Материал к элективному курсу "Природопользование": "Эвтрофикация водоемов"

Водоем на своем участке часто подвергается такому неприятному и вредному явлению, которое называют эвтрофикацией. С греческого языка это слово можно перевести, как «обильное питание». Смысл его состоит в том, что биогенные вещества (азот и фосфор) вызывают «цветение» воды и гиперактивное развитие анаэробных микроорганизмов. Каждый пруд, озеро, речная заводь и искусственный водоем может стать непригодным для дальнейшего использования вследствие того, что вода в нем «цветет». Уровень кислорода при эфтрофикации препятствует нормальной жизнедеятельности рыб и растений. Солнечный свет не может пробиться сквозь толщу расплодившихся водорослей, что также влечет за собой уменьшение разнообразия флоры и фауны водоема. 
Причины и последствия Причины этого неприятного явления разные. В одних случаях это вызвано природными факторами. Например, замедлением тока воды, из-за чего прекращается нормальное снабжение придонных областей кислородом. Или чрезмерным развитием некоторых видов водорослей.

Внешние признаки загрязнения пруда (водоема) Неприятный «тяжелый» запах Мутная пленка на поверхности Массивный осадок органических отложений на дне Неконтролируемое размножение водорослей, тины, ряски и других микроорганизмов, из-за чего жидкость приобретает устойчивый зеленый цвет. Эвтрофикация оказывает пагубное воздействие на биогеоценоз пруда с застойной водой: Верхний слой водоема вследствие увеличения питательных веществ для водорослей обрастателей и питающихся фитопланктоном зоопланктона превращается в зеленый ковер. Неприятный тяжелый аромат, наверное, знаком всем, кто хоть раз был на берегу подобного водоема. Придонный слой не получает нужного количества кислорода. Из-за этого умирают аэробные микроорганизмы, растения и рыбы. Происходит быстрое наращивание суммарной массы анаэробных живых организмов в придонном слое. Так как питающиеся кислородом бактерии не в состоянии своевременно перерабатывать отмершие части водорослей и животных, внизу скапливаются яды. Это фенол, сероводород и метан. Налицо проявляется парниковый эффект, добивающий растительность и требовательные к кислороду живые клетки. В итоге водоем превращается в болото. В нем нельзя не то, что купаться и ловить рыбу, но даже брать из него воду для бытовых и хозяйственных нужд. Загрязнения водоемов бывают также комбинированными. То есть, эвтрофикация плюс сточные воды, опавшая листва и ветки, поваленные деревья, железные и пластмассовые корпуса отработавших механизмов, мусор антропогенного происхождения, и др.

Когда-то наши предки просто засыпали в грязный пруд большое количество древесного угля. Это был некий прообраз фильтрации. Сейчас существуют более совершенные и удобные методы очистки промышленных, природных и дачных водоемов. Всего различают четыре вида очистных мероприятий: Самый простой способ – механический. Он подразумевает избавление от крупных и средних частиц с помощью фильтров. Вы просто погружаете насос с фильтром и запускаете процесс. Та же очистка с помощью древесного угля, но в современной интерпретации. Биологический метод включает в себя использование различных бактерий и микроорганизмов. Они «съедают» излишек фосфора и азота, нормализуют биогенный баланс и не дают размножаться анаэробным живым формам. Для этого способа необходимо заранее определить, какие из микроорганизмов должны быть уничтожены, а какие надо сохранить для нормального функционирования экосистемы. Специальные приборы, посылающие ультрафиолетовые лучи, уменьшают возможность микроорганизмов к воспроизводству и делению. Довольно дорогой недавно изобретенный способ. Химический способ очистки основывается на добавлении в пруд реагентов, которые со временем нормализуют кислотно-щелочной и биогенный баланс водоема. На рынке нет недостатка в предложениях. Но здесь так же, как и в случае с биологическим способом очистки желательно заранее знать, какие микроорганизмы вы будете «изводить», а какие нужно оставить.

