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:

1. Уничтожение плантаций водорослей, что в свою очередь, понизит показатель растворенного кислорода в воде.
2. 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.

Многим из нас приходилось наблюдать картину, когда некогда красивый пруд, ставок или озеро превращается в зеленую некрасивую муть. Что же происходит с этими водоемами и что им может помочь сохранить свою экосистему?

То, что губит водную среду

По-научному данное вредное явление называется эвтрофикация. Это слово буквально означает «обильное питание», то есть водоем наполняется азотом и фосфором, что, в свою очередь, провоцирует «цветение» воды и ухудшает ее качество. Такой избыток этих также способствует чрезмерному появлению анаэробных микроорганизмов. Все это ведет к уменьшению кислорода в воде, из-за чего начинается массовая гибель рыбы. Также из-за разросшихся водорослей остальные растения водоемов не получают достаточного количества солнца, вследствие чего истощается флора.

Причины загрязнения

Нередко эвтрофикация - это всего лишь естественный процесс старения озера. На протяжении сотен лет на дно постоянно оседает ил, от чего чаша перестает быть глубоководной. Поэтому некогда чистый пруд превращается в застоявшиеся мутные воды, непригодные для обитания рыб. Также есть такое понятие, как комбинированная эвтрофикация. В этом случае ходу «запустения» способствуют многие факторы, такие как опавшие листья, поваленные деревья, мусор прохожих и туристов. Но это не единственные источники загрязнения водоемов. Многие воды страдают исключительно из-за деятельности людей. Эти застоявшиеся процессы природа «растягивала» на тысячи лет, но люди смогли их ускорить и испортить всего за несколько десятилетий. Виной тому являются обильные выбросы аммиака и

Последствия

Причины эвтрофикации водоемов, о которых упоминалось, ведут к тому, что в водной среде начинают интенсивно появляться биогены. Они способствуют возникновению следующих процесов:

1. Живые организмы в воде начинают отмирать и падать на дно. Из-за ощутимого разложения на глубине практически исчезает кислород. Из-за этого остальная часть рыбы также гибнет, что запускает новую цепочку, она разлагается, кислород исчезает и усиливается эвтрофикация. Это, в свою очередь, запускает почти
2. Вода становится темной из-за появления огромного числа планктона. По этой причине свет не способен пробиться до дна, вследствие чего на глубине исчезают полезные растения водоемов. Без подводной флоры не может образовываться кислород.
3. В летний период из-за биогенов ситуация усложняется, поскольку холодные воды, протекающие на дне, и горячие сверху не могут смешаться, поэтому эвтрофикация водоемов усиливается.
4. С наступлением вечера большое количество планктона начинает поглощать остатки кислорода, к утру истощая водоем, рыба остается без воздуха. Это влечет ее гибель.
5. Если водоем служил источником воды для населения, со временем он может стать непригодным. Такое случается из-за того, что анаэробные процессы способствуют появлению в воде ядовитых элементов, таких как метан и сероводород.

Признаки загрязнения

Эвтрофикация водоемов определяется по внешним характеристикам. Жидкость источает характерный «тяжелый» аромат, а на ее поверхности появляется налет. Также можно заметить обильное появление тины, «островки» водорослей с ряской. Эта зелень окрашивает воду в соответствующий оттенок. На дне появляется густая, вязкая и неприятная масса из органических отложений. Если оставить этот процесс на самотек, пруд вскоре измельчает и станет болотом.

Морская среда и азот

К сожалению, некоторые моря также подвержены губительному воздействию. В основном в эти воды азот попадает из близлежащих земель, на которых он оседает. смывают с почвы этот элемент и уносят в море. В этих местностях обычно преобладает теплый климат, а это провоцирует скорейшее разложение органических продуктов.

Способность к восстановлению

Известно, что эвтрофикация - это не безвозвратный процесс. Он способен остановиться, и постепенно водоем восстанавливает свою изначальную экосистему. Это касается не только тех случаев, когда процесс запустения еще в самом начале. Даже при длительном «заражении» водоемы способны самостоятельно «излечиться». Но для этого есть важное условие. Экосистема возобновляется, если утечка азота устраняется или максимально снижается. Бывали случаи восстановления, когда водоем очень долго напитывался азотом. При удалении этого источника в почве все равно оставалось большое количество накопленного вещества. Но растительность служила словно непроницаемым ковром, который не давал пагубно влиять на водную экосистему. Озеро действительно восстанавливалось. К сожалению вблизи рек и водоемов начиналась или разработка карьеров, и этот «защитный» слой, который защищал жидкость от азота, нарушался, и процесс эвтрофикации возобновлялся.

