Водні екосистеми

При оцінці просторового розподілу личинок організмів обростання було встановлено, що переважна більшість їх зосереджена в зоні заключної трансформації річкових вод у морі при солоності 12-17‰ у межах пелагічного екотону “річка - море”. Просторове розташування екотону носить виражений сезонний характер. Зокрема, межа зони заключної трансформації вод Дунаю віддалена від краю дельти на відстань більш ніж 70 км у весняний період і на 45 км - влітку. Описано зони основних скопичень личинок масових видів безхребетних обростання M. galloprovincialis, B. improvisus, P. сiliata і N. succinea.

УЧАСТЬ УГРУПОВАННЯ ОБРОСТАННЯ В КРУГООБІГУ РЕЧОВИНИ ТА ЕНЕРГІЇ ПРИБЕРЕЖНОЇ МОРСЬКОЇ ЕКОСИСТЕМИ

На основі визначення біотичного балансу прибережної екосистеми північно-західної частини Чорного моря було зроблено порівняльну оцінку інтенсивності функціонування угруповань планктону, обростання і бентосу м'яких ґрунтів. При цьому для точності зіставлення підсумки визначень були перераховані на об'єм заселеного простору (у тому числі для обростання і бентосу) з урахуванням інтенсивності водообміну й нижче приведені на один кубічний метр. Чиста продукція макрофітів досягала 43% фотосинтезу автотрофів прибережної зони. За абсолютною величиною продукція макрофітів складала 1129 Дж·м-3·доб-1, а фітопланктону - 1495 Дж·м-3·доб-1. Серед пелагічних безхребетних основна частина потоку речовини та енергії проходить через інфузорій. Їхній загальний раціон перевищив такий зоопланктону в 2,5 рази, склавши в середньому 1153 Дж·м-3·доб-1. Гідробіонти угруповання обростання, що заселяють один квадратний метр твердої поверхні, у процесі живлення за добу асимілюють 598±64 кДж ОР. При цьому функціональними домінантами ценозу є двостулковий молюск M. galloprovincialis і вусоногий рак B. improvisus, на частку яких припадає 81,68% раціону. Роль мейобентосу в трансформації ОР незначна. Його раціон складав 0,3% всього обростання і 6,9% населення м'яких ґрунтів. За інтенсивністю споживання їжі сумарний внесок іхтіокомплексу був у 2,5 рази меншим, ніж сумарний раціон безхребетних угруповання обростання - відповідно 6488 і 16368 Дж·м-3·доб-1 (табл. 2). Основний потік енергії, що надходить до прибережної екосистеми, проходить через детритний ланцюг живлення. Планктонні гетеротрофи (інфузорії та безхребетні) утилізують не більше 1,5% енергетичних запасів сестону. Сумарний добовий раціон усіх бентичних безхребетних, включаючи організми обростання, вання компонентів екосистеми у вегетаційний період 1991 року з вказівкою помилки визначення середньої величини.

Складає 96,7% енергії завислої ОР. З цієї кількості тільки угруповання обростання споживає 16,4 кДж·м-3·добу-1, або 78,7% ОР. Про виняткову роль мідії в трансформації речовини та енергії прибережної зони моря свідчить той факт, що на її частку припадає 46% продукції, 98% дихання, 90% виділення і 87% раціону всього угруповання обростання, через яке проходить 94% потоку енергії прибережної зони моря. Установлено, що 52% добового об'єму надходження завислої ОР падає на обростання, 35% - на зовнішні джерела, наприклад, річковий стік Дніпра і Південного Бугу.

Сезонну сукцесію обростання вивчали на основі зміни продукційно-деструкційного співвідношення угруповання. Для прибережної зони північно-західної частини Чорного моря встановлено, що відношення валової продукції до сумарної деструкції гетеротрофів не перевищує одиниці. Для продукційного (вегетаційного) періоду, що триває з середини травня до кінця серпня за рахунок розвитку автотрофів, величина P/R максимальна і в середньому складає 0,35. Для деструкційного періоду (інша частина року) значення P/R мінімальне і дорівнює в середньому 0,15. За рахунок посилення осадотворення в деструкційний період частка бентосу м'яких ґрунтів у сумарному метаболізмі безхребетних, при розрахунку на площу поверхні субстрату або дна, зростає з 11±8% до 23±16%, досягаючи величини 175 кДж·м-2·добу-1. Для порівняння: максимальна інтенсивність дихання обростання сягала 769 Дж·м-2·добу-1.

