей. Однако на практике данный способ применялся пока что только в качестве эксперимента в Ладожском озере.

Не один из перечисленных способов борьбы с эврофикацией водоёмов не может полностью очистить водоём, но применение их в комплексе может быт эффективным, что требует дальнейших исследований.

Список литературы

1. «Советская энциклопедия» 2002

2. MedUniver.com

3. Симаков Ю.Г., рабочая программа дисциплины «Санитарная гидробиология»

4. Вдовин Ю.И., Журба М.Г. Водозаборно-очистные сооружения и устройства. – М.: Астрель, 2003 – 156 с.

ЭВТРОФИКАЦИЯ - eutrophication. Избыточное поступление в водоёмы органических и минеральных веществ, преим. азота и фосфора. Э. проявляется при активном развитии гидрофитов. Во время массового отмирания водорослей на дне водоёмов в больших количествах отлагаются их разлагающиеся остатки, на окисление к-рых затрачивается большое количество кислорода. Дефицит кислорода часто приводит к заморам рыбы и др. гидробионтов.

Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась. 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. Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению си-незеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции (Яблоков, 1983). Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера мира - Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью. Сами же сине-зеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины, представляющие опасность для гидробионтов и человека.

Балтийское море уязвимо, и перед ним стоит много проблем. Этим летом мы все ещё раз имели возможность убедиться, как далеко зашёл процесс эвтрофикации Балтийского моря, и "цветение" воды из-за массового развития сине-зелёных водорослей - лишь один из наглядных примеров того, насколько серьёзна ситуация. Другие негативные последствия эвтрофикации проявляются в уменьшении прозрачности морской воды и снижении биологического разнообразия. Разнообразие форм жизни в Балтийском море уменьшается, так как на настоящий момент отдельные участки морского дна мертвы, а некоторые биотопы - полностью уничтожены. Это, в свою очередь, привело к уменьшению численности популяций одних видов, в то время, как численность других неконтролируемо увеличивается. Наблюдаемый дисбаланс свидетельствует, что эвтрофикация является одной из наиболее серьёзных проблем, которая стоит перед природной компонентой Балтийского моря.

Эвтрофикация, или эвтрофирование, - процесс обогащения водоемов питательными веществами, особенно азотом и фосфором, главным образом биогенного происхождения. В результате происходит постепенное зарастание озера и превращение его в болото, заполненное илом и разлагающимися растительными остатками, которое в конце концов полностью высыхает. В естественных условиях этот процесс занимает десятки тысяч лет, однако в результате антропогенного загрязнения протекает очень быстро. Так, например, в маленьких прудах и озерах под влиянием человека он завершается всего за нескольких десятилетий.

Эвтрофикация усиливается, когда рост растений в водоеме стимулируется азотом и фосфором, содержащимися в насыщенных удобрениями стоках с сельскохозяйственных угодий, в чистящих и моющих средствах и других отходах. Воды озера, принимающего эти стоки, представляют собой плодородную среду, в которой происходит бурный рост водных растений, захватывающих пространство, в котором обычно обитают рыбы. Водоросли и другие растения, отмирая, падают на дно и разлагаются аэробными бактериями, потребляющими для этого кислород, что приводит к замору рыбы. Озеро заполняется плавающими и прикрепленными водорослями и другими водными растениями, а также питающимися ими мелкими животными. Синезеленые водоросли, или цианобактерии, делают воду похожей на гороховый суп с дурным запахом и рыбным вкусом, а также покрывают камни слизистой пленкой.

Эвтрофикация - повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном азота и фосфора; часто приводит к цветению вод.

Эвтрофикация водоемов

Попав в природные водоемы (например, соединений фосфора и азота), биогенные элементы становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе - сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых - аллергены, токсины, уже на прямую воздействующие на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, то есть летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна. А если выпить такой воды, даже при условии, что она кипяченая, можно сильно отравиться. Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса - массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).

На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.

«Цветение вод» - массовое развитие (вспышка) фитопланктона, вызывающее изменение окраски вод от зеленой (зеленые и сине-зеленые водоросли) и желто-бурой (диатомовые) до красной (динофлагелляты). Интенсивность этого процесса определяется по биомассе водорослей: слабое (0,5 – 0,9 мг/л), умеренное (1 – 9,9 мг/л), интенсивное (10 – 99,9 мг/л) и «гиперцветение» - более 100 мг/л.

Эти явления известны с глубокой древности, но в последнее время они стали часты и весьма интенсивны в результате возросшего антропогенного воздействия на морские экосистемы. Это обусловлено, главным образом, значительным поступлением в водоемы органических веществ (азота, фосфора, калия и др.)

Это приводит к ухудшению кислородного режима (вплоть до заморов), к накоплению в водной среде токсичных органических соединений, что вызывает появление в морях красных приливов.

Эвтрофикация (эвтрофирование, эвтрофикация) - по­вышение биологической продуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Основными причинами является поступление огромных количеств биогенных компонен­тов (особенно азота и фосфора), которые поставляются в среду сельскохозяйственным производством (приме­нение удобрений), а также различных детергентов (еже­годно в мире используется свыше 30 млн т мыла) и др.

По данным Б. Хендерсон-Селлерса, основ­ными критериями для характеристики процесса эвтрофикации водоемов являются:- уменьшение концентрации растворенного кисло­рода в воде; - увеличение содержания биогенных компонентов; - увеличение содержания взвешенных частиц, осо­бенно органического происхождения; - последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых; - возрастание мутности воды (уменьшение проник­новения света); - значительное увеличение биомассы фитопланкто­на (при одновременном уменьшении разнообра­зия видов) и т. д. . Про­цессы эвтрофикации охватили многие крупные пресно­водные водоемы США и Канады (Великие Американс­кие озера), Японии, Европы (Женевское, Ладожское, Онежское озера, Балатон и др.), а также многие морс­кие бассейны (Средиземное, Черное, Балтийское и др.). Поскольку эвтрофирование водоемов стало серьезной глобальной экологической проблемой, по линии ЮНЕСКО начаты работы по мониторингу внутренних вод и контролю за эвтрофированием водоемов земного шара.