Как очистить водоемы?

Если пруд, ставок или озеро имеет небольшие размеры, в него можно установить специальный фильтр. Интересно то, что в прошлые годы люди высыпали на загрязненное дно древесный уголь, который является своеобразным фильтром. Такой метод отчасти был успешным. Также создан биологический способ. В этом случае в воду добавляются специальные микроорганизмы, которые «поедают» лишний азот и фосфор. Но для этого метода стоит провести лабораторный анализ воды, чтобы точно знать, какие бактерии окажутся полезными. Третий вариант - это воспользоваться химией, которая позволяет привести в норму кислотно-щелочной баланс. И последний, самый дорогостоящий способ - это установить прибор, который наполняет водное пространство ультрафиолетовыми лучами. Они способствуют тому, что вредные микроорганизмы теряют способность к делению и постепенно вымирают.

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация - нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна, может быть результатом как естественного старения водоема Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей. 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 редко 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.

5 .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 водоемов.

· На загрязнение могут указывать такие признаки, как мёртвая рыба, но есть и более сложные методы его обнаружения.

· Загрязнение пресной воды измеряется в показателях биохимической потребности в кислороде (БПК) - т. е. сколько кислорода поглощает загрязнитель из воды. Этот показатель позволяет оценить степень кислородного голодания водных организмов. В то время как норма БПК для рек Европы равна 5 мг/л, в неочищенных бытовых стоках этот показатель достигает 350 мг/л.

· Сложившаяся в последние 20 лет ситуация вызывает тревогу, так как значительная часть водоёмов покрылась зеленью и стала токсичной ввиду их загрязнения. Пресная вода превращается в рассадник потенциально опасных видов бактерий, простейших и грибов. Такие бактерии, как сальмонелла и листерия, а также простейшие - например, криптоспоридия - не менее опасны для здоровья человека, чем холера в Европе в XIX веке.

· Водоросли на поверхности воды действуют как густой лесной полог, не пропуская солнечный свет. Это губительно сказывается на производящих кислород водорослях, от которых зависит жизнь водных беспозвоночных и позвоночных. К тому же определённые виды сине-зелёных водорослей выделяют ядовитые вещества, поражающие рыб и другие водные организмы. В результате многие виды отдыха на воде в летние месяцы запрещены в связи с разрастанием и токсичностью водорослей. Причиной цветения последних в озёрах и водоёмах может также быть вырубка лесов и удобрение лесной почвы - в обоих случаях в воду попадают питательные вещества.

· Кислотные дожди вызвали ряд крупных экологических катастроф в Канаде, США и Северо-Западной Европе. Вода в 16000 из 85 000 озёр Швеции окислилась, а в 5000 из них полностью исчезла рыба. Начиная с 1976 г., в воду 4000 озёр добавляют известь для нейтрализации кислоты и восстановления химического баланса. К этим же мерам прибегают Шотландия и Норвегия, где по аналогичной причине рыбные запасы сократились на 40%. На востоке США ежегодный ущерб в связи с потерей форели, вызванной окислением водоёмов спортивного рыболовства, составляет 1 млрд. долларов. Однако за известкование озёр расплачиваются прибрежные сообщества. Так, избыток кальция привёл к гибели 90% растущего поблизости торфяного мха, кукушкиного льна и ягеля. Значительная часть кислотных дождей приходит в Скандинавию с запада, где промышленность Англии производит около 3,7 млн. т сернистого газа в год.

· Как правило, загрязнение водоёмов приводит к гибели живой природы, в первую очередь рыб. Но возможна быстрая повторная колонизация и восстановление популяций, особенно с помощью человека. Некоторые беспозвоночные переселяются на поражённые участки из находящихся выше по течению мест; другие перелетают сюда за считанные часы. Одни организмы (такие как речные блюдечки, чьи жабры забиваются илом) чувствительны к нарушению экологического баланса, а другим видам (включая подёнок) нипочём довольно высокие уровни загрязнения. Трубчатые черви поглощают бактерии и личинок разных видов звонцов, а пиявки (среди них Helobdella stagnalis) легко переносят эвтрофикацию и низкое содержание кислорода.

Вопрос 6 охрана рек

Водоохранная зона представляет собой территорию, примыкающую к акваториям рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водных объектов, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной или иных видов деятельности. В пределах ее выделяется прибрежная защитная полоса с более строгим охранительным режимом, на которой вводятся дополнительные ограничения природопользования. Установление водоохранных зон направлено на обеспечение предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира водоемов.