Визначення інтенсивності функціонування прибережної морської екосистеми в різні сезони року, включаючи швидкість утворення детриту, сприяло з'ясуванню взаємозв'язку цих процесів не тільки з вмістом завислої ОР, а і з іншими регламентованими показниками водного середовища. Установлено граничні значення функціональної активності прибережних угруповань, при яких відмічали перевищення нормативного рівня стану водного середовища за водневим показником і за біохімічним споживанням кисню. Перевищення рН спостерігалося при інтенсивності продукції макрофітів, при розрахунку на одиницю площі поверхні субстрату або дна, понад 150 кДж·м-2·добу-1, а БСК5 - у випадку досягнення швидкості осадотворення, що забезпечує раціон макрозообентосу м'яких ґрунтів на рівні 280 кДж·м-2·добу-1. Оцінено зміни біотичного балансу під впливом дренажного стоку, який стимулююче впливає не тільки на обростання, але й на всю екосистему прибережної зони моря. Відмічено збільшення біомаси і продукції макрофітів відповідно на 23 і 32%. Загальна інтенсивність функціонування екосистеми збільшилася в 4 рази, склавши в середньому 11 кДж·м-3·добу-1.

БІОМЕЛІОРАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ УГРУПОВАННЯ ОБРОСТАННЯ

Широкий діапазон фізико-хімічних умов водних екосистем басейну Чорного моря викликає необхідність розробки узагальнених підходів для оцінки їхньої біологічної різноманітності, продуктивності та інтенсивності самоочищення. Одною з істотних характеристик прибережних водойм, що впливає на склад їхньої флори і фауни, є мінералізація води. Діапазон їхньої солоності складає 0,3-296,0‰. Для виявлення узагальнюючих залежностей, що відображають функціональну активність угруповання обростання в процесах самоочищення води, із застосуванням єдиної методики і теоретичних підходів були досліджені прісноводні, солонувато-водні і морські екосистеми прибережної зони Чорного моря. Географічними об'єктами проведених досліджень стали українська частина дельти Дунаю, прибережна зона Одеської затоки та острова Зміїний.

За рівнем валової первинної продукції плавні дельти Дунаю можна віднести до поліевтрофних водойм. Встановлено, що їх середньо багаторічний рівень валової первинної продукції в літній період у 2,7 рази перевищив інтенсивність функціонування однотипного мілководдя дельти Дніпра. Виявлено, що основний внесок у формування валової первинної продукції прісноводних плавневих екосистем вносять приблизно в рівних частинах одноклітинні водорості обростання очерету (46%) і занурена водна рослинність, у тому числі макрофітобентос (42%). На долю фітопланктону в середньому приходиться 10, мікрофітобентосу - 2% загального обсягу продукції.

Основним видом твердих субстратів плавневих екосистем, на яких формується угруповання обростання, є поверхня зануреної частини стебел очерету. Установлені регресійні залежності між площею поверхні твердого субстрату, біологічною різноманітністю і продуктивністю плавневих екосистем стали за основу обґрунтування заходів щодо регуляції ступеня заростання водного дзеркала вищою водною рослинністю для підтримки оптимального рівня продуктивності і максимальної біологічної різноманітності водної екосистеми. Зокрема, виведені кількісні закономірності були використані для обґрунтування регуляції площі очеретяних заростей на території Дунайського біосферного заповідника.

Використаний загальний підхід до визначення функціональної активності гідробіонтів дозволив порівняти різні прісноводні акваторії дельти Дунаю (від зарослих очеретом плавневих екосистем з обмеженим водообміном до водотоків з високою проточністю - рукава дельти), оцінити інтенсивність їх самоочищення. Неповне використання утвореної у ході фотосинтезу ОР призводить до її накопичення в плавнях зі швидкістю 46,4 кДж·м-2·добу-1, що відповідає 2 г беззольної легкомінералізованої ОР. Основний внесок у її розклад вносять бактерії, на частку яких, з урахуванням ролі зоопланктону і зообентосу в трансформації ОР, приходиться більше 90%.