Красный прилив – экологическое явление, вызванное чрезмерным сбросом в океан органических веществ и массовой вспышкой пирофитовых водорослей. Проведенные исследования показали, что после сильных дождей большое количество питательных веществ (особенно азота и фосфора) смывается с побережий и одновременно приток пресных вод понижает соленость океана, а подъем глубинных вод выносит к поверхности дополнительные органические вещества, которые и стимулируют рост и массовое размножение пирофитовых водорослей. Все это приводит к большим экономическим потерям, так как пустеют пляжи, которые покрываются массой разлагающейся рыбы. В последние годы в Мировом океане в результате сброса огромного количества органических веществ участились красные приливы, которые отмечаются у берегов Индии, Австралии, Японии, Скандинавии, в Черном и Средиземном морях. В связи с этим необходимо организовывать мониторинг за содержанием в водах океана токсичных видов фитопланктона, вызывающих эвтрофикацию и красные приливы.

Негативные экологические последствия эвтрофирования водоемов

ПРОЦЕССЫ ЭВТРОФИКАЦИИ В ВОЛГОГРАДСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ И ПУТИ ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

процессы эвтрофикации

в волгоградском водохранилище

и пути их предотвращения

Мамонтова А.С. (ПР-051), Шепелева Е.С. (ассистент кафедры ЭиП), Научный руководитель – Новиков В.В., к.с.-х.н., доцент

Волжский гуманитарный институт (филиал) ВолГУ

На озёрном участке Волгоградского водохранилища с застойными зонами усиливаются процессы зарастания водной растительностью (эвтрофикация), что является причиной ухудшения качества воды и обеднения видового состава экосистемы. Эвтрофикация приводит к развитию сине-зеленых водорослей Cyanophyta , которые вызывают «цветение» воды, ухудшая её качество. Поэтому эта проблема актуальна для г. Волжского, осуществляющего водозабор из Волгоградского водохранилища .

Для борьбы с сине-зелеными водорослями применяются современные методы биологической, физико-химической очистки поверхностных вод, а также метод альголизации – вселение одноклеточной зеленой водоросли – хлореллы, проявляющей антагонизм к сине-зеленым водорослям . Последний метод используют в Волгоградском отделении ГосНИОРХ, учёными которого показано улучшение состояния водоема (рис. 1).

Вышеуказанный метод проходит апробирование на Волгоградском и Цимлянском водохранилищах, где получены положительные результаты. В дальнейшем, при подтверждении положительных результатов, намечается его широкое применение на водоемах Волжско-Камского каскада, в том числе Куйбышевском водохранилище и других водоемах, где также существует данная проблема.

Целью нашей работы было проследить динамику цветения воды Волгоградского водохранилища в связи с проводимой альголизацией.

В период наибольшего развития биомассы сине-зеленых водорослей нами были отобраны пробы фитопланктона в 73 точках Волгоградского водохранилища в июле 2006 и 2007 гг. и проанализированы в экологической учебной лаборатории ВГИ ВолГУ по ГОСТ 17.1.4.02 – 90.

Содержание хлорофилла А в пробах варьировало от 0,95 мкг/л в верховье залива Пичуга до 8,87 мкг/л в середине приплотинного участка. В ряде заливов и створов в 2007 г. уровень биомассы снизился по сравнению с 2006 г. Однако, на приплотинном участке, наоборот, наблюдалось увеличение уровня биомассы. Данная динамика прослеживается и в 2007-2008 гг. (Рис. 2). В ряде заливов – Ерзовка, Дубовка, где особенно велико антропогенное воздействие, отмечается увеличение биомассы.

III . Водные экосистемы.

Лимитирующие факторы водных экосистем:

1. Соленость – содержание растворимых солей, главным образом хлорида натрия, в водной массе;

2. Глубина проникновения солнечных лучей;

3. Количество кислорода;

4. Доступность питательных элементов;

5. Температура воды.

По степени солености вод водные экосистемы подразделяются на два больших класса.

Солоноводные (морские) Пресноводные

Океаны - озера, водохранилища

Устья рек (эстуарии) - пруды

Прибрежные болота - болота

Коралловые рифы - реки и ручьи (водотоки)

Основные зоны океана.

В любом из океанов земного шара можно выделить две основные зоны: прибрежную и открытый океан.

Эвтрофикация

Эвтрофикация в лесу у цитадели г. Лилль, Франция

Для эвтрофных водоёмов характерны богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон . Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей («цветению» вод), дефициту кислорода, замору рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь водоёма (за счёт фитопланктона на поверхности водоёма) и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды резко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

Антропогенная эвтрофикация

Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей. Во многих странах запрещено использование ортофосфата натрия в стиральных порошках для уменьшения эвтрофикации водоёмов.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Untitled Document АНТРОПОГЕННОЕ ЭВТРОФИРОВАНИЕ.

Хотя эвтрофирование водоемов является природным процессом и его развитие оценивается в рамках геологических масштабов времени, однако за несколько последних веков человек существенно увеличил использование биогенных веществ, особенно в сельском хозяйстве в качестве удобрений и детергентов. Во многих водоемах в течение нескольких последних десятилетий наблюдается возрастание трофии, сопровождающееся резким увеличением обилия фитопланктона, зарастания водной растительностью прибрежных мелководий и изменение качества воды. Этот процесс стали называть антропогенным эвтрофированием .

Шилькрот Г.С. (1977) определяет антропогенное эвтрофирование как увеличение первичной продукции водоема и связанного с этим изменение ряда его режимных характеристик в результате возрастающей добавки в водоем минеральных питательных веществ. На Международном симпозиуме по вопросам эвтрофирования поверхностных вод (1976) принята следующая формулировка - "антропогенное эвтрофирование - это увеличение поступления в воду питательных для растений веществ вследствие деятельности человека в бассейнах водных объектов и вызванное этим повышение продуктивности водорослей и высших водных растений ".

