В чем сущность процесса антропогенного эвтрофирования водоемов. Эвтрофикация - это что такое? Причины, признаки и последствия процесса
Многим из нас приходилось наблюдать картину, когда некогда красивый пруд, ставок или озеро превращается в зеленую некрасивую муть. Что же происходит с этими водоемами и что им может помочь сохранить свою экосистему?
То, что губит водную среду
По-научному данное вредное явление называется эвтрофикация. Это слово буквально означает «обильное питание», то есть водоем наполняется азотом и фосфором, что, в свою очередь, провоцирует «цветение» воды и ухудшает ее качество. Такой избыток этих также способствует чрезмерному появлению анаэробных микроорганизмов. Все это ведет к уменьшению кислорода в воде, из-за чего начинается массовая гибель рыбы. Также из-за разросшихся водорослей остальные растения водоемов не получают достаточного количества солнца, вследствие чего истощается флора.
Причины загрязнения
Нередко эвтрофикация - это всего лишь естественный процесс старения озера. На протяжении сотен лет на дно постоянно оседает ил, от чего чаша перестает быть глубоководной. Поэтому некогда чистый пруд превращается в застоявшиеся мутные воды, непригодные для обитания рыб. Также есть такое понятие, как комбинированная эвтрофикация. В этом случае ходу «запустения» способствуют многие факторы, такие как опавшие листья, поваленные деревья, мусор прохожих и туристов. Но это не единственные источники загрязнения водоемов. Многие воды страдают исключительно из-за деятельности людей. Эти застоявшиеся процессы природа «растягивала» на тысячи лет, но люди смогли их ускорить и испортить всего за несколько десятилетий. Виной тому являются обильные выбросы аммиака и
Последствия
Причины эвтрофикации водоемов, о которых упоминалось, ведут к тому, что в водной среде начинают интенсивно появляться биогены. Они способствуют возникновению следующих процесов:
- Живые организмы в воде начинают отмирать и падать на дно. Из-за ощутимого разложения на глубине практически исчезает кислород. Из-за этого остальная часть рыбы также гибнет, что запускает новую цепочку, она разлагается, кислород исчезает и усиливается эвтрофикация. Это, в свою очередь, запускает почти
- Вода становится темной из-за появления огромного числа планктона. По этой причине свет не способен пробиться до дна, вследствие чего на глубине исчезают полезные растения водоемов. Без подводной флоры не может образовываться кислород.
- В летний период из-за биогенов ситуация усложняется, поскольку холодные воды, протекающие на дне, и горячие сверху не могут смешаться, поэтому эвтрофикация водоемов усиливается.
- С наступлением вечера большое количество планктона начинает поглощать остатки кислорода, к утру истощая водоем, рыба остается без воздуха. Это влечет ее гибель.
- Если водоем служил источником воды для населения, со временем он может стать непригодным. Такое случается из-за того, что анаэробные процессы способствуют появлению в воде ядовитых элементов, таких как метан и сероводород.
Признаки загрязнения
Эвтрофикация водоемов определяется по внешним характеристикам. Жидкость источает характерный «тяжелый» аромат, а на ее поверхности появляется налет. Также можно заметить обильное появление тины, «островки» водорослей с ряской. Эта зелень окрашивает воду в соответствующий оттенок. На дне появляется густая, вязкая и неприятная масса из органических отложений. Если оставить этот процесс на самотек, пруд вскоре измельчает и станет болотом.
Морская среда и азот
К сожалению, некоторые моря также подвержены губительному воздействию. В основном в эти воды азот попадает из близлежащих земель, на которых он оседает. смывают с почвы этот элемент и уносят в море. В этих местностях обычно преобладает теплый климат, а это провоцирует скорейшее разложение органических продуктов.