У прибережній зоні Одеської затоки, де сформувалася солонуватоводна екосистема, встановлено три типи обростання: епіфітон, обростання “балянусного” і “мідійного” типу (по назві видів-едифікаторів угруповання: вусоногого рака B. improvisus і двостулкового молюска

M galloprovincialis). Ключовими видами макрофітів, що формували епіфітонні угруповання (ядра консорцій), були три види: Bryopsis plumosa, Enteromorpha intestinalis і Ceramium elegans. У середньому сира маса домінантних видів водоростей, які були живим твердим субстратом для епіфітону, коливалася в межах 325-548 г·м-2. Середньорічна біомаса безхребетних у складі обростання “епіфітонного”, “балянусного” і “мідійного” типів склала відповідно 130, 750 і 15200 г·м-2 .

У результаті статистичної обробки масиву вихідних даних розподілу епіфітону на різних видах водоростевого субстрату була виведена регресійна залежність, що дозволяє прогнозувати біомасу безхребетних за площею поверхні водоростевого субстрату:

W = 717,6 ІПФ-1,464 (r= -0,53; n= 20)

де W - сира маса безхребетних епіфітону, г·м-2 (поверхні твердого субстрату), ІПФ - індекс поверхні фітоценозу, од. (Миничева, 1998), відповідний загальній площі фотосинтетичної поверхні макролітів, населяючи кв. метр твердого субстрату - SФ.

Наведені докази свідчать про те, що епіфітон, обростання “балянусного” та “мідійного” типу є послідовними стадіями сукцесії угруповання обростання. Виведено залежності високого ступеня значущості, які дозволяють прогнозувати якість водного середовища за геометрією твердого субстрату, що визначає розвиток і самоочищувальну здатність обростання. Зокрема виявилося, що рівень продукційно-деструкційного співвідношення визначається ступенем насичення біопозитивним субстратом об'єму досліджуваної акваторії. За абсолютною величиною середньорічна інтенсивність споживання завислої ОР угрупованням обростання прибережної зони моря дорівнювала 379±53 кДж·м-2·добу-1, що відповідало вилученню 8,5 г Сорг з одного квадратного метра твердого субстрату протягом доби.

Прибережну зону острова Зміїний було розглянуто як еталон морської екосистеми. З використанням легководолазної техніки була обміряна питома поверхня твердих субстратів підводних схилів острова, що дорівнювала 0,153 м-1. Установлено, що за величиною цього показника острів займає проміжне положення між очеретяними заростями ізольованих водойм (СS = 5,400 м-1), де відзначається максимальна інтенсивність самоочищення, і відкритими водотоками (СS = 0,001 м-1) дельти Дунаю. На основі кількісних досліджень епіфітону та обростання твердих субстратів острова була оцінена інтенсивність самоочищення водного середовища за участю угруповання обростання. Інтенсивність добового розкладу ОР безхребетними обростання була оцінена величиною 464 ±152 кДж·м-2, що дорівнює 10,4 г Сорг·м-2 твердого субстрату.