Антропогенное эвтрофирование водоемов стали рассматривать как самостоятельный процесс, принципиально отличающийся от естественного эвтрофирования водоемов.

Естественное эвтрофирование - процесс очень медленный во времени (тысячи, десятки тысяч лет), развивается главным образом вследствие накопления донных отложений и обмеления водоемов .

Антропогенное эвтрофирование - процесс очень быстрый (годы, десятки лет), отрицательные последствия его для водоемов проявляются зачастую в очень резкой и уродливой форме .

ПОКАЗАТЕЛИ АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ

Абиотические

1. Послойное распределение кислорода в водоеме, выражающееся в форме "кислородной кривой" и дефицит кислорода в гиполимнионе (наиболее широко используется). Однако он не применим к тропическим водоемам, в которых в условиях высокого прогрева анаэробный гиполимнион устанавливается независимо от уровня трофии. Нарушение баланса кислорода отражает изменения обеспеченности.
2. Снижение прозрачности воды.
3. Непосредственный показатель - содержание азота и фосфора.

Биотические

1. Соотношение продукции и деструкции.
2. Изменение в структуре биоценозов.
3. Устойчивое "цветение" воды.
4. Быстро увеличивающееся зарастание прибрежных мелководий.
5. 5. Массовое развитие нитчатых водорослей.
6. Засорение берегов остатками водной растительности.
7. Появление неприятного запаха в результате гниения массы отмирающих нитчатых водорослей и высшей водной растительности.

Если эти показатели появляются и развиваются в течение более или менее короткого времени, то они становятся специфическими для антропогенного эвтрофирования.

Вопрос о показателях, которые были бы специфичны для антропогенного эвтрофирования, обсуждался в течение последнего десятилетия многими авторами. Немногочисленные предлагавшиеся показатели соответствуют современному уровню знаний. Как отмечают многие специалисты ни один из них не позволяет уверенно отличать антропогенное эвтрофирование от естественного. Единственным критерием по общему признанию - скорость развития эвтрофирования, которая может быть определена путем длительных наблюдений (мониторинг).

Некоторая возможность диагностики начальных этапов эвтрофирования появляется при возникновении этого явления в крупных водоемах, характеризующихся сильно расчлененной акваторией и сложным рельефом дна. В отдельных обособленных районах, отдельных плесах или котловинах таких водоемов под влиянием биогенов, поступающих с прилегающей частей водосбора, могут проявляться признаки эвтрофирования и развиваться со скоростью, легко определяемой при сопоставлении с другими участками водоема, не подвергающихся непосредственно воздействию эвтрофирующихся веществ. Можно сравнивать 2 близких по своему положению и особенностям водоема - один под антропогенным воздействием, другой - контроль.

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ АНТРОПОГЕННОЕ ЭВТРОФИРОВАНИЕ

Увеличение запасов минеральных и органических веществ в водоем происходит как под влиянием природных так и антропогенных факторов.

Природные факторы

Абиотические

1. Поступление минеральных и органических веществ из грунтов. Обогащение воды мин. и орг. веществами в значит. степени зависит от грунтов, формирующих ложе. Подзолистые почвы с низким содержанием гумуса бедны питательными веществами и водоемы такого типа обычно относят к дистрофным. Почвы с высоким содержанием гумуса лугово-черноземные, дерново-подзолистые, характеризуются высоким содержанием мобильных соединений, которые поступают в воду. Болотные почвы перегнойно-торфянистого типа или торфяники наряду с повышением минерализации вод, способствуют обогащению их органическими веществами торфяного происхождения. Влияние подстилающих пород на обогащение воды биогенными и органическими веществами особенно наглядно проявляется при строительстве водохранилищ. Максимальное количество питательных веществ поступает в воду в первые 120 часов взаимодействия почвы с водой. Это играет большую роль при паводковом подъеме уровня и при колебаниях уровня в результате сработки гидроузлов.

2. Поступление минеральных и органических веществ из атмосферы. В последние десятилетия загрязнения водоемов за счет атмосферных осадков приобретает значительные масштабы. Подсчитано, что существующий уровень выбросов в атмосферу достаточен для загрязнения слоя толщиной 1-3 км до ПДК. Существенное влияние оказывают выветривание из рудных гор токсических веществ, микроэлементов, а также ежегодное испарение в атмосферу около 350 тыс. т растворителей для химчистки и около 2.5 % производимого бензина (для США - это 10 млн.т).

В целом в воздух попадает более 200 различных веществ. Поэтому за 50 лет уровень загрязненности воздуха даже вдали от промышленных стран увеличился в 2 раза.

Наряду с рассеиванием в космосе, значительная доля веществ увлекается атмосферными осадками и попадает на поверхность земли и в водоемы. В частности дождевая вода еще в атмосфере может содержать 53 и даже 102 мг/л взвешенных веществ. Поэтому значительное обогащение водоемов биогенными веществами происходит в половодье за счет паводковых вод после выпадения атмосферных осадков.

В связи с резким усилением антропогенного загрязнения и атмосферной миграции среди химических элементов фосфор занимает особое место. При изучении 55 озер севера и центр. части Флориды установлено, что выпадение осадков на акватории дает 12-59% всего поступления фосфора, а в Балтийском море -30%, который поступает с речным стоком. Количество атмосферной составляющей еще не определена. В атмосферу попадают растительные остатки, споры, пыльца, растения поставляют летучие продукты метаболизма, минер.-орг. выделения листьев, хвои. Известно, что в атмосферной влаге, просочившейся сквозь кроны деревьев, фосфора в 5 раз больше, чем в дождевой воде, собранной на открытом месте. Дожди над океаном содержат фосфора на порядок меньше, чем над сушей, что подтверждает представление о преобладании континентальных источников фосфора. При первом приближении - доля растворимого фосфора в осадках...50% общего его содержания. Если вынос фосфора с поверхностными водами выше его поступлений с осадками, то водосбор испытывает повышенную антропогенную нагрузку.