Минимальная ширина водоохранных зон для озер и водохранилищ принимается при площади акватории до 2 кв. км - 300 м, от 2 кв. км и более - 500 м.

Положением в пределах водоохранных зон запрещено:

· - проведение авиационно - химических работ;

· - применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками;

· - использование навозных стоков для удобрения почв;

· - размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче - смазочных материалов; площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами, животноводческих комплексов и ферм, мест складирования и захоронения промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, кладбищ и скотомогильников, накопителей сточных вод;

· - складирование навоза и мусора;

· - заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей и других машин и механизмов;

· - размещение дачных и садово - огородных участков при ширине водоохранной зоны менее 100 м и крутизне склонов прилегающих территорий более 3 градусов;

· - размещение стоянок транспортных средств, в том числе на территориях дачных и садово - огородных участков;

· - проведение рубок главного пользования;

Минимальная ширина прибрежных защитных полос устанавливается в зависимости от видов угодий и крутизны склонов территорий, прилегающих к водному объекту, и колеблется от 15 до 100 м.

В пределах прибрежных защитных полос дополнительно к указанным ограничениям запрещаются:

Распашка земель;

Применение удобрений;

Складирование отвалов размываемых грунтов;

Выпас и организация летних лагерей скота (кроме использования традиционных мест водопоя),

Установка сезонных стационарных палаточных городков, размещение дачных и садово - огородных участков и выделение участков под индивидуальное строительство;

Движение автомобилей и тракторов, кроме автомобилей специального назначе

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ И ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

В реках и других водоемах происходит естественный процесс са­моочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Освобождение сточных вод от загрязнения- сложной производство.

В нем, как и в любом другом производстве, имеются сы­рье - сточные воды и готовая продукция - очищенная вода.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биологические. При их совместном приме­нении метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Использование того или иного метода в каж­дом конкретном случае определяется характером загрязнения и сте­пенью вредоносности примесей. ;

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются ме­ханические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками и ситами различных кон­струкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, мас­ло- и смолоуловителями и др. Механическая очистка позволяет вы­делять из бытовых сточных вод до "/з нерастворимых примесей, а из промышленных - более 9/10.

При физико-химическом методе обработки из сточ­ных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорга­нические примеси и разрушаются органические неокисляемые и плохо окисляемые вещества.

Широкое применение находит электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электроли­тическая очистка сточных вод осуществляется в особых сооруже­ниях - электролизерах. Она эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других отраслях про­мышленности. Химической очисткой достигается уменьшение со­держания нерастворимых примесей до 95 %, растворимых - до 25 %.

К физико-химическим методам относят флотацию, экстракцию, адсорбцию, ионный обмен, окисление, эвапорацию и др.

Флотация дает возможность ускорить осветление промышлен­ных сточных вод и удалить из них как взвешенные вещества, так и нефть, нефтепродукты, жиры и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Сущность этого процесса состоит в насыщении стоков воз­духом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, вместе с ними всплывающие на поверхность.

Экстракцией сточные воды освобождаются от органических ве­ществ, которые концентрируются в растворителях (четыреххло­ристый углерод, хлороформ, дибутиловый эфир, бутилизобутилацетат, бензол, хлорбензол, нитробензол и др.).

Адсорбцию применяют при невысоком содержании органичес­ких веществ в сточных водах. В качестве адсорбента используют ак­тивированный уголь и органические, синтетические сорбенты.

Ионообменные способы очистки промышленных сточных вод по­зволяют извлекать и вновь возвращать ценные вещества: цинк, ни­кель, фенолы, детергенты, радиоактивные соединения и др. Для этих целей применяют синтетические ионообменные смолы. При ионо­обменном методе легкие ионы водорода или ионы щелочных метал­лов замещаются на ионы цветных и тяжелых металлов. Он ценен тем, что удаляемое вещество концентрируется, а не разрушается.

Окисление - один из перспективных методов очистки сточных вод. Используют озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислять остаточные раство­ренные в воде, устойчивые к биологическому разрушению орга­нические вещества.

При эвапорации сточную воду нагревают до кипения. Насы­щенный водяной пар извлекает из сточных вод примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задер­живаются.

В случае необходимости применяют доочистку сточных вод, прошедших механическую и биологическую очистку. Поэтому ее считают третьей ступенью очистки. К наиболее распространенным методам доочистки сточных вод относятся фильтрование через пес­чаные фильтры и длительное выдерживание сточных вод в прудах-накопителях.