ОСНОВИ УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ЗА ДОПОМОГОЮ ОРГАНІЗМІВ ОБРОСТАННЯ

Дослідження безхребетних обростання в діапазоні об'ємів населених просторів (VНЖП, або найближчий населений простір) у межах 14 порядків величин дало можливість встановити кількісні залежності високого ступеня значущості, що дозволяють прогнозувати залежність їхніх структурно-функціональних характеристик (біомаса та інтенсивність дихання) від різних геометричних показників VНЖП. Таким чином, було доведено, що раніше виявлені зв'язки структури і функціональної активності водоростей з параметрами заселених ними просторів (Хайлов та ін., 1993, 1994) характерні і для тваринної компоненти угруповання. Із збільшенням розмірів заселених просторів значення біологічних характеристик обростання закономірним чином зменшуються, при цьому існують критичні обмеження розмірів заселених просторів, зумовлені величиною живих організмів. Зокрема, на межі об'ємів 103-104 см3 відбувається перехід між розмірами заселених просторів для макро- і мейобентосу. Відмінності у формуванні угруповання обростання починають чітко виявлятися при величині VНЖП = 100 см3, що відповідає умовам появи в структурі обростання видів з більшим розміром тіла і середньою тривалістю життя більше одного місяця. Виведено кількісні залежності для використання їх в інженерних розрахунках оптимальних розмірів конструкцій для вирощування гідробіонтів, а також гідротехнічних споруд типу ШР з вираженим меліоративним ефектом.

Відмінною рисою тваринної компоненти угруповання обростання, у порівнянні з рослинною, є їхня здатність істотно збільшувати об'єм заселеного простору, окресленого зовнішніми контурами структурних елементів, за рахунок активного залучення додаткових обсягів води в ході фільтраційного живлення. Виходячи з вищезгаданого, були запропоновані уточнені визначення поняття найближчого життєвого простору водяних організмів, а також рівняння для визначення VНЖП за індивідуальним розміром тіла тварин, енергетичним еквівалентом маси, а також швидкістю їх дихання. Установлено, що в розвинутих угрупованнях визначення об'єму життєвого простору обростання цілком припустимо вести, спираючись на рівень добового обсягу фільтрації домінуючих видів. Для цього доцільно використовувати залежність, виведену на основі узагальнення даних фактичних спостережень за планктонними і бентос ними безхребетними з фільтраційним типом живлення:

F = 148 RQ1,037 (r= 0,35; n= 67)

де F - скорость фільтрації воды, см3·доб-1; RQ - інтенсивність дихання безхребетних, Дж·доб-1.

Для обліку спільного внеску рослинної і тваринної компоненти обростання в процес самоочищення води було запропоновано використовувати величину SФ/VНЖП, визначену як співвідношення сумарної фотосинтетичної поверхні водоростей (SФ), що населяють одиницю площі поверхні твердого субстрату, до VНЖП з урахуванням сумарного обсягу фільтрації води безхребетними обростання. Запропонований показник для всіх досліджених типів екосистем добре узгоджується з специфікою сезонних змін функціональної активності обростання, що було показано на прикладі його зв'язку з БСК5.

Зіставлення біомаси водоростей і безхребетних у складі обростання твердих субстратів показало, що в процесі розвитку угруповання співвідношення його рослинної і тваринної компоненти змінюється на користь зообентосу. Встановлено кількісне співвідношення рослинної і тваринної компоненти обростання.

У прибережній зоні моря функціональна активність обростання обумовлює меліоративний ефект водного середовища за цілим рядом показників. Зокрема, у межах населеного простору угруповання відмічено достовірне зниження вмісту мінерального фосфору, завислої органічної речовини, а також підвищення насичення води киснем. Виведені рівняння, що дозволяють прогнозувати зміну нормованих показників якості водного середовища за конфігурацією твердих субстратів і структурно-функціональними характеристиками обростання (табл. 3).

Позначення. *критичні значення r достовірні для 95% імовірності. Показники заселеного простору обростання: VНЖП - обсяг найближчого життєвого простору, см3, Сs - питома поверхня твердого субстрату, м-1, S/So - відношення сумарної площі твердого субстрату до площі дна на який він розташований; показники структурно-функціональної організації обростання: DWЗ - загальна біомаса сухої беззольної речовини безхребетні обростання, приведена до VНЖП, мг·см-3, R - інтенсивність дихання, Дж·см-3·добу-1, SФ - фотосинтетична поверхня водоростей макрофитів, од.; показники меліоративного ефекту: Nмін - вміст азоту мінерального, Nвал - азоту валового, Рвал - фосфору валового, О%- насичення води киснем, ЗОР - вміст завислої органічної речовини, РФ - продукція фітопланктону, Nбак - загальне мікробне число, БСК5 - біохімічне споживання кисню. Меліоративний ефект оцінювали за величиною відношення абсолютних значень показників якості водного середовища за та у межах VНЖП.