3. Поступление в водоем аллохтонных растительных остатков. Большое количество биогенных и органических веществ отдают в воду периодически затопляемые участки леса, луга, а также опад древесной и кустарниковой растительности прибрежной зоны. Известно, что масштабы биологического круговорота минеральных веществ под пологом цветковой травянистой растительности в 2-3 раза выше, чем под пологом леса из лиственных деревьев, и в несколько раз выше, чем под пологом хвойного леса. Травянистая цветковая растительность, отмирая и минерализуясь, возвращает в почву всю массу своего органического вещества и обогащают соединениями азота, фосфора, углерода, кальция и др. верхнюю часть профиля почв, откуда в основном происходит сток в водоемы. Разложение растительных остатков происходит с различной скоростью в зависимости от их биохимического состава, температуры, рН, степени кислородного насыщения, и др. факторов.

Например, при разложении 1г свежей древесины (ива, тополь, клен, сосна) в 1 л поступает 0.59-2.22 мг/л NH 4 -N; 0.05-0.6 NO 3 -N; 0.07-1.07 P общ. ; 10.9-19.2 Cорг., а также N орг. , аминокислоты, сахара.

Биотические факторы

Обогащение водоемов органическими веществами происходит за счет процессов фотосинтеза и азотфиксации, в результате чего происходит связывание и поступление в водоем атмосферной углекислоты и азота.

Общая годовая мировая продукция фотосинтеза на суше и в океанах оценивается в 80 млрд. т. Это цифра приблизительно в 14 раз превышает количество добываемого ежегодно на земном шаре топлива (в пересчете на калорийность она превышает в 7-8 раз).

Фитопланктон и макрофиты, связывая в процессе фотосинтеза значительное количество углерода, способствуют пополнению запасов органических соединений в экосистеме водоема, а также вовлекают в круговорот биогенные элементы, захороненные в толще донных отложений.

Наряду с фотосинтетическими процессами важную роль в пополнении запасов биогенных веществ в водоемах играет азотфиксация за счет жизнедеятельности сине-зеленых водорослей и бактерий (азотобактер - аэроб, клостридиум - анаэроб).

Таким образом, процесс природного эвтрофирования обусловлен рядом природных факторов - вымывание из грунтов, поверхностного стока, притока аллохтонного вещества за счет попадающих в водоем растительных и животных отстатков, берегоразрушения, атмосферных осадков, фотосинтеза и азотфиксации, за счет чего происходит обогащение минеральными и органическими веществами.

Когда к природным факторам обогащения водоемов присоединяются антропогенные происходит усиление темпов эвтрофирования.

Антропогенные факторы

К числу факторов антропогенного воздействия относят- гидротехническое строительство, связанное с зарегулированием или переброской стока, поверхностный сток с окультуренных площадей (с/х сток, дождевые воды городов). сток сточных вод (бытовых, промышленных, животноводческих и т.п.).

1. Гидротехническое строительство

В мире создано около 10Х103 водохранилищ. Строительство водохранилищ наряду с положительным влиянием на формирование качества воды, повышение рыбопродуктивности, усиления разбавления, уменьшения запаха, цветности и повышения прозрачности воды, явилось одной из причин их значительного эвтрофирования и проявления ряда отрицательных последствий, связанных со снижением по сравнению с рекой их самоочистительной способности.

Важный результат строительства - повышение уровня грунтовых вод, переформирование берегов и изменение климатических условий. Увеличение запасов биогенных и органических веществ в водохранилище, по сравнению с рекой, вызвано значительными поступлениями их из залитых грунтов, разложением растительности, попавшей в зону затопления, замедлением водообмена и течения, снижением степени кислородного насыщения и нарастания степени восстановленности, что ослабляет минерализацию и усиливает поступление веществ из донных отложений. Так в первые годы после строительства Волжской ГЭС увеличилось количество аммонийного азота в 10 раз, нитратного и фосфатного фосфора в 1.5-2 раза.

2. Сток биогенных и органических веществ из с/х угодий .

Вносимые под с/х культуры удобрения вымываются с поверхностным и внутрипочвенным стоком, а также за счет сброса коллекторных и дренажных вод в зонах орошаемого земледелия. В озерах, окруженных пашнею, интенсивно протекают процессы заиления и зарастания. Доля вынесенных в водоем из с/х угодий питательных веществ зависит от геологических условий региона, возделываемой культуры, типа почвы, системы агротехнических приемов и в первую очередь количества и вида внесенных удобрений. В максимальном количестве выносится азот, в минимальном - калий и фосфор.

7. Поступление биогенных и органических веществ из животноводческих комплексов.

Обогащение водоемов за счет поверхностного стока атмосферных осадков и обогащения внутрипочвенного стока.

8. Поверхностный сток городских территорий

Уже в конце 19 в. моечные воды признаны существенным фактором загрязнения водоемов в разных странах. Это объясняется тем, что они несут с собой пыль, листья, мусор, нефтепродукты, химикаты.

Например - дождевая вода в атмосфере содержит до 53 мг/л взвешенных веществ. При скатывании с крыш содержание взвешенных веществ повышается до 440 мг/л, а при стекании с улиц и площадей - до 40Х103 мг/л.

3. Сточные воды (канализация, промышленные предприятия).

Одной из основных причин эвтрофирования и загрязнения является сбрасывание сточных вод. Даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержится такое количество нитратов и фосфатов, которое вполне достаточно для роста и развития многих водорослей. Многолетний анализ сточных вод по годам свидетельствует, что содержание азота с 1959-1970 -6.6-14.7 г/сутки на одного жителя. Содержание фосфора (г/сутки) на одного жителя 2.2-11.2 с тенденцией повышения. Это объясняется увеличением потребления в быту детергентов, содержащих фосфор.

