Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Причины и агенты эвтрофирования

1.1 Стадии эвтрофирования

1.2 Последствия эвтрофирования. Хозяйственные последствия эвтрофирования

1.3 Последствия антропогенного эвтрофирования

1.4 Последствия эвтрофирования для фитопланктона

2. Мониторинг и контроль антропогенного эвтрофирования

2.1 Подсистема мониторинга антропогенного эвтрофирования

2.2 Формирование сети наблюдений

3. Проблема лимитирования продуктивности водоемов

4.Показатели трофического состояния водоемов

5. Факторы, определяющие антропогенное эвтрофирование

5.1 Природные факторы. Абиотические

5.2 Биотические факторы

5.3 Антропогенные факторы

5.4 Антропогенные изменения круговорота органических и биогенных веществ

Заключение

Список используемой литературы:

Введение

В конце прошлого века стало очевидным, что ухудшение качества поверхностных вод и потеря ими своей ресурсной ценности связаны не только с прямыми загрязнениями водных объектов, поступающими от различных источников, но и с нарушением экологического равновесия, приводящего к ломке механизмов самоочищения и появлению вторичных негативных эффектов.

Одной из главных причин деградации водных объектов является недостаточная изученность влияния деятельности человека на внутриводоемные процессы и функции биоценозов. Наиболее очевидным проявлением экологического дисбаланса в поверхностных водах является антропогенное эвтрофирование (в быту «цветение воды»), которое во второй половине прошлого века стало проблемой глобального масштаба, поскольку последствиями этого процесса являются вторичное загрязнение воды и нарушение всех других видов водопользования.

Эвтрофирование в перечне экологических проблем поставлено на первое место, как наиболее очевидная угроза экологической безопасности и ресурсной ценности поверхностных вод. Коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов, вызывающие бытовое загрязнение.

Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование водоемов и водотоков. Сущность эвтрофирования заключается в накоплении органического вещества, фотосинтезируемого водорослями (пищевых ресурсов) при избыточном поступлении в водные объекты биогенных (питательных) веществ из антропогенных источников. Избыточная биомасса водорослей разлагается, вызывая ухудшение качества воды и нарушение всех видов водопользования, а в итоге может приводить к полной деградации водной экосистем.

1. Причины и агенты эвтрофирования

Главными агентами эвтрофирования могут выступать соединения азота и фосфора, главным образом в виде нитратов и фосфатов.

В конце 1960-х гг. было широко распространено убеждение о загрязнении рек, озер и подземных вод нитратами бытовых сточных вод, сточных вод животноводческих комплексов и, особенно, возделываемых полей. Наибольшие опасения вызывал тот факт, что высокое содержание нитратов в воде может вызвать заболевания. Например, метгемоглобинемию, или синдром «blue-baby» - у детей младше 6 мес. Заболевание это чрезвычайно редкое, но между 1945 и 1960 гг. в мире было зарегистрировано 2000 случаев. В США погиб 41 младенец, в Европе - 80.

Главной угрозой, которую представляют нитраты для окружающей среды, является эвтрофирование водоемов. Источники поступления агентов эвтрофирования: естественное вымывание питательных веществ из почвы и выветривание пород; сбросы частично очищенных или неочищенных бытовых сточных вод, содержащих органические соединения азота и фосфора, нитраты и фосфаты; смыв неорганических удобрений, содержащих нитраты и фосфаты; смыв с ферм навоза, содержащего органические соединения азота и фосфора, нитраты, фосфаты и аммиак; смывы с нарушенных территорий (шахты, отвалы, стройки, неправильное использование земель); сбросы реагентов, содержащих фосфаты; поступление нитратов из атмосферы.

1.1 Стадии эвтрофирования

При эвтрофировании водная экосистема последовательно проходит несколько стадий. Сначала происходит накопление минеральных солей азота или фосфора в воде. Эта стадия, как правило, непродолжительна, так как поступающий лимитирующий элемент немедленно вовлекается в кругооборот и наступает стадия интенсивного развития водорослей. Нарастает биомасса фитопланктона, увеличивается мутность воды, повышается концентрация кислорода в верхних слоях воды.

Затем наступает стадия отмирания водорослей, происходят аэробная деградация детрита, резкое изменение характеристики химического состава воды. Интенсивно отлагаются донные илы с повышенным содержанием органики. Отмечаются изменения зооценоза (замещение лососевых рыб карповыми). Наконец, наступает полное исчезновение кислорода в глубинных слоях и начинается анаэробное брожение. Характерно образование сероводорода, сероорганических соединений и аммиака. Опасности эвтрофирования подвергаются даже моря. Так, в настоящее время Северное море получает азота в 4 раза больше фонового уровня, фосфатов - в 7 раз больше фонового. От этого прироста 37 % азота и 68 % фосфата - из бытовых сточных вод, 60% азота и 25% фосфатов - из сельскохозяйственных смывов.

