ЯВЛЕНИЕ «ЦВЕТЕНИЯ ВОДОЕМОВ».

В процессе биоразложения бактериями бытовых сточных вод вы­свобождаются не только углекислота и вода, но и азот и фосфор (в виде неорганических соединений), которые первоначально вхо­дили в состав белков растений и животных.

Эвтрофикация - повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов.

Различают естественную (природную) и антропогенную эвтрофикацию. Эвтрофикация может происходить в результате естественной сукцессии водоема. Наиболее ярким примером является трансформация олиготрофного озера в мезотрофное и затем в эвтрофное.

Антропогенная эвтрофикация происходит в результате обогащения водоемов биогенными веществами, поступающими в результате деятельности человека, в том числе с промышленными и бытовыми сточными водами.

Процессы, происходящие при естественной и антропогенной эвтрофикации, схожи, однако в случае природной эвтрофикации темп изменений значительно ниже. Критерий скорости – один из самых надежных при диагностике антропогенной эвтрофикации, развитие которой измеряется не столетиями, что наиболее обычно для естественного процесса, а годами или десятками лет. Чаще всего, когда употребляют термин эвтрофикация, имеют ввиду именно эвтрофикацию антропогенную.

Эвтрофикация водоемов часто сопровождается ухудшением их социального значения и биосферных функций экосистем. В этом случае эвтрофикация выступает как особая форма загрязнения. Однако это явление не всегда ведет к деградации водных экосистем и может быть полезной для человека. Кроме того, следует четко различать два процесса: дополнительное поступление в водоемы биогенов (предпосылка эвтрофикации) и само это явление (эвтрофикацию). В рыбоводстве дорогостоящие биогены специально вводят в водоемы ради повышения продуктивности, но об опасности эвтрофикации прудов речь не идет. Интенсивное поступление биогенов в озера и водохранилища не всегда сопровождается их эвтрофированием, если направить работу экосистемы в нужном направлении.

Факторы, способствующие возникновению эвтрофикации водоемов.

Вещества, способствующие эвтрофикации водоемов, разнообразны по своему происхождению, составу, физиологическому и экологическому значению. Из них основные - фосфор и азот, значительно реже углерод, кремний и некоторые другие. Из двух первых биогенов большее значение имеет фосфор; реже лимитирует развитие автотрофов азот, что в значительной мере связано со способностью многих бактерий и синезеленых водорослей к его фиксации Испытание действия различных сочетаний биогенов вскрыло регулирующую роль фосфора в формировании продукционного процесса. Повышениеегосодержания усиливает потребление кремния диатомовыми водорослями и способствует более полному использованию фитопланктоном имеющегося в воде азота. В определенных условиях стимулирующее действие на развитие автотрофов оказывают железо, медь, кобальт, бор, марганец, молибден и др. Вместе с тем заметно усиливать развитие водорослей могут различные очищенные коммунальные стоки, в которых образуются различные биостимуляторы.

В первую очередь избыточное накопление биогенов обусловлено поступлением их с водосборной площади, с коммунальными стоками, атмосферной пылью, а также рекреационным использованием водоемов. Это накопление резко возрастает вследствие интенсификации сельского хозяйства, в частности все более широкого применения минеральных удобрений. Значительную роль при этом играет усиление смыва поверхностных слоя с почвы. Установлено, что 10 – 25% вносимого в почву азота и 1 – 5% фосфора попадает в водоемы. По мере роста населения и развития централизованной канализации непрерывно увеличивается поступление биогенов с коммунальными стоками. Этому способствует, в частности, употребление во все больших количествах моющих средств, содержащих фосфор.

Явление «цветения водоемов» как следствие эвтрофикации.

Одно из важнейших отрицательных проявление антропогенной эвтрофикации, - цветение водоемов - массовое развитие фитопланктона. Наиболее часто этот процесс вызывается синезелеными водорослями (Microcystis, Аnаbaenа, Aphanizomenon и другими), однако цветение воды могут вызывать и водоросли других отделов, например диатомовые.