Соотношение доли в эвтрофировании водоемов каждого из перечисленных факторов изменяется по-разному в зависимости от географической зоны, степени интенсификации промышленности и с/х. Однако независимо от региона общим является односторонняя направленность потока биогенных и органических веществ в водоем, в результате чего происходит аккумуляция вещества и энергии и нарушение экологического равновесия со всеми вытекающими последствиями.

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРУГОВОРОТА ОРГАНИЧЕСКИХ И БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Увеличение биогенной нагрузки и перестройка потоков фосфора и азота влекут за собой существенные нарушения в функционировании экосистем, что нарушает круговорот органического вещества в биосфере. Техногенез, достигший к концу 20 века масштабов, соизмеримых с природными геохимическими процессами, существенно нарушает естественный круговорот веществ в биосфере. Основной причиной изменений круговоротов считают рост населения планеты и изменение технологий в с/х и промышленности. Проблема коренных изменений в структуре круговорота была поставлена как одна из главных в 70-е годы.

В настоящее время для биосферы в целом практически невозможно количественное определение собственно "природного" и "антропогенного" круговоротов. Естественные и антропогенные потоки тесно переплелись, изменилось функционирование природных экосистем, произошло значительное замещение естественных экосистем искусственно созданными. Происходят нарушения круговорота C, N, P. Сутью антропогенных изменений круговорота С и биогенных веществ в биосфере является нарушение обменных процессов - активное подключение к биологическим процессам неживого вещества литосферы .

Известно, что на протяжении существования и эволюции биосферы величины запасов и потоков вещества в различных ее частях неоднократно менялись. Однако в целом иерархичность биосферы не нарушалась, изменения происходили в рамках общего природного круговорота вещества на фоне эволюционных изменений.

Современные планетарные круговороты органического вещества и биогенных элементов представляют собой результат длительного антропогенного вмешательства в природный круговорот. Можно выделить несколько основных аспектов такого вмешательства.

1. В круговорот, протекающий в биосфере, включается вещество литосферы в количествах, соизмеримых с основными биологическими потоками.
2. Производится постепенная искусственная замена естественных экосистем антропогенными с соответствующими изменениями характеристик локальных круговоротов (замена лесных и степных агроэкосистемами).
3. Нарушается замкнутость круговоротов - биологический круговорот переводится в транзитную схему движения: литосфера - хозяйственная деятельность- гидросфера.
4. Нарушаются естественные геохимические барьеры, контролирующие миграцию элементов.

Выделено 6 этапов воздействия человека на круговорот вещества:

1. До 17 века - медленное развитие земледелия и животноводства, небольшое суммарное городское население, локальное изменение экосистем, вклад антропогенных потоков в биологический цикл не превышал 1%.
2. 18-19 в. - активизация сведения лесов и их замещение аграрными экосистемами, рост городского населения.
3. Нач. 20-ого века. Быстрая урбанизация, расширение использования запасов литосферы наряду с топливом и рудами. Начало применения литосферных запасов P,K,S, фиксация атмосферного N в промышленных масштабах.
4. Конец 40-х - 60-е годы - бурное развитие хозяйств. деятельности в развитых странах, демографический взрыв, дальнейшая урбанизация, химизация с/х и быта, постепенное ухудшение качества природных вод, воздуха, почв: к концу периода объем антропогенных потоков Р сравнялся с потоками природного происхождения.
5. Сер. 60-х-сер. 80-х годов - значительный рост всех антропогенных потоков, ухудшение экологической ситуации на планетарном уровне - быстрый рост эвтрофирования водоемов, накопление CO2 в атмосфере, вызывающее парниковый эффект, начало истончения озонового слоя, начало активного поиска путей исправления ситуации за счет законодательных мер как в отдельных государствах, так и на уровне межгосударственных проектов.
6. Сер.- конец 80-х годов - критические ситуации с качеством воды и воздуха в отдельных регионах: начало инструментальных регистраций глобальных изменений, переход к технологиям с максимальной замкнутостью, попытки разработки международных механизмов регулирования хозяйственной деятельности.

Основой деления на эти этапы стал анализ изменений, происходящих с качеством воды во внутренних водоемах, в частности в связи с процессом антропогенного эвтрофирования, что вызывает увеличение потоков биогенных веществ в водоем. Наиболее достоверны оценки изменения потоков фосфора: так, суммарная планетарная фосфорная нагрузка на воды суши в настоящее время увеличилась по сравнению с природной в 2.5 раза.

В дальнейшей эволюции биосферы последствия усиления круговорота, например углерода, через обогащение атмосферы диоксидом углерода и уменьшение запаса гумуса в почве может вести к противоречивым последствиям - к увеличению и изменению продуктивности наземной части биосферы при явном росте продуктивности гидросферы.

Важнейший фактор структурных изменений в циклах биогенных элементов - изменения показателей разомкнутости круговоротов. В естественной биосфере величина W для углерода -2х10-⁴, сейчас она возросла до 0.3. Полнота круговорота фосфора снизилась от 0.98 - 0.99 до 0.5 - 0.6 для отдельных территорий и до 0.91 - в целом.

Все изменения, связанные с поступлением органических и биогенных веществ в гидросферу создают условия для развития глобального процесса антропогенного эвтрофирования. Увеличение продуктивности водоемов отмечается практически во всех развитых странах, приводя к коренной перестройке водных экосистем .

ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ

Антропогенное эвтрофирование приводит к изменению химических характеристик водоемов Состояние современного планетарного круговорота углерода свидетельствует об обогащении гидросферы органическими веществом в процессе перераспределения углерода между наземными и водными экосистемами в ходе техногенеза, соизмеримого в настоящее время с естественными геохимическими процессами. С 1965 по 1985 гг антропогенная составляющая потока фосфора в водоемы с суши достигала 81% от общего элемента, а ежегодный прирост составил 3%.

