Антропогенная эвтрофикация. Мероприятия по борьбе с эвтрофикацией водоёмов

Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?

Эвтрофиация - называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов». Это насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. 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. Эвтрофикация - нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. 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.

Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации «биогенные элементы» - фосфор и азот.

Эвтрофным водоёмам присущи богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон. Искусственно несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей (Цветение воды), дефициту кислорода, заморам рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь 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 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.

1. 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. 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 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.

Еще статьи по теме

Влияние радионуклидов на рыб
Развитие атомной энергетики, с одной стороны, и растущая опасность расширяющегося воздействия человека на биосферу, которое приняло в настоящее время глобальные размеры, с другой - обусловливают необходимость научного анализа последст...

Мировой Океан
Нашу планету вполне можно было бы назвать Океанией, так как площадь, занимаемая водой, в 2,5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти 3/4 поверхности земного шара слоем толщиной около 4000 м, составляя 97 % гидрос...

1. Эвтрофикация водоемов

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

2. Способы предотвращения недостатка пресной воды

2. Людям требуется все больше пресной воды, а предсказать ее доступность на планете становится все труднее.

Рост потребления пресной воды населением на планете определяется в 0,5-2% в год. В начале следующего столетия общий водозабор ожидается в объеме 12-24 тыс. км3. Потребление воды увеличивается в связи с ростом благосостояния, это видно на следующем примере. Потребление воды одним городским жителем южных районов России составляет: в доме без канализации 75, в доме с канализацией 120, с газовым водонагревателем 210 и со всеми удобствами 275 л/сут.

Для города в средней полосе России норма потребления воды согласно «Нормам хозяйственно-питьевого потребления для населенных пунктов» (СНиП-И.31-74) со ставляет: в домах без ванн 125-160, с ваннами и нагревателями 160-230 и при централизованном горячем водоснабжении 250-350 л/сут.

Потери пресной воды растут с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды на хозяйственные нужды. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб. Потери воды из водонесущих коммуникаций в городах России составляют 30-35%. В городах областного значения потери воды составляют примерно 10-15 млн. т. в год и удваиваются через каждые 5 лет. Большие потери пресной воды происходят при разработке месторождений полезных ископаемых, при строительном осушении городских территорий.

Способы снизить потери

Необходимо проводить разумную ценовую политику, способствующую лучшему сбережению воды в жилом и промышленном секторах. В прошлом цена пресной воды в США и других крупных экономических державах была слишком низкой, чтобы стимулировать водопотребителей экономить воду. Нередко люди эксплуатируют природный ресурс, мало заботясь о потерях, если он достается почти бесплатно.

установить более высокие цены на воду повсеместно и стимулировать такие меры, как систематическое повторное использование бытовых нефекальных стоков (так называемой «серой воды») для непитьевых целей.

Повышение цен улучшит также состояние систем доставки воды и снизит ее потери. Одно из важнейших следствий слишком низких цен на воду состоит в том, что выделяются недостаточные средства на развитие и поддержание систем водоснабжения. Соответствующие службы обычно не стремятся своевременно выявлять утечки, а приступают к ремонту лишь после того, как трубы окончательно прорвет.

СОХРАНИТЬ ВОДУ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ
Орошение в сельском хозяйстве съедает огромные количества воды; десятипроцентное снижение ее расхода на орошение сохранит больше воды, чем используется всеми остальными потребителями. Этого можно добиться, если ликвидировать утечки в системе ее доставки на поля, хранить влагу под землей для снижения потерь от испарения, применять дождевальные системы полива и перейти на выращивание сортов растений, способных обходиться меньшим количеством влаги.

Необходимо использовать и другую важную стратегию, которая обращена на крупнейших потребителей. Мишень этой стратегии - орошение сельскохозяйственных угодий: если сравнивать сельское хозяйство с любым другим видом потребления воды в отдельности, то здесь можно сберечь пресной воды намного больше. Как показывают исследования Международного института управления водными ресурсами, для того чтобы обеспечить население Земли пищей в 2050 г. без каких-либо технологических нововведений в орошаемом сельскохозяйственном производстве, фермерам потребуется значительное повышение количества потребляемой воды (увеличение с текущих 2700 до 4000 куб. км).

