Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

Введение 3

Эвтрофикация 4

Механизм   воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов 8

Вывод 9

Список  литературы 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение "вода - это жизнь". Без  воды человек не может прожить  более трех суток, но даже понимая  всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает эксплуатировать водные объекты, изменяя их естественный режим сбросами и отходами.  

Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И.Вернадский¹ определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из этих три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода находится в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Поэтому воду нужно целесообразно расходовать и не загрязнять.

Одно из важных явления  связанных с загрязнением воды –  эвтрофикация. До появления человека цикл старения водных объектов был  нормализован и занимал достаточно большой промежуток времени, с воздействием же антропогенных факторов, моря и  озера проходят процесс старения за десятки лет и становятся «мертвыми». Поэтому данная проблема сейчас актуальна  и важна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эвтрофикация

 

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  сукцессией². За несколько тысяч лет озеро может измениться естественным путем и превратиться из олиготрофного³ в эвтрофное⁴, 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 биоценозе⁵, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов⁶, 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 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 литоральная⁷ 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. 

                   

                  

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 детрита⁸. Отмерший фитопланктон поступает в глубинную зону, где им питаются редуценты, потребляющие кислород и снижающие его концентрацию в воде. Когда растворенного кислорода не остается, бактерии - редуценты выживают за счет анаэробного брожения⁹, 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. 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, 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.

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, в то время как 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.

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 (естественная) 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.

 

Эвтрофикация усиливается, когда рост растений в водоеме стимулируется азотом и фосфором, содержащимися в насыщенных удобрениями стоках 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.

 

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 температуре +30-37 градусов, 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

 

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 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.

 

 

 

 

Вывод

 

Эвтрофикация – это  обогащение экосистемы питательными веществами. В водоемах она происходит из-за уменьшения количества кислорода и, как следствие, отмирания потребителей питательных веществ.

Причины уменьшения кислорода делятся на антропогенные (зависящие от человека) и естественные. В результате, в донном грунте образуются сильные яды, такие как фенол, сероводород и метан.

Таким образом, процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, сильно ухудшает санитарно – гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Эвтрофикация
2. http://allformgsu.ru/publ/ehvtrofikacija_i_mery_borby_s_neju/23-1-0-137
3. http://www.ngpedia.ru/id608780p2.html
4. С. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.

¹ Владимир Иванович Вернадский (28 февраля 1863 года, Санкт-Петербург - 6 января 1945 года, Москва) — советский естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель XX века. Академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук, один из основателей и первый президент Украинской академии наук. Создатель науки биогеохимии.

² Сукце́ссия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная, необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества и т.д.) другим на определённом участке среды во времени. 

³   Олиготрофные водоемы - водоёмы с невысоким уровнем первичной продукции.

⁴   Эвтрофные водоемы - водоёмы с высоким уровнем первичной продукции.

⁵  Биоценоз (от греч. βίος — «жизнь» и κοινός — «общий») — это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), связанных между собой и со средой.