Доля антропогенных веществ в стоке органического вещества намного ниже, чем в стоке биогенных элементов (не превышает 45% для крупных рек бывшего СССР). Поэтому в процессе обогащения поверхностных вод органическими веществами аллохтонная составляющая не играет доминирующей роли.

Перераспределение веществ из наземных экосистем в водные сводится к 3-м основным процессам: механическому перемещению; трансформации форм химических элементов и накоплению в водоемах. Продукционно - деструкционные процессы являются трансформацией форм углерода. По функциональной значимости названных процессов в перераспределении органического вещества водные объекты подразделяются на 2 типа:

1. Незарегулированные водотоки (реки), где доминирует миграционная функция. Здесь значим процесс трансформации веществ, но продукция и накопление органического вещества незначительна.
2. Водоемы замедленного водообмена (озера), где преобладают процессы накопления и трансформации, включая продукционно - деструкционные; миграционное перемещение играет меньшую роль, имея значимость в локальном масштабе.

Особенности изменения химических характеристик водоемов замедленного водообмена в процессе антропогенного (эвтрофирования) перераспределения органического вещества можно в общем виде сформулировать следующим образом :

1. Увеличение содержания биогенных элементов в воде и донных отложениях.
2. Увеличение органического вещества. Однако эта связь не всегда очевидна из-за маскирующей роли аллохтонных органических соединений, высокой вариабельности деструкции и утилизации синтезированного органического вещества, а также величинами обменных процессов на границе вода-дно.
3. Для стратифицированных водоемов характерно увеличение контрастности химического состава воды между эпилимнионом и гиполимнионом.
4. Создание дефицита кислорода в период стагнации.
5. Возникновение в придонной зоне восстановительных условий. Усиление процессов анаэробного обмена. Накопление сероводорода и метана. Наиболее значительными становятся сульфатредукция и метаногенез.
6. При зарегулировании стока происходит увеличение фосфора органического и NH₄-N в 2 раза. (По эффективности усвоения NH₄-N превышает NO₃-N в 10 раз).

Антропогенная трансформация водных экосистем

В основе типизации водоемов по уровню их трофии лежит первичная продукция и содержание хлорофилла "а" в воде. В олиготрофных водоемах P/R <1, т.е. наблюдается отрицательный биотический баланс, в мезотрофных и эвтрофных P/R 1. В водохранилищах с неустоявшимся режимом P/R>1.

В водоеме, не подверженному сильному антропогенному воздействию, в разные годы может наблюдаться как положительный так и отрицательный баланс, т.е. водоемы находятся в состоянии подвижного равновесия и в норме отклонение от равновесного состояния в среднем не превышает 30-40%.

При эвтрофировании происходит резкое увеличение биомассы и первичной продукции фитопланктона, появляются в массе сине-зеленые водоросли, вызывающие "цветение" воды, происходят структурные изменения в сообществах. Крупные формы с длительными циклами замещаются на мелкие короткоцикловые, среди рыб доминируют преимущественно планктофаги, в зоопланктоне преобладают коловратки и ветвистоусые ракообразные, уменьшается видовое разнообразие. Увеличивается доминирование какой-то группы животных и растений на разных трофических уровнях. Изменение разнообразия в сторону упрощения сообществ гидробионтов. Развитие видов, лучше адаптированных к изменяющимся условиям. Возрастание амплитуды флуктуации популяций .

ПОСЛЕДСТВИЯ ЭВТРОФИРОВАНИЯ

К числу наиболее наглядных проявлений последствий эвтрофирования относится "цветение" воды. В пресных водах оно обусловлено массовым развитием сине-зеленых водорослей, в морских - динофлагеллятами. Продолжительность цветения воды колеблется от нескольких дней до 2-х месяцев. Периодическая смена максимумов численности отдельных массовых видов планктонных водорослей в водоемах представляет закономерное явление, обусловленное сезонными колебаниями температуры, освещенности, содержания биогенных элементов, а также генетически детерминированными внутриклеточными процессами. Среди водорослей, образующих многочисленные популяции до масштабов "цветения" воды наибольшую роль по темпам размножения, образуемой биомассе и экологическим последствиям играют сине-зеленые из родов Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Oscillatoria. Научное изучение этого явления началось в 19 веке, а рациональное объяснение и анализ механизмов массового размножения сине - зеленых были даны только в сер. 20 века в США лимнологической школой Дж. Хатчинсона. Аналогичные исследования проводились в ИБВВ РАН (Борок) Гусевой К.А. и в 60-70-е годы коллективом Института гидробиологии (Украина), в конце 70-х - Институтом Великих озер (США).

Водоросли, вызывающие "цветение" воды, принадлежат к числу видов, способных к предельному насыщению своих биотопов. В водохранилищах Днепра, Волги и Дона в основном доминируют Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii, M. holsatica, Oscillatoria agardhii, Aphanizomenoen flos-aquae , виды рода Anabaena .

Установлено, что исходный биофонд Microcystis зимой находится в поверхностном слое иловых отложений. Microcystis зимует в виде ослизненных колоний, внутри которых скопления мертвых клеток покрывают единственную живую. По мере повышения температуры центральная клетка начинает делиться, причем на первом этапе источником пищи являются мертвые клетки. После распада колоний клетки начинают утилизировать органические и биогенные вещества ила.

Aphanizomenon и Anabaena зимуют в виде спор, пробуждающихся к активной жизни при повышении температуры до +6 С⁰. Другим источником биофонда сине - зеленых водорослей является их скопления, выброшенные на берега и зимующие в слое сухих корок. Весной они отмокают и начинается новый цикл вегетации.

Первоначально водоросли питаются осмотически и биомасса накапливается медленно, затем всплывают и начинают активно фотосинтезировать. За короткий срок водоросли могут захватывать всю толщу воды и формируют сплошной ковер.

В мае обычно доминируют Anabaena , в июне - Aphanizomenon , с конца июня -июль-август - Microcystis и Aphanizomenon .