водоем эвтрофирование антропогенный

1.2 Последствия эвтрофирования. Хозяйственные последствия эвтрофирования

Обильная растительность может препятствовать движению воды и водного транспорта, вода может стать непригодной для питья даже после обработки, рекреационная ценность водоема может снизиться, могут исчезнуть коммерчески важные виды рыб (такие как форель). Наконец, эвтрофирование приводит к вспышкам «цветения» (массового развития) водорослей.

Цветение водорослей наносит двоякий ущерб водной системе. Во-первых, оно снижает освещенность, вызывая гибель водных растений. Тем самым нарушаются естественные местообитания многих гидробионтов - организмов, в ходе эволюции приспособленных к обитанию в водной среде. Во - вторых, при отмирании водорослей потребляется много кислорода, что может привести к тем же последствиям, что и прямое внесение органики в воду.

Кроме обогащения воды легкоокисляемой органикой, приводящей к заморам, водоросли способны продуцировать в токсические вещества (так называемые альготоксины). Так, Alexandrium tamarense вырабатывает сакситоксин нервно-паралитического действия, аккумулируемый съедобными моллюсками. Prymnesium parvum выделяет вещества, высокотоксичные для рыб. Токсины, образуемые Microcystis, Aphanizomenon,Anabaena, действуют на печень и могут быть нейротоксичны. Например, в 1989 г. при массовом развитии сине-зеленых водорослей в английских озерах погибло несколько собак.

1.3 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.

Доля антропогенных веществ в стоке органического вещества намного ниже, чем в стоке биогенных элементов.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.

1.4 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.

2. Мониторинг и контроль антропогенного эвтрофирования

2.1 Подсистема мониторинга антропогенного эвтрофирования

2.2 Формирование сети наблюдений

Формирование сети наблюдений за процессом антропогенного эвтрофирования необходимо производить на основе анализа размещения действующих пунктов контроля.

При этом необходимо исходить из следующих общепринятых положений: наиболее благоприятные условия для усиления процессов антропогенного эвтрофирования создаются на мелководных участках озер и водохранилищ, в прудах и на зарегулированных водотоках, где принципиально меняются гидрологические условия функционирования экосистем; неравномерность антропогенного воздействия, а следовательно, и физико-химических условий водной среды приводят к образованию в пределах одной экосистемы специфических микроэкосистем.

Так, например, в поверхностном слое эвтрофирующихся водоемов отмечается гетерогенность, особенно заметная в период массового "цветения" фитопланктона и обусловленная так называемыми пятнами "цветения", которые могут иметь самую разнообразную форму и размер.

Поэтому в первую очередь необходимо изучать наиболее характерные участки водоемов, поскольку обстоятельная характеристика экосистем крупных водоемов и водотоков невозможна без характеристики их основных частей. Выбор сети пунктов наблюдений проводится на основе характеристики гидролого-экологического состояния водного объекта. При обследовании водоемы изучаются на всем их протяжении с целью выявления пространственных неоднородностей распределения величин, характеризующих как функционирование экосистемы водоема в целом, так и отдельных его биотопов.

Учитывая высокую пространственно-временную неоднородность и изменчивость показателей экологического состояния водных экосистем, вопрос отбора представительных проб приобретает особое значение. При проведении обследования водного объекта особенно важно провести отбор проб по всей акватории за время, много меньшее временной и пространственной изменчивости ее состояния, с пространственным интервалом, исключающим пропуск характерных аномальных участков водного объекта.

При выборе пунктов режимных наблюдений предпочтение отдается таким участкам водных объектов:

- где наиболее ярко проявляются различия в структурно-функциональной организации сообществ водных организмов, что наглядно отражает последствия антропогенного воздействия;

- которые находятся под влиянием как существующих,так и проектируемых источников поступления веществ, за счет которых потенциально возможно усиление процессов эвтрофирования пресноводных экосистем.

2.3 Программа наблюдений

Программа наблюдений за антропогенным эвтрофированием должна обеспечить комплексную (по набору показателей) и интегральную (по пространственным координатам) оценку экологического состояния пресноводных экосистем. Поскольку уровень эвтрофирования и его последствия зависят от "биографии" водных экосистем, весьма разнообразных на обширной территории России, для контроля за антропогенным эвтрофированием предусматривается проведение согласованного гидрохимического и гидробиологического контроля воды, взвешенных веществ и донных отложений по ряду приоритетных показателей.