С другой стороны, даже весьма скромный десятипроцентный рост эффективности орошения высвободит больше воды, чем тратится на испарение во всех остальных видах человеческой деятельности. Поэтому необходимо ликвидировать утечки в системе транспортировки воды и реализовать методы ее сохранения, а также более эффективные способы ее доставки непосредственно к растениям.

БРАТЬ БОЛЬШЕ ДЕНЕГ ЗА ВОДУ
Пресная вода в США и других экономических державах традиционно имела столь низкую цену, что у пользователей не было достаточных стимулов сберечь ее. Повышение цен будет способствовать экономии воды, а также повлечет вкладывание средств в инфраструктуру водоснабжения, что позволит снизить потери.

Еще один подход к сбережению воды состоит в том, чтобы между сезонами вегетации сохранять влагу, предназначенную для орошения, в подземных хранилищах. В большинстве регионов мира накопление дождевой и снеговой воды и ее сток в реки достигает максимума между сезонами вегетации, когда потребность в воде для орошения минимальна. Основная задача - сохранить воду и использовать ее в тот сезон, когда потребность в ней для орошения полей особенно велика.

Самый простой способ - удержать воду с помощью плотин, однако с открытой поверхности водохранилищ происходит испарение значительного ее количества. Потери на испарение можно снизить, если хранить влагу под землей. Можно использовать большие подземные резервуары, которые легко наполнять из поверхностных источников воды, а затем выкачивать из них воду для орошения по мере необходимости.

Более широкое использование дождевальных систем полива, которые минимизируют расход воды, позволяя ей медленно поступать либо из почвенного слоя, либо прямо из прикорневой зоны растений, - эффективная мера сокращения использования воды для ирригации. Инвестирование в новые сорта растений, способные переносить недостаток воды, засухи и полив засоленной водой, также позволяет дополнительно снизить расход воды на орошение.

СОХРАНЕНИЕ ВОДЫ: КАПЛЯ ЗА КАПЛЕЙ
Малое действие - если совершать его постоянно в течение продолжительного времени, и если к нему подключится значительное количество людей - позволит, хотя бы частично решить глобальную проблему. Вот несколько простых способов сберегать воду

Устроить у себя компостную кучу и отказаться от измельчителя пищевых отходов
Использовать только высокоэффективные стиральные и посудомоечные машины (помеченные знаком Energy Star) и всегда загружать их полностью
Установить в туалете бачок с двойной кнопкой слива (позволяющий тратить меньше воды для смыва), или же биотуалет, и систему для очистки и вторичного использования стоков
Установить в душе лейку с небольшим потоком воды и используйте воду из ванны для полива цветов.

· Поливайть газон ранним утром или ночью, чтобы избежать потерь на испарение

Международное сообщество сможет снизить вероятность наступления глобального водного кризиса, если приложит совместные усилия. Необходимо просто ускорить введение существующих методов сохранения и приумножения источников воды. Решить проблему ее нехватки будет нелегко, но мы добьемся успеха, если начнем прямо сейчас и будем последовательны. В противном случае, большей части мира предстоит испытать жажду.

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

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.
Снижение прозрачности воды.
Непосредственный показатель - содержание азота и фосфора.

Биотические

Соотношение продукции и деструкции.
Изменение в структуре биоценозов.
Устойчивое "цветение" воды.
Быстро увеличивающееся зарастание прибрежных мелководий.
5. Массовое развитие нитчатых водорослей.
Засорение берегов остатками водной растительности.
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.

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

Выделено 6 этапов воздействия человека на круговорот вещества:

До 17 века - медленное развитие земледелия и животноводства, небольшое суммарное городское население, локальное изменение экосистем, вклад антропогенных потоков в биологический цикл не превышал 1%.
18-19 в. - активизация сведения лесов и их замещение аграрными экосистемами, рост городского населения.
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.
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.
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.
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:

Незарегулированные водотоки (реки), где доминирует миграционная функция. Здесь значим процесс трансформации веществ, но продукция и накопление органического вещества незначительна.
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 :

Увеличение содержания биогенных элементов в воде и донных отложениях.
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.
Для стратифицированных водоемов характерно увеличение контрастности химического состава воды между эпилимнионом и гиполимнионом.
Создание дефицита кислорода в период стагнации.
Возникновение в придонной зоне восстановительных условий. Усиление процессов анаэробного обмена. Накопление сероводорода и метана. Наиболее значительными становятся сульфатредукция и метаногенез.
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.

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.

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.