Механизм взрывного характера размножения водорослей был раскрыт работами Института Великих озер (США). Учитывая колоссальный потенциал размножения сине - зеленых водорослей (до 10²⁰ потомков одной клетки за сезон), можно отчетливо представить масштабы, которые принимает этот процесс. Поэтому фактором первичного эвтрофирования водохранилищ является обеспеченность их фосфором за счет залития плодородных пойменных земель и разложения растительности. Фактором вторичного эвтрофирования - процесс заиления, поскольку илы - идеальный субстрат для водорослей.

После интенсивного размножения под действием стягивающих электростатических сил начинается формирование колоний, стягивание колоний в агрегаты и слияние их в пленки. Образуются "поля" и "пятна цветения", мигрирующие по акватории под воздействием течений и сгоняемые к берегам, где образуются разлагающиеся скопления с огромной биомассой `- до сотен кг/м³.

Разложение сопровождается рядом опасных явлений: дефицитом кислорода, выделением токсинов, бактериальным загрязнением, образованием ароматических веществ. В этот период могут возникать помехи в водоснабжении вследствие забивания фильтров на водопроводных станциях, становится невозможной рекреация, возникают заморы рыб. Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей, аллергенна, токсична и непригодна для питьевых целей.

Она может вызывать свыше 60 заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта, подозревается, хотя и не доказана, ее онкогенность. Воздействие метаболитов и токсинов сине - зеленых вызывает у рыб и теплокровных животных "гаффскую болезнь", механизм действия которой сводится к возникновению B₁ авитоминоза.

При массовом отмирании сине - зеленых происходит быстрый распад и лизис колоний, особенно в ночные часы. Предполагается, что причиной массового отмирания может быть массовое отравление собственными токсинами, а толчком - симбиотические вирусы, которые не способны разрушать клетки, но способные ослабить их жизнедеятельность.

Нагонные разрушающиеся массы сине-зеленых водорослей приобретают неприятную желто-бурую окраску и в виде дурно пахнущих скоплений разносятся по акватории, постепенно разрушаясь к осени. Весь этот комплекс явлений получил название "биологического самозагрязнения ". Незначительное количество ослизненных колоний оседает на дно и перезимовывает. Этот резерв вполне достаточен для воспроизводства новых генераций.

Сине-зеленые водоросли - это древнейшая группа организмов, обнаруживаемая даже в архейских отложениях. Современные условия и антропогенная нагрузка лишь вскрыли их потенции и дали им новый импульс для развития.

Сине-зеленые подщелачивают воду и создают благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей кишечных заболеваний, в том числе холерного вибриона. Отмирая и переходя в состояние фитодетрита, водоросли влияют на кислород глубинных слоев воды. Сине-зеленые в период цветения сильно поглощают коротковолновую часть видимого света, разогреваются и являются источником ультракороткого излучения, что может влиять на термический режим водоема. Уменьшается величина поверхностного натяжения, что может вызывать отмирание гидробионтов, обитающих в поверхностной пленке. Образование поверхностной пленки, экранизирующей проникновение в толщу воды солнечной радиации, вызывает световое голодание у других водорослей, замедляет их развитие.

Например, суммарная биомасса сине - зеленых водорослей, продуцирующих за период вегетации в водохранилищах Днепра, достигает величин порядка 10⁶ т (в сухой массе). Это соответствует массе тучи саранчи, которую В.И. Вернадский назвал "горной породой в движении" и сравнивал с массой меди, свинца и цинка, добытых в течение 19 века во всем мире.

Последствия эвтрофирования для фитопланктона

Антропогенное эвтрофирование приводит к изменению характера сезонной динамики фитопланктона. По мере увеличения трофии водоемов увеличивается число пиков в сезонной динамике его биомассы. В структуре сообществ роль диатомовых и золотистых водорослей снижается, а увеличивается - сине - зеленых и динофитовых. Динофлагелляты характерны для стратифицированных глубоководных озер. Также увеличивается роль хлорококковых зеленых и эвгленовых водорослей.

Последствия эвтрофирования для зоопланктона.

Преобладание видов с коротким жизненным циклом (ветвистоусых рачков и коловраток), преобладание мелких форм. Высокая продукция, небольшая доля хищников. Упрощается сезонная структура сообществ - одновершинная кривая с максимумом летом. Меньшее число доминирующих видов.

Последствия эвтрофирования для фитобентоса.

Усиленное развитие нитчатых водорослей. Исчезновение харовых водорослей, которые не выносят высокие концентрации биогенов, особенно фосфора. Характерный признак - расширение площадей зарастания тростника обыкновенного, рогоза широколистного и манника, рдеста гребенчатого.

Последствия эвтрофирования для зообентоса.

Нарушение кислородного режима в придонных слоях приводит к изменению в составе зообентоса. Важнейшим признаком эвтрофирования является снижение личинок поденок гексании в оз. Эри - важный кормовой объект лососевых рыб в озере. Менее чувствительные к дефициту кислорода личинки некоторых двукрылых насекомых приобретают все большее значение. Возрастает плотность популяций малощетинковых червей. Бентос становится беднее и однообразнее. В составе преобладают организмы, приспособленные к пониженному содержанию кислорода. На поздних этапах эвтрофирования в глубинной области водоемов остаются немногие организмы, приспособленные к условиям анаэробного обмена.

Последствия эвтрофирования для ихтиофауны.

Эвтрофирование водоемов оказывает влияние на рыбное население в 2-х основных формах:

• прямое влияние на рыб

прямое влияние относительно редко. Оно проявляется как единичная или массовая гибель икры и молоди рыб в береговой зоне и происходит при поступлении стоков, содержащих летальные концентрации минеральных и органических соединений. Такое явление обычно носит локальный характер и не охватывает водоем в целом.

• опосредованное влияние, проявляющееся через разнообразные изменения водных экосистем

опосредованное влияние наиболее распространено. При эвтрофировании может возникать зона с пониженным содержанием кислорода и даже заморная зона. В этом случае сокращается сфера обитания рыб, уменьшается доступная для них кормовая база. Цветение воды создает неблагоприятный гидрохимический режим. Смена растительных ассоциаций в прибрежье, нередко сопровождающаяся усилением процессов заболачивания, приводит к сокращению площадей нерестилищ и мест нагула личинок и молоди рыб.