Способность к восстановлению
Известно, что эвтрофикация - это не безвозвратный процесс. Он способен остановиться, и постепенно водоем восстанавливает свою изначальную экосистему. Это касается не только тех случаев, когда процесс запустения еще в самом начале. Даже при длительном «заражении» водоемы способны самостоятельно «излечиться». Но для этого есть важное условие. Экосистема возобновляется, если утечка азота устраняется или максимально снижается. Бывали случаи восстановления, когда водоем очень долго напитывался азотом. При удалении этого источника в почве все равно оставалось большое количество накопленного вещества. Но растительность служила словно непроницаемым ковром, который не давал пагубно влиять на водную экосистему. Озеро действительно восстанавливалось. К сожалению вблизи рек и водоемов начиналась или разработка карьеров, и этот «защитный» слой, который защищал жидкость от азота, нарушался, и процесс эвтрофикации возобновлялся.
Как очистить водоемы?
Если пруд, ставок или озеро имеет небольшие размеры, в него можно установить специальный фильтр. Интересно то, что в прошлые годы люди высыпали на загрязненное дно древесный уголь, который является своеобразным фильтром. Такой метод отчасти был успешным. Также создан биологический способ. В этом случае в воду добавляются специальные микроорганизмы, которые «поедают» лишний азот и фосфор. Но для этого метода стоит провести лабораторный анализ воды, чтобы точно знать, какие бактерии окажутся полезными. Третий вариант - это воспользоваться химией, которая позволяет привести в норму кислотно-щелочной баланс. И последний, самый дорогостоящий способ - это установить прибор, который наполняет водное пространство ультрафиолетовыми лучами. Они способствуют тому, что вредные микроорганизмы теряют способность к делению и постепенно вымирают.
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.
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.
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.
ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ - повышение уровня первичной продукции вод благодаря увеличению в них концентрации биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША - совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Данным понятием обычно пользуются при исследовании взаимоотношений экологически близких видов, относящихся к одному трофическому уровню. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПИРАМИДА - графическое изображение соотношения различных трофических уровней. Основанием пирамиды служит первый уровень - уровень продуцентов. Может быть трех типов: пирамида чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии.[ ...]
Эвтрофикация водоемов - чрезмерное обогащение водной среды питательными веществами.[ ...]
Эвтрофикация водоема в значительной степени определяется привносом извне биогенных элементов. В природных условиях биогены сносятся с площади водосбора. Такая эвтрофикация имеет черты первичной прогрессивной сукцессии.[ ...]
Результатом является помутнение воды, гибель бентосных растений, снижение концентрации растворенного кислорода, недостаток его для глубоководных рыб и моллюсков. Эвтрофикация может происходить даже в медленно текущих пресных водах. Чем больше органических веществ поступает в озеро, тем больше требуется кислорода1 для перевода их в неорганические соединения.[ ...]
Проблема эвтрофикации водоемов стала повсеместной. Это связано в значительной степени с выносом в водоем большого количества! биогенных веществ за счет поступлений этих веществ с коммунальными стоками и смыва в поверхностные воды большого количества удобрений, вносимых на сельскохозяйственные доля.[ ...]
Таким образом, эвтрофикацию водоемов можно предупредить удалением из воды хотя бы одного питательного вещества. Практически это сводится к удалению из сточных вод соединений фосфора, так как углерод в виде бикарбонатов, а азот в результате ассимиляции из воздуха некоторыми видами водной растительности почти всегда присутствуют в природных водах. К тому же из-за высокой растворимости большинства минеральных азотсодержащих солей изыскание эффективных и экономичных методов их удаления вызывает большие затруднения. Тем не менее, в последнее время выявилась необходимость строгого нормирования содержания аммонийных солей и нитратов в воде водоемов. Действующими в нашей стране «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975) по токсикологическому признаку в воде водоемов рыбохозяйственного значения лимитируется содержание аммонийных соединений, а в воде водоемов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового пользования - содержание нитратов. Предельно допустимая концентрация аммонийных соединений принята 0,5 мг/л, а для нитратов (в пересчете на азот) - 10 мг/л.[ ...]
Оценка и контроль степени эвтрофикации водоемов базируется на исследовании редокс-состояния водной системы. Основным источником поступления пероксида водорода в природные водоемы (по крайней мере, для северо-западного региона России) является продукция фитопланктона в ходе его фотосинтетической активности в дневное время.[ ...]