В современных условиях определяющую роль в усилении процесса эвтрофирования играет фактор накопления биогенных элементов в водной среде больших и малых водоемов, поэтому режим биогенных элементов рассматривается как исходный показатель потенциального эвтрофирования. Характер развития фитопланктона является следствием последнего. Формирование и развитие фитопланктона, в свою очередь, определяется комплексом факторов, характеризующих физико-географическую, гидрологическую, гидрохимическую, гидробиологическую структуру водоема.

В программу исследований включают показатели, характеризующие состав органического вещества с точки зрения соотношения в нем углерода, азота и фосфора. Это вызвано тем, что скорость и направленность антропогенного эвтрофирования определяются не только минеральными соединениями азота и фосфора, но и качественным составом органического вещества. При этом целый ряд органических веществ антропогенного и биогенного происхождения способны играть роль стимуляторов в биотических процессах.

На основе результатов изучения антропогенного эвтрофирования экосистем разных физико-географических зон было принято в число обязательных при систематическом контроле за антропогенным эвтрофированием включать следующие гидрохимические показатели их состояния:

- растворенный кислород;

- биохимическое потребление кислорода (БПК5);

- азот аммонийный;

- азот нитритный;

- азот нитратный;

- азот общий;

- фосфор фосфатный;

- фосфор общий.

Из гидробиологических показателей в число обязательных рекомендовано включать:

- качественные и количественные показатели развития фитопланктона;

- общую численность бактериопланктона;

- первичную продукцию и деструкцию органического вещества;

- качественные и количественные показатели развития макрозообентоса.

3. Проблема лимитирования продуктивности водоемов

В общем случае процесс первичного продуцирования лимитируется тремя абиотическими факторами: температурой воды, проникающей в воду солнечной радиацией и биогенным питанием водорослей. Первый фактор полностью подчиняется зональным географическим закономерностям и, если не считать дискутируемого в настоящее время процесса потепления климата Земли вследствие парникового эффекта, относится к нерегулируемым внешним воздействиям на экосистему. Исключение составляют водоемы, подверженные сбросу теплых вод электростанций, в которых тепловой режим резко изменяется под воздействием антропогенного влияния. Второй фактор также существенно зависит от географической зональности, однако здесь исключений гораздо больше. В отдельных случаях высокая мутность вод, обусловленная большим количеством минеральной взвеси в водоеме, может оказывать контролирующее влияние на процесс фотосинтеза в водоеме. С ограничивающим действием светового фактора связано также явление самозатенения, при котором в результате интенсивного развития фитопланктона заметно снижается проникновение света в воду и недостаток освещенности может лимитировать процесс фотосинтеза. Это явление, однако, проявляется только в гиперэвтрофных водоемах и не имеет решающего значения в развитии процесса эвтрофирования в олиготрофных и мезотрофных водоемах. Таким образом, в проблеме лимитирования процесса эвтрофирования на первый план выступает установление лимитирующего биогенного элемента, антропогенные источники которого способствуют развитию первичного продуцирования и ускоренного изменения экосистемы водоема.