Изменения в ихтиофауне водоемов под влиянием эвтрофирования проявляется в следующих формах:

Снижение численности, затем исчезновение наиболее требовательных к качеству воды видов рыб (стенобионтов).

Изменение рыбопродуктивности водоема или отдельных его зон.

Переход водоема их одного рыбохозяйственного типа в другой по схеме:

лососево-сиговый → лещево-судачий → лещево-плотвичный → плотвично-окуневый-карасевый.

Это схема аналогична преобразованию озерных ихтиоценозов в ходе исторического развития водных экосистем. Однако под влиянием антропогенного эвтрофирования она совершается в течение нескольких десятилетий. В результате сначала исчезают сиговые рыбы (а в редких случаях лососи). Вместо них ведущими становятся карповые (лещ, плотва, и др.) и в меньшей степени окуневые (судак, окунь). Причем из карповых лещ постепенно вытесняется плотвой, из окуневых господствует окунь. В предельных случаях водоемы переходят в заморное состояние и населяется преимущественно карасем.

На рыбах подтверждаются общие закономерности в изменении в структуре сообществ - длинноцикловые виды замещаются короткоцикловыми. Отмечается рост рыбопродуктивности. Однако при этом ценные сиговые виды замещаются видами, обладающими невысокими товарными качествами. Сначала крупночастиковые - лещ, судак, затем мелкочастиковые - плотва, окунь.

Часто последствия для рыбного населения носят необратимый характер. При возвращении уровня трофии к исходному состоянию исчезнувшие виды появляются далеко не всегда. Их восстановление возможно лишь при наличии доступных путей расселения из соседних водоемов. Для ценных видов (сиг, ряпушка, судак) вероятность такого расселения невелика.

ПОСЛЕДСТВИЯ ЭВТРОФИРОВАНИЯ ВОДОЕМОВ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА

Основным потребителем воды является человек. Как известно, при избыточной концентрации водорослей происходит ухудшение качества воды.

Особое внимание заслуживают токсические метаболиты, в частности сине-зеленых водорослей. Альготоксины проявляют значительную биологическую активность по отношению к различным гидробионтам и теплокровным животным. Альготоксины относятся к высокотоксичным соединениям. Токсин сине - зеленых действует на центральную нервную систему животных, что приявляется в возникновении параличей задних конечностей, десинхронизации ритма центральной нервной системы. При хронических отравлениях токсин угнетает окислительно-восстановительные ферментативные системы, холинэстеразу, повышает активность альдолазы, в результате чего нарушается углеродный и белковый обмен, а во внутренних средах организма накапливаются недоокисленные продукты углеводного обмена. Уменьшение количества эритроцитов, угнетение тканевого дыхания вызывает гипоксию смешанного типа. В результате глубокого вмешательства в обменные процессы и тканевое дыхание теплокровных животных токсин сине - зеленых имеет широкий спектр биологического действия и может быть отнесен к числу протоплазматических ядов высокой биологической активности. Все это свидетельствует о недопустимости использования в питьевых целях воды из мест скопления водорослей и водоемов, подверженных сильному цветению, поскольку токсическое вещество водорослей не обезвреживается системами обычной водоочистки и может попадать в водопроводную сеть как в растворенном виде, так и вместе с отдельными клетками водорослей, не задерживаемыми фильтрами.

Загрязнение и ухудшение качества воды может отражаться на здоровье человека через ряд трофических звеньев. Так загрязнение воды ртутью явилось причиной ее накопления в рыбе. Употребление в пищу такой рыбы вызвало в Японии весьма опасное заболевание - болезнь Минимата, в результате которой отмечены многочисленные смертельные случаи, а также рождение слепых, глухих и парализованных детей.

Установлена связь между возникновением детской метгемоглобинемии и содержанием нитратов в воде, в результате чего более чем в 2 раза повысилась смертность маленьких девочек, родившихся в те месяцы, когда уровень нитратов был высоким. Отмечено высокое содержание нитратов в кукурузном поясе США в колодцах. Часто подземные воды не пригодны для питья. Возникновение менингоэнцефалита у подростков связывают после продолжительного купания в пруду или в реке в теплый летний день. Предполагается связь между заболеванием асептическим менингитом , энцефалитом и купанием в водоемах, что связано с усилением вирусного загрязнения воды.

Широкую известность приобрели инфекционные заболевания за счет микроскопических грибов, попадающих из воды в раны, вызывающие у человека сильное поражение кожи.

Контакт с водорослями, употребление воды из водоемов, подверженных цветению или рыбы, питающейся токсическими водорослями, вызывает "гаффскую болезнь ", коньюктивиты и аллергии .

Часто в последние годы вспышки холеры приурочивают к периоду " цветения".

Массовое развитие водорослей в водоеме наряду с помехами водоснабжении и ухудшении качества воды значительно затрудняет рекреационное использование водного источника, а также является причиной помех в техническом водоснабжении. На стенках трубок водоводов и систем охлаждения усиливается развитие биообрастаний. При подщелачивании среды в следствие развития водорослей происходит образование твердых карбонатных отложений, а из-за оседания частиц и водорослей снижается теплопроводность трубок теплообменных устройств.

Таким образом, избыточное накопление водорослей в период интенсивного " цветения" воды является причиной биологического загрязнения водоемов и значительного ухудшения качества природных вод.

Процесс размножения водорослей необходимо регулировать и поддерживать на оптимальном уровне, пока доминирует их положительная функция в процессах самоочищения. Необходимо очищение воды через фильтры и хлорирование. Хлорирование удаляет 1/4 часть водорослей. Эффективно коагулирование и озонирование, если в фитопланктоне доминируют диатомовые водоросли.

← Вернуться