Следует оберегать от истребления заросли камыша, так как наря­ду с бактериями и водорослями они выполняют роль живых фильт­ров, поглощающих многие загрязняющие вещества, уничтожают своими выделениями болезнетворные бактерии. Густые заросли тростника на площади 1 га поглощают из воды и почвы и аккумули­руют в своих тканях до 5-6 т различных солей, оздоровляя реки и водоемы.

Хорошо очищает сточные воды почва оросительных систем; по­вторное использование очищенных стоков позволяет снизить по­требность в чистой воде, сократив количество сбрасываемых в кана­лизацию сточных вод. Общая площадь оросительных систем в стра­не, использующих сточные воды, 230 тыс. га. Это дает возможность предохранить загрязнение 10 км 3 воды в гол.

В условиях полупустынь сточные воды утилизируют на полях фильтрации, что в безводных районах, где поливная вода особенно ценится, нельзя считать рациональным, так как по ряду ирригаци­онных показателей стоки пригодны для орошения древесных на­саждений различных категорий. Кроме того. концентрация сточ­ных вод в больших объемах значительно ухудшает состояние терри­тории, прилегающей к полям фильтрации. Целесообразно поэтому выращивание древесных насаждений взамен создания полей филь­трации. В этом случае в результате транспирации происходят иде­альная очистка промышленных стоков, увлажнение воздушного бассейна и в целом улучшение микроклимата и санитарного состоя­ния городов.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ульт­развука. озона и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Большую роль должен сыграть биологический метод очистки сточных вод, основанный на использовании закономер­ностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Имеется несколько типов биологических уст­ройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупно­зернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биохими­ческого окисления. Именно они служат действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод участвуют все орга­низмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Очищаю­щее начало здесь - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются, чему спо­собствуют органические вещества сточных вод и избыток кислоро­да, поступающего в аэротенки с потоком подаваемого воздуха. Бак­терии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические соединения. Ил с хлопьями быстро оседает, от­деляясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают ме­ханической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий - химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-хи­мические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и т.д.).

Биологический метод дает хорошие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Его применяют также и для очистки отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

В комплексе задач охраны вод от загрязнения важное значение имеет их санитарно-гигиеническое состояние. Вода, которая ис­пользуется для питья, должна быть безвредна. Поэтому биоло­гическое, химическое и бактериологическое состояние источников водоснабжения находится под постоянным надзором.

Источники загрязнения водоемов, как уже отмечалось, - в ос­новном промышленные и частично бытовые сточные воды. Масш­табы поступления сточных вод в водоемы возрастают.

качества стока на ряде рек.

Оборотное водоснабжение - это существенный резерв экономии воды и сохранения водоемов в чистоте. Но его сле­дует проводить при одновременном совершенствовании техноло­гических процессов производства, способствующих сокращению вредных стоков.

Спускают сточные воды в водоемы с учетом санитарно-технических требований к качеству воды, регламентированных Прави­лами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. В соответствии с этими Правилами предельно допустимой концен­трацией (ПДК) примесей в воде считается такая, при которой пол­ностью исключается вредное действие ее на организм человека, не изменяются запах, вкус и цвет воды. Эти требования различны в за­висимости от вида водопользования. Предельно допустимые кон­центрации вредных веществ для водоемов питьевого назначения во много раз меньше, чем для водоемов, предназначенных для купа­ния, отдыха и промышленных целей.

Особое внимание уделяется источникам питьевого водоснаб­жения. Действующий в РБ государственный стандарт обес­печивает высокое качество питьевой воды. Она должна полностью отвечать нормам ПДК, не содержать болезнетворных организмов, пленок, минеральных масел. Питьевую воду обязательно следует очищать на водопроводных станциях.

Контроль за охраной водных ресурсов от загрязнения осу­ществляют несколько государственных органов. Они ведут государственный межведомственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов от загрязнения и ис­тощения. Взяты на учет основные промышленные, сельскохозяй­ственные и коммунальные предприятия, сбрасывающие в водоемы десятки миллионов кубических метров отработанных сточных вод в сутки. На контролируемых объектах систематически проверяется выполнение водоохранных мероприятий, анализируется состав сточных вод и разрабатываются мероприятия для улучшения рабо­ты действующих очистных сооружений.

Органы санитарно-эпидемиологической службы осуществляют контроль за сохранением чистоты вод, используемых в качестве источников питьевого водоснабжения, и водоемов, служащих объектами куль­турно-бытового пользования.

В комплексной охране водных ресурсов важное значение придается экономии чистой воды. В этих целях сокращают нормы по­требления ее на технологические процессы, внедряют оборотное водоснабжение, ведут борьбу с утечкой, водяное охлаждение заме­няют воздушным и т.д. Большое внимание обращают на сбереже­ние растительности, водоохранное значение которой велико.