Как известно, рост водорослей основан на потреблении, по крайней мере, 19 биогенных элементов, однако большая их часть требуется водорослям в незначительных количествах. В дополнении к трем жизненно важнейшим элементам (углерод, кислород и водород) для образования протоплазмы живой клетки в сравнительно большом количестве требуются азот и фосфор. Кислородного и водородного лимитирования в природе не наблюдается никогда - кларки этих элементов и их распространенность в биосфере достаточно велики. Углеродное лимитирование отмечается крайне редко и так же, как самозатенение, только в гиперэвтрофных водоемах, поскольку углекислый газ атмосферы выступает в качестве практически неисчерпаемого источника углерода для экосистемы. Исследования, основанные на обобщении данных мониторинга эвтрофирования водоемов мира, убедительно подтвердили ведущую роль фосфора и азота в процессе эвтрофирования. В основу этого доказательства были положены различные методы. Во-первых, зависимость развития фитопланктона от фосфора и азота была установлена простыми сопоставлениями их концентраций в озерах. Статистически значимые оценки связей концентраций биогенных элементов с хлорофиллома, как показателем развития фитопланктона, биомассой и продуктивностью озер получены для различных регионов. Во-вторых, фосфорное лимитирование фитопланктона подтвердили детальные исследования метаболической активности водорослей в озерах. Как было установлено, межклеточная энзимная активность водорослей, показателем которой служат щелочные фосфатазы, изменяется в соответствии с условиями биогенного питания водорослей. Цикл специальных исследований в этом направлении был выполнен в России А.А.Былинкиной и Н.А.Трифоновой, за рубежом Ф.Лином и Д.Пиком, Р.Хитом и Г.Куком. Путем определения щелочных фосфатаз можно оценивать в водохранилищах напряженность метаболических процессов, тесно связанных с развитием процесса эвтрофирования. Еще один физиологический индикатор фосфорного лимитирования в экосистеме был предложен Ф.Пиком и Д.Лином, оценивавших степень фосфорного дефицита по соотношению к скорости оптимального фотосинтеза и максимальной скорости потребления фосфора водорослями.И наконец, комплекс специальных экспериментов, проведенных на некоторых озерах Канады с искусственными добавками азота и фосфора убедительно доказал определяющую роль этих элементов в процессе эвтрофирования. В настоящее время среди лимнологов нет сомнений, что в большей части водных экосистем лимитирующим элементом является либо фосфор, либо азот. Суммируя результаты многочисленных исследований эвтрофирования природных вод, можно прийти к выводу, что в озерах приоритет отдается фосфору - по современным оценкам в более чем 80% исследованных водоемов первичное продуцирование лимитируется этим элементом. Этим внутренние водоемы принципиально отличаются от океанов, в которых, как известно, процесс первичного продуцирования лимитируется азотом .

Преимущественное лимитирование первичного продуцирования в водоемах этим элементом обусловлено, главным образом, двумя обстоятельствами.

Первое - поступление фосфора в водоемы из антропогенных источников росло и продолжает расти быстрее, чем азота. Причина этого состоит в более широком использовании фосфорсодержащих веществ в коммунальном хозяйстве, особенно резко возросшим после 1945 года, когда в качестве бытовых моющих средств стали применяться порошковые детергенты, содержащие в основе полифосфаты. По оценкам Оуэнса фосфор детергентов достигает 50% всего фосфора канализационных стоков современных городов. В качестве примера можно сослаться на расчеты П.Годфрея, установившего, что фосфор детергентов определяет 32% общей фосфорной нагрузки оз.Кейюга.

Физиологические показатели роста водорослей могут быть весьма надежными критериями при определении лимитирующего элемента питания водорослей. Однако их определение достаточно трудоемко, поэтому в настоящее время наиболее распространенный метод установления лимитирующего элемента основан на определении количественного соотношения азота и фосфора в воде водоема. Известно, что среднее атомное отношение азота к фосфору в составе клеточного вещества, (называемое отношением Рэдфилда) в среднем составляет 16:1.Экспериментальными наблюдениями, как в макрокосмах, так и в озерах, было показано, что это отношение в клетках водорослей может варьировать в весьма широком диапазоне в зависимости от физиологических условий развития фитопланктона и его видового состава, но в целом измеренное в воде соотношение этих элементов может служить хорошим индикатором лимитирования по одному из них. В случае значительного превышения отношения Рэдфилда лимитирует фосфор, при низком отношении - азот. При близком к указанной величине отношения азота к фосфору система может быть лимитирована обоими этими элементами или характеризуется быстросменяющимися условиями лимитирования. Последующие исследования, однако, показали, что указанное условие не является достаточно жестким. Так, например, хорошая связь величины первичной продукции с содержанием фосфора получена даже для тех озер, в которых отношение N:P относительно мало. И наоборот Смитом установлено существенное влияние азота на рост водорослей даже при явном фосфорном лимитировании (при соотношении N/P >35).

Существует еще ряд простых способов для подтверждения лимитирования одним из этих элементов. При достаточно надежных и длительных наблюдениях лимитирование может быть выявлено путем анализа связей развития фитопланктона с концентрациями фосфора или азота. Более высокая теснота такой связи для некоторого элемента указывает на преимущественное его лимитирование. На недостаток элемента в питании водорослей косвенно указывает его полное исчезновение из воды. Однако для клеток водорослей известна способность при остром лимитировании запасать фосфор в виде полифосфатов. Именно эта способность, а также очень быстрый круговорот фосфора в период активного фотосинтеза может поддерживать относительно высокую продукцию при минимальных концентрациях фосфора в воде. Лимитирование может быть определено и экспериментально путем искусственных добавок минеральных соединений азота и фосфора в пробы воды водоема и наблюдениями за реакцией фитопланктона на эти добавки. Такие опыты показывают потенциальную потребность фитопланктона водоема в том или ином элементе.