Виведені залежності між показниками стану угруповання обростання і якісними характеристиками водного середовища, поряд із теоретичним значенням, можуть бути використані і на практиці для управління властивостями прибережних вод, на основі регуляції співвідношення їхнього обсягу і площі розміщеної в ньому поверхні твердого субстрату природного і штучного походження.

Висновки

1. Вперше для 76 видів і надвидових груп гідробіонтів Чорного моря (у тому числі макрофітів - 42 види, зоопланктону - 7 видів, мейобентосу - 5 таксономічних груп і макрозообентосу - 22 види) визначено калорійність, виведено рівняння, що дозволяють з високим ступенем точності визначати енергетичний еквівалент маси тіла макрофітів, а також донних та пелагічних безхребетних будь-якої систематичної належності, необхідний для біоенергетичних розрахунків, оцінки ролі гідробіонтів у біотичному балансі водних екосистем. Калорійність гідробіонтів коливалась в широкому діапазоні і залежала від їхніх розмірних характеристик та вмісту сухої беззольної ОР.

2. Виявлена тісна залежність темпів росту і інтенсивності дихання безхребетних від їхньої питомої калорійності. Виведено “універсальні” рівняння для прогнозування питомої продукції і дихання безхребетних за енергетичним еквівалентом маси їх тіла (PQ = 0,051·Q-0,235 і RQ = 0,049·Q-0,262), які дозволяють передбачити темпи росту організмів і їхній внесок в самоочищувальну здатність водойм на будь-якій стадії їх онтогенезу.

3. Уперше на основі фактичних даних про формування і розвиток угруповання обростання, а також фізико-хімічних властивостей твердих субстратів дана кількісна оцінка матеріалів, які найчастіше використовують у гідротехнічному будівництві (бетон, вапняк, граніт і гума використаних автопокришок). Встановлено стимулюючий ефект виділень гуми автопокришок на ріст морських одноклітинних та багатоклітинних водоростей, що необхідно враховувати при використанні цього розповсюдженого виду субстрату для будівництва ШР у евтрофованих акваторіях. З проаналізованих субстратів найбільш прийнятними для великомасштабного використання слід визнати вапняк і бетон.

4. Розроблено методику прогнозування чисельності личинок обростателів в періоди репродуктивної активності батьківських популяцій для виявлення тривалоперіодних змін їхнього кількісного розвитку. Установлено, що одним з компенсаторних механізмів підтримки стабільної чисельності личинок донних безхребетних у північно-західній частині Чорного моря (двостулкові молюски - 14300±4900, вусоногі раки - 2700±600, поліхети - 1600±200 екз·м-3) в умовах масової загибелі бентосу м'яких ґрунтів при евтрофуванні є посилення розвитку угруповання обростання прибережної зони моря. Лише за рахунок зростання їхньої нерестової активності тут за останні десятиліття зареєстровано збільшення чисельності двостулкових молюсків у 3, вусоногих раків - у 17, поліхет - у 29 разів.

5. Внаслідок евтрофування, яке порушило рівновагу між продукцією та розкладом ОР, і інтенсифікації перевезень водним транспортом, що широко використовує водяний баласт, істотну роль в біологічній структурі та функціональній активності екосистеми Чорного моря почали відігравати екзотичні види, що переселилися з інших районів Світового океану. В останні десятиліття відмічено збільшення питомої продукції масових мешканців планктону і бентосу Чорного моря в 1,5-2,1 рази, при цьому з 52 зареєстрованих екзотичних видів 17 - одержали масового розвитку. Більш 40% екзотів, не враховуючи риб, своїм життєвим циклом пов'язані з обростанням. Інтенсивність ненавмисного вселення гідробіонтів у Чорне море, спричиненого господарською діяльністю людини, за останнє десятиліття досягла максимальної швидкості - 1 вид/рік.