Вода - один из факторов урожая. В условиях орошаемого земле­делия необходимо направить все средства на ее экономию, сохра­нять в чистоте реки и водоемы. Следует добиваться повышения ко­эффициента полезного действия оросительных систем, вести борь­бу с фильтрацией и другими потерями влаги. Важные резервы эко­номии оросительной воды - дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных культур, снижение расхода воды на единицу растительной массы, механизация поливов.

Для сбережения воды на неорошаемых землях особо важное зна­чение имеет высокая агротехника. Зяблевая обработка почвы и агролесомелиоративные меры способствуют накоплению влаги. Эту особенность водохозяйственного баланса неорошаемых земель при планировании использования и охраны водных ресурсов, к сожале­нию, часто не учитывают. Между тем повышение продуктивности богарного земледелия связано с увеличением расхода воды и с уменьшением речного стока поверхностного происхождения.

С каждым годом расширяются площади оросительных систем, использующих сточные воды (ОСВ), - специализированные ме­лиоративные системы для приема предварительно очищенных сточных вод в целях использования их для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки в естественных условиях.

Влияние сточных вод на природные комплексы изучено недо­статочно. Основная цель проводимых исследований - установле­ние воздействия этих стоков на почвенный покров, природные воды, атмосферу, изменение качества сельскохозяйственной про­дукции, здоровье людей и животных.

Большинство исследователей считают, что решающий фактор, исключающий или ослабляющий отрицательное влияние сточных вод на окружающую среду, - режим орошения. Обеспечение мак­симальной эффективности земледельческих полей орошения (ЗПО) как водоохранного и мелиоративного мероприятия (наличие оросительной сети, дренажа, буферных площадок, лесных насажде­ний и т.д.) во многом зависит от культуры их эксплуатации и степе­ни благоустройства.

В условиях крайне ограниченных водных ресурсов аридной зоны использование хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ) городов для полевого кормопроизводства на легких почвах ЗПО позволяет одновременно решать комплекс актуальных задач: развитие кормо­вой базы пригородного животноводства, санитарно-гигиенический и экологический аспекты, рациональное использование воды.

При определенных условиях применение высоких оросительных норм сточных вод сопровождается образованием под ЗПО оп­ресненного «бугра растекания» грунтовых вод и может вызвать вто­ричное засоление почв. Поэтому необходимость строительства дре­нажной системы определяется конкретной гидрогеологической об­становкой (глубина верховодки, сложение водовмещаюших пород, условия оттока грунтовых вод и т.д.). Дренажные воды направляют для повторного использования на ЗПО.

Отдельные категории сточных вод, отличающиеся сложностью химического состава, присутствием ряда токсичных веществ, не ис­пользуют для орошения сельскохозяйственных культур. Так, хими­чески загрязненные сточные воды Волжского химкомбината после прохождения систем механической и биологической очистки на­правляют на естественное испарение, что потребовало отведения под испаритель около 5000 га ценных сельскохозяйственных зе­мель. Накопление же больших объемов химически загрязненных вод представляет серьезную опасность для окружающей среды.

Такие категории сточных вод целесообразно применять для оро­шения древесных насаждений. Присутствие в этих водах ос­таточных веществ, которые обладают кумулятивными и канцеро­генными свойствами, в данном случае не имеет значения, ука­занные посадки не предназначены для пищевых и кормовых целей.

Самый надежный и экономически выгодный метод утилизации осадков - использование ОСВ в качестве удобрения сель­скохозяйственных культур при том условии, что необходимо ис­ключить возможность загрязнения почв.

Для сохранения почвенного плодородия объемы внесения тра­диционных видов органических удобрений недостаточны. Их де­фицит особенно велик в пригородных хозяйствах. По мнению боль­шинства специалистов, сельскохозяйственное использование отхо­дов - один из способов, который позволит решить ряд проблем: пре­дотвратить загрязнение биосферы; ликвидировать угрозу дефицита пресной воды; увеличить производство и применение органических удобрений, превратить очистные сооружения и мусороперерабатывающие заводы в самоокупаемые рентабельные предприятия.