Цветение воды отрицательно влияет на хозяйственное использование водоемов:

1. Обилие водорослей ухудшает питьевые качества воды, т.к. происходит выделение метаболитов водорослями, придающих воде различные запахи и привкусы. У некоторых синезеленых водорослей продукты обмена ядовиты и при цветении могут накапливаться в воде.

2. Затрудняется переработка воды при организации питьевого водоснабжения в результате засорения фильтров.

3. Появляется дефицит кислорода в результате того, что водоросли в большом количестве потребляют его в процессе дыхания. Кроме того, это усугубляется еще и тем, что в случае гиперцветения водоросли всплывают к поверхности после отмирания и образуют сплошной ковер, ухудшающий условия атмосферной аэрации воды, провоцируя заморные явления в воде.

4. Разложение отмерших водорослей сопровождается образованием продуктов анаэробного распада. Гниение массы водорослей, выброшенных на берег или скапливающиеся около него, ухудшают возможность рекреационного использования водоемов.

Как уже упоминалось выше, наиболее часто цветение вызывается синезелеными водорослями, которые также называются цианобактериями. Эти организмы, возникшие около 4 млрд лет тому назад почти одновременно с водной оболочкой Земли, очень устойчивы к самым неблагоприятным условиям среды

Какие же свойства синезеленых водорослей обусловили такую широкую экологическую пластичность, позволившую им просуществовать на протяжении такого промежутка времени и сейчас занимать очень важное положение в водных экосистемах?

- Способность к быстрому размножению в условиях, которые для других водорослей являются неблагоприятными, что связано с выносливостью к экстремальным температурам и концентрациям солей, низкому содержанию биогенов, к слабой освещенности, наличию Н₂S, малому количеству кислорода и т.д.

- Способность помимо обычного фототрофного, к миксотрофному питанию, а также способность многих из этих водорослей к фиксации азота.

Во время массового развития синезеленых водорослей образуются характерные «пятна цветения». Пятна цветения разбиваются штормами, водоросле выбрасываются на мелководье и прибрежные отмели. В естественных условиях это явление наблюдается редко, лишь в теплых водоемах с большим содержанием природных биогенов. В настоящее время цветение воды наблюдается во многих водоемах, для которых при нормальной экологической ситуации это явление не свойственно.

Меры по предупреждению антропогенной эвтрофикации.

Основная мера предупреждения эвтрофикации водоемов сводится к их охране от избыточного поступления биогенов, в частности фосфора и азота. Эта мера осуществляется многими путями.

К ним относится повышение культуры земледелия, сопровождающееся уменьшением стока биогенов с сельскохозяйственных угодий. Другой путь - перехват биогенов, выносимых с сельскохозяйственных угодий.

Поступление биогенов в водоемы с коммунальными и другими стоками предупреждается двумя способами.

1. Первый из них - более или менее полное освобождение стоков от биогенов, особенно фосфора. Для этого используются осаждение его (солями алюминия, железа, известью), обратный осмос, ионный обмен и ряд других методов.

2. Другой путь обезвреживания стоков - снижение в них концентрации фосфора за счет использования детергентов с меньшим содержанием этого биогена.

При наличии эвтрофикации этот процесс может быть прекращен или уменьшен различными химическими, физическими и биологическими методами.

Химические – внесение в водоем различных препаратов, подавляющих первичное продуцирование (медный купорос, альгоциды).

Физические – разбавление эвтрофицируемых вод чистыми, удалению ила и богатых биогенами вод гиполимнеона, аэрация воды. Особенно в малых водоемах при аэрации усиливается минерализация органики, сокращается или прекращается ее накопление в водоеме.

Биологические – наиболее перспективные, к ним относятся:

- культивирование зарослей макрофитов в прибрежной полосе с последующим изъятием их фитомассы, при этом происходит перехват биогенов и предотвращается развитие фитопланктона;

- разведение растительноядных рыб.