6. Вперше для Чорного моря складено біотичний баланс на прикладі прибережної морської екосистеми північно-західної частини моря, що включає донні і пелагічні рослини, безхребетних і риб. Встановлено, що основний потік енергії в прибережній зоні проходить через детритний харчовий ланцюг. При цьому зоопланктон, включаючи інфузорій, утилізує не більше 1,5%, а усі бентичні безхребетні, включно з організмами обростання - 96,7% енергії завислої ОР. Ключова роль у трансформації речовини та енергії належить обростанню, добовий обсяг споживання ОР яким складає 78,7%, що відповідає 16,4 кДж·м-3·добу-1 при розрахунку на одиницю об'єму водного середовища у життєвому просторі прибережної екосистеми.

7. Встановлено граничні значення функціональної активності угруповання обростання, що свідчать про зміни якості водного середовища, при яких відзначалося перевищення регламентованих нормативних показників. Перевищення рівня рН спостерігалося при інтенсивності продукції макрофітів більше ніж 150 кДж·м-2·добу-1, а БСК5 - у випадку досягнення швидкості осадонакопичення, що забезпечує раціон макрозообентосу більше ніж 280 кДж·м-2·добу-1 при розрахунку на одиницю площі поверхні субстрату або дна.

8. Розраховано кількісні співвідношення між рослинною і тваринною компонентами угруповання обростання. У процесі сукцесійних змін відзначено поступову заміну рослинної компоненти безхребетними. На стадії зрілого угруповання обростання в прибережній зоні Чорного моря співвідношення рослинної (WМ, г·м-2) і тваринної (WБ, г·м-2) біомаси може бути описано залежністю WМ = -0,01· WБ + 150.

9. Уперше виведена кількісна залежність, що дозволяє прогнозувати біомасу епіфітону (W, г·м-2) за величиною площі поверхні водоростевого субстрату (SФ, од.): W= 717,6 · SФ.

10. Обґрунтовано новий показник для опису взаємозв'язку угруповання обростання з водним середовищем, що відображає функціональну активність рослинної і тваринної компоненти угруповання. Установлено достовірну залежність якості водного середовища від коефіцієнта упакування твердого субстрату, що дорівнює відношенню загальної поверхні субстрату до площі дна, на якому він розміщений.

11. Уточнено визначення поняття найближчого життєвого простору (НЖП) обростання, що включає, поряд з геометричним обсягом води в межах зовнішнього контуру структурних елементів угруповання, об'єм води, який активно залучають тварини-обростателі в процесі життєдіяльності, наприклад, фільтрації. Запропоновано залежність для розрахунку обсягу НЖП за об'ємом тіла, енергетичним еквівалентом маси або швидкістю дихання безхребетних, що входять до складу обростання.

12. Вперше виведені залежності, що дозволяють прогнозувати біомеліораційні властивості гідробіоценозів, у тому числі обростання, для морських і прісноводних екосистем Чорного моря. Одержані кількісні характеристики мають важливе практичне значення і були використані при обґрунтуванні заходів щодо регулювання площі очеретяних заростей у Дунайському біосферному заповіднику.

13. Дослідження безхребетних обростання у межах 14 порядків величин НЖП уперше дозволило встановити кількісні залежності високого ступеня значущості. Вони дозволяють прогнозувати біомасу безхребетних (DW, мг·см-3) і самоочищувальну здатність водойми за рівнем дихання (R, мг О2·см-3·год-1), за різними показниками геометрії НЖП (VНЖП, см3 та S/S0, од.), зокрема DW = 26,9·VНЖП-0,18, R = 2,04·10-4·(S/S0)0,74.

14. Уперше виведені рівняння, що дозволяють прогнозувати зміни нормованих показників якості водного середовища (а саме: вмісту валового азоту і фосфору, завислої ОР, насичення води киснем, БСК5) за різними показниками геометрії твердих субстратів і структурно-функціональною організацією угруповання обростання. Знайдені залежності, поряд з теоретичним, мають велике практичне значення, оскільки можуть бути використані для управління якістю прибережних вод враховуючи розміщення твердого субстрату природного і штучного походження з оптимально підібраними розмірними характеристиками.

Якість води - це сукупність фізичних, хімічних, біологічних та бактеріологічних показників, які обумовлюють придатність води для використання у промисловому виробництві, побуті тощо.