Технология утилизации осадков на ОСВ заключается в следу­ющем. Осадок сбраживается в метантенках при температуре 50 "С, затем его подсушивают на иловых картах. При таком технологичес­ком процессе уменьшается содержание воды в осадке, упрощается его перевозка и практически уничтожаются все гельминты, благо­даря чему в санитарно-гигиеническом отношении осадок не пред­ставляет опасности при его применении в качестве удобрения. Под­сушенный на иловых картах осадок складируют в бурты, он имеет влажность до 50 %, темный или темно-серый цвет, специфический запах. После соответствующих анализов на наличие солей тяжелых металлов его можно использовать как удобрение. По содержанию азота, фосфора оно превосходит навоз, но уступает ему по содержа­нию калия. Зарубежный опыт свидетельствует, что 70-80 % осадков сточных вод идет на удобрения, при этом получают повышенные урожаи.

По данным полевых опытов, при внесении ОСВ в почву в дозе 40-60 т/га прибавка урожайности яровой пшеницы на вы­щелоченном черноземе составляет от 27,7 до 48,6 %. Результаты трехлетних вегетационных опытов с кукурузой, картофелем, то­матом, суданской травой показывают, что в вариантах с исполь­зованием чистых осадков и их смесей с почвой биомасса культур в 2-3 раза выше, чем на контроле. Результаты химического анализа сельскохозяйственных культур, выращенных на чистом осадке, свидетельствуют, что концентрация солей тяжелых металлов в них не превышает предельно допустимых норм и показателей на конт­роле.

Во избежание отрицательного последействия осадков и в целях ограничения внесения в почву вредных соединений применение ОСВ на одном и том же поле допускается не более одного раза в 5 лет.

Недостаточная проработка на предпроектной стадии в резуль­тате слабой экологической подготовки специалистов часто ведет к негативным последствиям, к мнимой экономии. Вот пример. Со­вхоз «Краснодонский» имеет свинокомплекс на 108 тыс. голов (са­мый крупный в Волгоградской области). Однако в связи с тем что при проектировании не учтена возможность сельскохо­зяйственного использования сточных вод, в совхозе недостаточно водных и земельных ресурсов для организации орошения. В настоя­щее время действуют лишь две очереди орошения общей площадью 505 га, что является явно недостаточным для утилизации всего объе­ма навозных стоков. Поля орошения работают с большой нагруз­кой. Кроме того, на поля орошения не подведена речная вода и они орошаются навозными стоками без разбавления. Это создает угрозу загрязнения почвы, растений и подземных вод.

Доказано, что химический состав сточных вод комплексов круп­ного рогатого скота позволяет использовать их для внутрипочвенного орошения люцерны после предварительного осветления и трехкратного разбавления. Это приводит к экономии минеральных удобрений и повышает плодородие почв.

Опыт освоения песков в Сирии, Ливии, Алжире и других странах показывает, что при выращивании многих плодовых и сельскохозяйственных культур на песках можно использовать воду с уровнем минерализации до 10 г/л. В некоторых из этих стран в связи с малым запасом пресных вод, что характерно и для Прикаспия, при­нят закон, обязывающий крестьян проводить в целях полива смешивание пресных и минеральных вод. Это позволяет более рационально использовать водные ресур­сы. При этом в Израиле и Алжире орошение на песчаных землях проводят методом дождевания и исключительно в ночной период, что снижает процессы испарения, увеличивает продуктивность фотосинтеза и в целом улучшает водопотребление рас­тений.

Самоочищение воды происходит не только на земледельческих полях орошения и полях фильтрации, но и в самом русле реки. Здесь протекают биохимические и физико-химические процессы, благодаря которым восстанавливаются химические и биологичес­кие качества воды. Сточная жидкость и нечистоты, попадая в водо­емы, разбавляются водой. Часть микробов оседает на дно и там раз­рушается. Болезнетворные бактерии гибнут под влиянием света, неблагоприятной для них температуры, бактерицидного действия растворенного в воде кислорода. Огромное количество бактерий пожирают одноклеточные простейшие, рачки и другие зоопланктонные организмы.

Полноводность и степень загрязнения любой реки во многом за­висят от ее притоков. Малые реки - это своего рода капилляры, питающие крупные водные артерии, поэтому нуждаются в особой заботе. Примером хозяйского отношения к малым рекам служит опыт Брянской области. По ее территории протекают или берут здесь начало десятки речек. За последние десятилетия они обмеле­ли. Для того чтобы оздоровить эти реки и дать им вторую жизнь, разработан и осуществляется комплекс мероприятий. Не допуска­ется уничтожение растительности по берегам водоемов, проводят обсадку и закрепление берегов рек, балок и оврагов, усилена охрана водоемов от загрязнения, строят водорегулирующие плотины. В благоустройстве малых рек активно участвуют коллективные члены Общества охраны природы - колхозы и совхозы.