Облучение ультрафиолетом – это все еще довольно экзотический способ очистить водоем от «цветения» и тины. А вот фильтры, применяемые одновременно с добавлением в воду химических и биологически активных веществ, являются распространенным методом. Здесь важно определить уровень содержания зеленной массы и, отталкиваясь от этого, заказать насос необходимой мощности.

иологические и химические методы очистки закрытых бассейнов и прудов применяют обычно вместе. Процесс отмирания ряски, тины и простейших водорослей запускается сразу после высыпания рекомендуемой дозы препарата. Обычно он длится от одного до трех месяцев. После этого начинается уменьшение количества водорослей-обрастателей и анаэробных придонных микроорганизмов. Вносить химические препараты рекомендуется сразу после того, как поверхность пруда очистится ото льда. Биологические же вещества и добавки лучше всего начинают бороться с эвтрофикацией, когда вода прогреется до +10 ⁰С. Быстро очистить с помощью фильтра можно только сравнительно небольшой бассейн. Чтобы очистить пруд значительных размеров, в зависимости от степени загрязнения и применяемых препаратов, может потребоваться от нескольких недель до нескольких месяцев. Если водоем на своем участке снабжается проточной водой из труб, то стоит также прочистить и их. Дело в том, что на поверхности внутренних стенок трубопроводов обязательно поселяются колонии микроорганизмов и простейших водорослей. В итоге вода в пруд поступает уже загрязненной, чего нужно всячески избегать. Особенно если водоем вам нужен для разведения карпа в домашних условиях или другой рыбы. Также читайте, чем кормить карасей в пруду. Избавление от анаэробных микроорганизмов и бактерий — это длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому следует не доводить свой водоем до состояния болота. Необходимо постоянно контролировать уровень азота и фосфора, не допускать попадания внутрь биогенных микроэлементов, следить за тем, что втекает в ваш пруд. 

До недавнего времени загрязнение воды было относительно локальной проблемой промышленно развитых стран. В настоящее время наиболее распространенным явлением стала эвтрофикация, т. е. обогащение внутренних водоемов азотом и фосфором. Источниками этих элементов служат смываемые с сельскохозяйственных земель удобрения и канализационные стоки. Это явление сейчас принимает глобальные масштабы и затрагивает не только пресноводные, но и морские экосистемы. Канализационные стоки из прибрежных населенных пунктов сбрасываются в море иногда без всякой очистки, создавая непосредственную угрозу здоровью купающихся людей и морским обитателям. Поверхностные стоки из городских и индустриальных зон, а также со свалок часто загрязнены тяжелыми металлами и углеводородами. Биологическое концентрирование тяжелых металлов в морских пищевых цепях может давать их летальные для человека дозы, как это случилось при промышленном сбросе ртути в прибрежные воды около Миниматы в Японии. Высокое содержание ртути в рыбе повлекло смерть множества людей и других рыбоядных животных. Сублетальные дозы тяжелых мета!-лов, пестицидов и нефтепродуктов могут снижать сопротивление организма болезням. В последнее десятилетие в целях борьбы с загрязнением и деградацией экосистемы Северного моря приняты меры по сокращению и в конечном итоге прекращению захоронения и сжигания токсичных отходов в прибрежной зоне стран, окружающих этот бассейн. Еще одна серьезная проблема — сильная эрозия почвы. Сносимые поверхностным током частицы ведут к заилению внутренних и прибрежных вод, что иногда повышает их рыбные замасы. Однако налицо и отрицательные последствия. Например, сведение лесов стимулировало эрозию почв в Австралии, а это повысило мутность воды в ее прибрежных водах, что повлекло за собой отмирание полипов Большого Барьерного рифа. Большое значение имеют также тепловое и нефтяное загрязнения воды. Общие характеристики олиготрофных и эвтрофных озер Эвтрофикация — это обогащение экосистемы питательными веществами. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру. Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водоемы больших количеств содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и современную тенденцию к увеличению его городской доли, а также совершенствование канализационных систем. Эвтрофикация создает острые экономические и экологические проблемы. Чистая вода необходима для многих промышленных процессов, людей и домашнего скота, коммерческого и спортивного рыболовства, функционирования курортных зон и навигации.