Це виявляється у зміні її фізичних властивостей (прозорості, запаху, присмаку) та хімічного складу (кислотності, кількості органічних та мінеральних домішок, вмісту отруйних речовин тощо), у зменшенні вмісту у воді кисню, зміні кількості і видового складу мікроорганізмів, появі хвороботворних бактерій. Отже, забруднення природних вод може призвести до того, що вони стають непридатними для пиття, купання, а інколи і для технічних потреб. Як правило, забруднена вода непридатна і для використання у промисловості, оскільки порушує нормальний хід технологічного процесу, знижує якість вироблюваної продукції.

Природна вода, забруднена побутовими стоками, непридатна для водопостачання населення, бо шкідливі речовини та збудники хвороб, що містяться в ній, завдають великої шкоди здоров'ю людей, можуть викликати різні інфекційні захворювання (дизентерія, інфекційний гепатит, холера та ін.).

Екологічні наслідки забруднення Світового океану біогенними елементами, біотичними та абіотичними факторами зображено на схемі:

Рис.9. Екологічні наслідки забруднення Світового океану

Кінцевим результатом збільшення антропогенного тиску на екологічну систему океану є поступова деградація морських біоценозів з наступними несприятливими наслідками для здоров'я людини.

Дуже небезпечними для природних водних екосистем є стоки, що утворюються на підприємствах целюлозно-паперової промисловості. Останні скидають у водойми як целюлозні волокна, так і значну кількість органічних і неорганічних отруйних речовин. У стоках цих підприємств розчинені вуглеводи, жири та смоли, які легко окислюються за участю аеробних мікроорганізмів, що спричиняє активне поглинання розчиненого у воді кисню та пересичення водойм органікою.

Значну небезпеку для морських та океанічних акваторій становить перевезення нафти та нафтопродуктів танкерами. У результаті аварій суден, промивання резервуарів, неминучих втрат нафти при видобутку у шельфовій зоні, при завантаженні і розвантаженні суден щорічно у води Світового океану потрапляє 12-15 млн. т нафти.

Кожна тонна нафти вкриває тонкою плівкою приблизно 12 км2 водної поверхні і забруднює близько мільйона тонн морської води. Нафтова плівка викликає загибель заплідненої ікри, порушує процеси фотосинтезу і виділення кисню, тобто порушує газообмін між атмосферою і гідросферою. Ліквідація нафти диспергаторами, здебільшого ПАР (поверхнево-активними речовинами), екологічно не має сенсу, оскільки вони отруйніші за нафту.

Тривалість перебування решток нафти на берегах залежить від прибою хвиль. На скелястих та піщаних берегах вона невелика (2--3 міс), на ватах і солончаках дуже довга (понад 5 років). Деякі двостулкові мушльові молюски у випадку покриття моря нафтою можуть закрити свої стулки і порівняно з незахищеними організмами здобути селекційну перевагу. Для птахів, котрі сідають на воду, як більшість мартинів, це особливо небезпечно. Птахи, що пірнають (гагарка, топірець), плутають нафтові плями з їжею і отруюються. Нафта склеює пір'я, теплоізоляція порушується. Для підтримки температури тіла стає інтенсивнішим обмін речовин, через що витрачаються жирові резерви. Птах гине від виснаження. В процесі очищення нафта поширюється на пір'я і потрапляє до травної системи.

Моря та океани забруднюються не тільки нафтопродуктами. До них потрапляють промислові і побутові відходи, які містять солі різних металів, отрути, значну кількість пестицидів, добрив, миючих засобів, радіоактивних речовин. Вважають, що у водойми надходить більше 500 тис. різноманітних речовин. Важкі метали стоків (свинець, ртуть, цинк, мідь, кадмій) активно накопичуються у харчових ланцюгах, кінцеву ланку в яких займає людина. Тому відомі випадки масового отруєння людей ртуттю, що містилась у рибі, а також кадмієм при використанні недоброякісної води.