Однако такое отношение к малым рекам проявляют не везде. Не­редко вырубают прибрежные леса и кустарники, что создает условия для возникновения эрозии. Это совершенно недопустимо, так как пойменные леса как водоохранные и почвозащитные относятся к первой категории, где рубки, кроме санитарной, запрещены.

Эвтрофикация 5

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов 10

Заключение 12

Список использованных источников 14

Введение

Тема контрольной работы сформулирована как: «Эвтрофикация водоемов». Я считаю, что она наиболее актуальна в наши дни, так как загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

В своей работе я хочу рассмотреть данный термин «эвтрофикация», а также механизм ее воздействия на экосистемы водоемов.

Эвтрофикация (греч. eutrophia - хорошее питание) - обогащение рек, озер и морей биогенами, сопровождающееся повышением продуктивности растительности в водоемах. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации - фосфор и азот. Она является основной частью естественного процесса, называемого сукцессией. За несколько тысяч лет озеро может измениться естественным путем и превратиться из олиготрофного в эвтрофное, или, иначе говоря, «состариться». Однако антропогенная деятельность приводит к аналогичным последствиям всего за несколько десятилетий. Поэтому принято говорить об антропогенной эвтрофикации, противопоставляя ее естественной.

Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости, вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

Эвтрофикация - хороший пример того, что не все негативные проблемы современности связаны с промышленным выбросом «ядовитых» соединений, ибо в рассматриваемом случае часто причиной является поступление в природную экосистему таких «безвредных» веществ, как частицы почвы и питательные вещества. На данном примере отчетливо видно, что изменение любого экологического фактора может нарушить равновесие в экосистеме.

Эвтрофикация

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.

Для эвтрофных водоемов 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 водоема (за счет фитопланктона на поверхности водоема) и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода. 1

Типичные кривые «кислородного истощения»: влияние сброса в реку органики на концентрацию растворенного кислорода в воде.

Жизненный цикл фитопланктона очень короток. Его быстрое размножение компенсируется отмиранием, ведущим к накоплению детрита. Отмерший фитопланктон поступает в глубинную зону, где им питаются редуценты, также потребляющие кислород и снижающие его концентрацию в воде. Когда растворенного кислорода не остается, бактерии - редуценты выживают за счет анаэробного брожения, и так может продолжаться до тех пор, пока есть детрит для питания.
Таким образом, у поверхности количество растворенного кислорода может быть очень высоким из-за фотосинтеза фитопланктона, а на глубине его запасы истощаются редуцентами.

«Дождь» фитопланктона переносит усвоенные им биогенные элементы на дно, где по мере разложения детрита они вновь высвобождаются. Восходящие конвективные потоки возвращают биогены к поверхности, и описанный процесс повторяется многократно. 2 Природный водоем представляет собой биологически сбалансированную экологическую систему, настроенную на самоочищение и самовосстановление. Это естественное состояние биологического баланса закрытого или слабопроточного водоема: пруда, озера, может быть нарушено как в результате естественного старения водоема, накапливания в водоеме естественной органики: листвы, веток, экскрементов рыб и водоплавающих птиц, отмерших водных растений, так и в результате интенсивного загрязнения водоема органическими веществами и питательными (биогенными) элементами: мусор, ливневые сточные воды, нанос с полей и дорог, плохо очищенные сточные воды, канализация, удобрения в изобилии доставляют в водоем органику. 3

Как уже говорилось во введении, эвтрофикация - 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.

Антропогенная эвтрофикация водоемов вызывается: сбросами биогенов (в первую очередь, фосфатов), изменением гидрологического режима (скорость течения воды в водохранилищах замедляется; при падении уровня озер происходит мобилизация биогенов из донных отложений), смывом поверхностного слоя почвы и т.д. Антропогенная эвтрофикация водоемов приводит, как правило, к нарушению биологического равновесия: изменяется альгофлора (видовой состав водорослей), изменяется плотность популяций водорослей. Резко возрастает плотность популяций миксотрофных видов. Плотность популяций зеленых водорослей снижается. В дальнейшем при отмирании этих видов снижается содержание кислорода, повышается содержание сероводорода. Кроме того, ряд водорослей выделяет токсины, прямо убивающие гидробионтов. 4

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.