 Нитраты и особенно фосфаты относятся к питательным веществам, чаще всего определяющим первичную продуктивность водных экосистем. Таким образом, добавка этих солей стимулирует быстрое размножение планктона. Консументы реагируют на рост кормовых ресурсов медленнее, поэтому увеличивается доля авто-трофов, гибнущих «естественной смертью» и непосредственно снабжающих органикой де-тритныс пищевые цепи. Минерализация накапливающихся остатков редуцентами требует кислорода. В результате его концентрация в воде может упасть ниже уровня, необходимого для нормального развития многих видов прежней экосистемы. В далеко зашедших ситуациях рыба и другие крупные животные гибнут, их разложение усиливает потребность в кислороде, и процесс идет по нарастающей. Эта проблема может затрагивать не только непосредственно эвтрофированную зону. Нескольких участков с дефицитом кислорода в речных системах бывает достаточно для блокирования миграции проходных рыб, например лососей и угрей.

Дезоксигенация проточных водоемов, вызванная органическими остатками, — процесс медленный, и максимальный дефицит кислорода обычно наблюдается на некотором расстоянии от места поступления питательных веществ. Так, например, в Темзе в 1967 г. осенью при низком уровне воды зона кислородного истощения простиралась на 40 км ниже Лондонского моста, а весной, когда вода стояла высоко, — всего на 12 км. В последние 30 лет проведена большая работа по очистке этой реки. Такого сильного дефицита кислорода в Темзе больше не наблюдается, и рыбу можно ловить на всем ее протяжении. В озерах проблему вызванного эвтрофикацией дефицита кислорода может обострять сезонная стратификация, т. е. формирование несмешивающихся слоев воды с разными температурами. В умеренном климате температурная стратификация происходит обычно в начале лета, главным образом по двум следующим причинам. 1. Солнце нагревает поверхность воды. Теплая вода имеет более низкую плотность, поэтому она не погружается, а образует теплый стационарный верхний слой (эпилим-нион). Ниже этого слоя вода может нагреваться только за счет теплопроводности, а в жидкой среде это процесс медленный. 2. Реки и ручьи, впадающие в озеро, мельче его. Их вода прогревается на всю глубину. Она смешивается только с эпилимнионом, еще больше повышая его температуру по сравнению с глубинным слоем (гиполимнионом) Для озерной экосистемы все это имеет важные последствия, в частности затрудняет снабжение гиполимниона кислородом. Вода озера снабжается кислородом тремя основными путями: 1) за счет фотосинтеза, требующего света, т. е. наиболее интенсивно идущего у поверхности; 2) путем диффузии из атмосферы; 3) с проточной водой впадающих рек и ручьев. Как видно, эти источники обогащают кислородом прежде всего эпилимнион. Оксигенация глубинных слоев зависит от диффузии сверху и перемешивания воды во время сильного волнения. Последнее более характерно для зимнего сезона. Таким образом, при установлении летней стратификации жизнь в глубине озера зависит главным образом от образовавшегося к весне запаса кислорода в ги полимн ионе. В здоровой озерной экосистеме большая часть первичной биомассы поедается фитофагами; на долю детритофагов и редуцентов приходится сравнительно мало пищи. Эвтрофикация повышает продуктивность фитопланктона в эпилимнионе, и масса мертвых остатков оседает на дно водоема, поскольку консументы «не справляются» с возросшим количеством корма. Это стимулирует развитие в гиполимнионе редуцентов, истощающих и так небольшой запас кислорода. Если бы кислорода в гиполимнионе было много, то никаких проблем не возникало бы . Однако к концу лета там возможно развитие аноксических (бескислородных) условий, вызывающих катастрофическую гибель (замор) рыбы и других животных.