Необходимо обратить внимание на общую закономерность изменения отношения азота к фосфору в водоемах суши. Для наиболее чистых олиготрофных и мезотрофных озер характерно отношение азота к фосфору 30-40 : 1, для озер с сильно гумифицированной водой это отношение может достигать 130 : 1, для эвтрофных озер оно снижается до 20-25 : 1, для гиперэвтрофных озер до 10-15 : 1, что подчеркивает определяющую роль фосфора в эвтрофировании. Отношение азота к фосфору в коммунальных сточных водах составляет 5 : 1, для сточных вод животноводческих комплексов 3 :1. Поэтому в водоемах, находящихся под сильным воздействием коммунальных сточных вод или принимающих стоки животноводческих комплексов можно ожидать лимитирование фитопланктона азотом.

Помимо абсолютных концентраций биогенных веществ в водоемах немаловажное значение для развития фитопланктона имеет их соотношение. В одном из первых специальных исследований этого вопроса В.Смит на основе обобщения данных по 228 озерам получил множественную регрессионную зависимость содержания хлорофилла как функции концентраций фосфора и азота, подтверждающую влияние отношения этих элементов на развитие фитопланктона. По-видимому, в известных фактах различной реакции озер на изменение фосфорной нагрузки как раз и проявляется влияние этого отношения. И.Прэри установил, что наклоны связей хлорофилл-а - фосфор и хлорофилл-а - азот определяются отношением N/P и при указанном отношении равным более 28 эти связи становятся нелинейными, что было подтверждено фактическими данными.Большинством исследователей разделяется мнение, впервые высказанное Р.Фолленвейдером, что при большой степени эвтрофирования лимитирование переходит от фосфора к азоту и отношение азота к фосфору снижается. В качестве причин такого перехода выступает то, что в эвтрофных озерах начинает большую роль играть процесс денитрификации.Определенное значение имеет также то, что в высокопродуктивных озерах с бескислородными условиями в гиполимнионе резко возрастает доля внутренних источников фосфора, изменяющая соотношение концентраций этих элементов в водоеме.

4.Показатели трофического состояния водоемов

Принципиальный момент при оценке процесса эвтрофирования - определение трофического состояния водоемов, которое фактически отражает метаболизм экосистемы (поступление, накопление и расходование энергии). Основы типологической классификации трофического состояния водоемов были заложены еще классиками современной лимнологии Науманом и Тинеманом. Предложенное Науманом разделение водоемов на олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные до сих пор остается основополагающим при оценке развития водных экосистем. В действительности процесс эвтрофирования водоемов представляется (даже при ускоренном антропогенном эвтрофировании) непрерывно сглаженным от состояния, когда водная среда бедна биогенными веществами и малопродуктивна (олиготрофный водоем) до состояния избытка биогенных веществ и высокой продукции. Поэтому выделение дискретных состояний весьма условно и позволяет предложить лишь наиболее общие градации трофического состояния водоема. Иногда используют и дополнительные промежуточные категории - ультраолиготрофный, олиго-мезотрофный, мезо-эвтрофный, гиперэвтрофный водоем.

Наиболее распространенный и простой способ оценки трофического состояния водоема - использование классификаций на основе градаций показателей, характеризующих экосистему. Исключительное разнообразие и изменчивость географических и экологических условий эвтрофирования обусловили появление большого количества различных классификаций, включающая перекрывающиеся границы трофических уровней.

5. Факторы,определяющие антропогенное эвтрофирование

Увеличение запасов минеральных и органических веществ в водоем происходит как под влиянием природных так и антропогенных факторов.

5.1 Природные факторы.Абиотические

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.

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.

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 NH4-N; 0.05-0.6 NO3-N; 0.07-1.07 Pобщ.; 10.9-19.2 Cорг., а также Nорг., аминокислоты, сахара.

5.2 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.

5.3 Антропогенные факторы

5.4 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. 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. 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.

Заключение

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.

Список используемой литературы:

1.Маркленд Х.Р.Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования - Л.: Гидрометиоиздат,2000. - 320 с.

2.Зилов Е.А. Гидробиология и водная экология. Организация, функционирование и загрязнение водных экосистем, Иркутск:Изд-во иркутского гос. университета. - 2009.

3. Науменко М.А.: Эвтрофирование озёр и водохранилищ-Изд-во РГГМУ,2007.

Размещено на Allbest.ru