Неантропогенная эвтрофикация водоемов наблюдается при изменении направления морских течений, при сезонном изменении освещенности и температуры. Печально известны «красные приливы» (бурное размножение пирофитовых водорослей), которые приводят к накоплению токсинов в тканях моллюсков и других гидробионтов. Это приводит к массовой гибели этих организмов и к пищевым отравлениям населения, употребляющего в пищу эти организмы. 5

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. Сине - зеленые водоросли, или цианобактерии, делают воду похожей на гороховый суп с дурным запахом и рыбным вкусом, а также покрывают камни слизистой пленкой. 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 водоемов. 6

Загрязнение водоема в первую очередь отрицательно воздействует на ключевой элемент биологического равновесия и самоочищения водоема - состав полезной микрофлоры водоема (биоценоз). Число полезных микроорганизмов в 1 мл. загрязненной воды резко сокращается, обедняется и изменяется их видовой состав, в то же время в грязной воде активно развиваются потенциально опасные микроорганизмы функционирующие при +30-37 С, таким образом загрязнением подавляются микробное, и другие виды самоочищения.

Вследствие недостаточности наших знаний о закономерностях эвтрофикации и ее природы применяемые методы борьбы с этим явлением пока несовершенны. Используемые для этих целей медный купорос, некоторые пестициды, коагулянты, полиакриламид токсичны для рыб и водных организмов, поэтому не могут быть рекомендованы для борьбы с цветением воды на рыбохозяйственных объектах.

Наиболее целесообразным является сбор сине-зеленых водорослей путем их засасывания из поверхностных слоев воды при помощи плавучих насосных установок и транспортировки массы на поля фильтрации или в бассейны для отстоя. После освобождения от избытка воды они могут быть использованы в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов:

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 редко 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. 7

Заключение

При изложении материала в своей работе я попыталась дать наиболее развернутое понятие «эвтрофикации водоемов». Данный вопрос был рассмотрен, насколько это представлялось возможным, достаточно подробно. По данному вопросу можно сформулировать краткие выводы:

Эвтрофикация - (от греческого eutrophia - хорошее питание), чрезмерное увеличение содержания биогенных элементов в водоемах, сопровождающееся повышением их продуктивности. Она представляет собой смену богатой экосистемы, основанной на бентосной растительности, на простую, основанную на фитопланктоне.

В геологических масштабах времени водоемы постоянно обогащаются биогенами и заполняются поступающими с суши наносами. За многие столетия в озере накапливаются ил и детрит, постепенно заполняющие первоначально глубокую чашу озера.

В данной работе были также отмечены виды эвтрофикации:

Антропогенная эвтрофикация водоемов

Неантропогенная эвтрофикация водоемов

Во 2 пункте работы был рассмотрен механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов.

Таким образом, подводя итог, можно сказать, что нарушение или искажение механизмов самоочищения водоемов приводит к эвтрофикации (заболачиванию) и деградированию водоема - постепенной смене типов водной экосистемы, когда каждый последующий тип экосистемы представляет собой более примитивную модель по сравнению с предыдущим. Для спасения и восстановления водоема необходима интенсивная очистка воды и донных отложений от гниющей органики и биогенных элементов, восстановление кислородного режима и механизмов биологического самоочищения водоема. Борьба с загрязнением водоема, эвтрофикацией, массовым ростом сине-зеленых водорослей, тины, ряски не должна рассматриваться отдельно от очистки водоема от органического и биогенного загрязнения, восстановления биологического баланса и самоочищения.

Список использованных источников

Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов / Под ред. проф. Э.В. Гирусова, проф.В.Н. Лопатина, - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2003. - 519с

Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Эвтрофикация

Эвтрофикация водоёмов. Экология России: http://www.eco-net.ru/content/evtrofikacija-vodoemov

Экологическая биотехнология: http://www.microzym.ru/pondtreatment.htm

Электронный экологический словарь

Водоросли: http://afonin-59-bio.narod.ru/4_evolution/4_evolution_self/es_13_algy.htm

Биоразнообразие – Эвтрофикация: http://www.biodiversity.ru/coastlearn/bio-rus/boxes/eutro.html

1 http://ru.wikipedia.org/wiki/Эвтрофикация

2 http://www.eco-net.ru/content/evtrofikacija-vodoemov

3 http://www.microzym.ru/pondtreatment.htm

4 Электронный экологический словарь

5 http://afonin-59-bio.narod.ru/4_evolution/4_evolution_self/es_13_algy.htm

6 Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов / Под ред. проф. Э.В. Гирусова, проф.В.Н. Лопатина, - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2003. - 519с

7 http://www.biodiversity.ru/coastlearn/bio-rus/boxes/eutro.html

НаДипломная работа >> Экология

Сброса их в водоемы без предварительной очистки оказывают вредное воздействие на воду последних. В... ферм и предприятий пищевой промышленности. Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий. 1. Повышение содержания биогенных элементов...