Стічні води, які містять органічні речовини, мають значну кількість біогенів. Вони здатні утримуватись часточками глини та гумусу і підвищувати родючість ґрунту. Після надходження біогенів до водних екосистем відбувається масове розмноження організмів фітопланктону. Внаслідок їх бурхливого росту та розмноження збільшується і кількість органічних решток (відмерлі особини), що веде до збільшення загальної маси органічної речовини у водоймі. Інтенсивний розвиток фітопланктону зумовлює помутніння води, а, отже, і погіршення умов для росту бентосних рослин. Зменшується також насичення води киснем, особливо у бентосній частині. Усі ці процеси погіршують умови для проживання водних тварин. Вода стає непридатною для життя, у ній починають переважати анаеробні процеси, накопичення отруйних для багатьох тваринних організмів речовин. Відбувається евтрофікація - підвищення біологічної продуктивності водних екосистем внаслідок накопичення у воді біогенних елементів, які надійшли до водойми природним шляхом або у результаті діяльності людини (антропогенне). Евтрофікація призводить до заростання водоймища, обміління, зниження рибної продуктивності і утворення на місці водойми болота.

Охорона водних ресурсів

Генеральна стратегія в галузі охорони водних ресурсів в усіх країнах світу передбачає: підпорядкування інтересів окремих водокористувачів загально-національним інтересам; застосування екологічно чистих ("зелених") технологій у виробництві для поліпшення якості вод, запобігання їх забрудненню і перегріванню; можливість позитивних змін у навколишньому середовищі з урахуванням альтернативних варіантів водопостачання і водоспоживання.

Забезпечення екологічної рівноваги та повне задоволення потреб населення і суспільного господарства водою можливі при поліпшенні якості води та водного режиму річок, раціональному використанні води підприємствами всіх галузей суспільного господарства та відтворенні водних ресурсів.

Усі промислові й сільськогосподарські підприємства зобов'язані:

· проводити заходи щодо економного використання водних ресурсів;

· застосовувати сучасні ефективні й досконалі технічні засоби і технології, щоб запобігти великим втратам і забрудненню води;

· контролювати якість і кількість скинутих у водні об'єкти промислових стоків тощо.

Чинним в Україні водним законодавством регламентується використання води певної якості. Не дозволяється, зокрема, застосовувати питну воду для охолодження блоків ТЕС, скидати у водойми стічні води із вмістом цінних відходів, які можна вилучити за допомогою спеціальних технологій. На підприємствах ефективним вважається зворотне водокористування, коли їх власні стічні води після локального очищення (на місці) повторно використовуються в технологічному циклі, і забруднені стоки взагалі не потрапляють у водойми.

Вода має надзвичайно цінну властивість - постійно самопоновлюватися під впливом сонячної радіації та самоочищення. Останнє полягає в перемішуванні забрудненої води з усією її масою у водному джерелі і подальшому процесі мінералізації органічної речовини та відмиранні бактерій. У природному самоочищенні води беруть участь бактерії, гриби, водорості. Встановлено, що в процесі бактеріального самоочищення через 24 год. залишається не більше 50 % бактерій, через 96 год. - 0,5 %. Для самоочищення забрудненої води необхідне багаторазове розбавляння її чистою водою. У разі сильного забруднення самоочищення води не відбувається, тому потрібні спеціальні заходи і методи щодо ліквідації забруднень, які надійшли із стічними водами.

Методи очистки стічних вод

Очистка стічних вод - це руйнування або вилучення з них окремих забруднюючих речовин.

Існує складна система класифікації очистки стічних вод, які зводяться до трьох загальних:

При механічному очищенні із стоків видаляють тверді нерозчинні часточки (пісок, грунт, мул, каміння тощо). Для цього використовують різні відстійники-накопичувачі, фільтри, цептрифуги. На тваринницьких комплексах і великих фермах розділяють відходи на тверду і рідку фракції. Рідку знезаражують і використовують для поливу, а твердий осад - як добрива.

Хімічним способом очищають механічно очищені стоки. Для цього и них вносять хімічні реагенти, які вступають у реакції із забруднювальними речовинами стічних вод. Сполуки, що утворюються, випадають в осад,і їх видаляють.