По сути дела, термофикация водоемов запускает через замедление водообмена согласованную систему процессов, итоговым результатом которых является эвтрофикация водоема.[ ...]
Т.з. может наносить существенный ущерб водоемам, так как с повышением температуры уменьшается количество растворенного в воде кислорода, что снижает самоочиститель-ную способность природных вод. Так, экосистема Копор-ской губы Финского залива страдает от Т.з. из-за Ленинградской АЭС. Это загрязнение усилило процесс эвтрофикации водоема, зеленые водоросли в значительной мере сменились цианобактериями, изменился состав рыбной фауны (резко уменьшилась плотность популяций салаки).[ ...]
Серьезную опасность представляет сброс в водоемы, особенно малопроточные (озера, водохранилища и даже моря), сточных вод, загрязненных биогенными элементами (соединениями фосфора и азота). В воде, содержащей органические вещества и биогенные элементы, происходит интенсивное размножение микроскопических водорослей - сине-зеленых. Временами поверхность воды покрывается сплошным слоем водорослей ядовито-зеленого цвета, происходит эвтрофикация водоемов (цветение). Некоторые сине-зеленые водоросли выделяют в воду токсичные вещества. Отмирая, сине-зеленые водоросли полностью обескислороживают воду водоема и загрязняют ее продуктами разложения. В настоящее время наблюдается эвтрофикация многих водоемов: Женевского и других озер Швейцарии, многих участков реки Амазонки и др.[ ...]
Сброс неорганических соединений в пресные водоемь ухудшает качество воды (засолонение водоемов), а в ряде случаеЕ оказывает неблагоприятное воздействие на флору и фауну водоемов и может служить причиной тяжелых заболеваний. Попадание в воду водоемов солей фосфора и азота приводит к бурному развитию водорослей, особенно сине-зеленых (эвтрофикация водоемов) .[ ...]
С момента заполнения ложа водохранилища началась эвтрофикация водоема за счет поступления большего количества биогенных элементов из почвы и растительности, что привело к повышению его трофического статуса. В свою очередь, увеличение трофности обусловило сукцессию фауны рыб, известную для северных водоемов последовательной сменой лососевого комплекса сиговым, сигового - щучье-окуневым с последующим переходом к карповому. Этот процесс был многократно ускорен рыболовством (биологическая форма воздействия), определившим промысловую сукцессию рыб и превратившим Вилюйское водохранилище в оку-нево-плотвичный водоем.[ ...]
Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные ситуации. Такие явления возникли в Ладожском озере - одном из источников водоснабжения Санкт-Петербурга, во многих крупных водохранилищах. Все современные очистные сооружения построены с использованием деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза, разложения и т. п., причем продукты распада частично удаляются из воды в виде газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не менее, повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитратов, фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию водоемов, их «цветение» за счет бурного развития синезеленых водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду способности к самоочищению.[ ...]
В настоящее время почти отсутствуют природные, естественные водоемы с неизменной в какой-то степени фауной рыб. Это и зарегулированные реки, и сеть разнообразных водохранилищ, и водоемы - охладители энергетических объектов, и антропогенная эвтрофикация водоемов, а также экстенсивное рыболовство и различные формы рыбоводных мероприятий, существенно изменяющие исторически сложившиеся в течение длительного времени естественные водные экосистемы. Поэтому цели и задачи экологоморфологических исследований размножения и развития рыб отличаются от тех, которые были в начале разработки этого перспективного направления исследований в области ихтиологии. Основные теоретические вопросы, тесно связанные с решением актуальных задач в области рыбного хозяйства, вновь возникшие в условиях тотальной реконструкции почти всех водных систем с исторически сложившейся в них фауной рыб, можно представить в следующем виде.[ ...]
При выпуске очищенных сточных вод в замкнутые и малопроточные водоемы, а также при повторном их использовании в техническом водоснабжении возникает необходимость удаления из сточных вод соединений фосфора и азота для предупреждения эвтрофикации водоемов (массового развития водорослей), а также интенсивного биологического обрастания трубопроводов и оборудования. Эта проблема относится в первую очередь к бытовым или городским сточным водам, в которых после биологической очистки соединения фосфора и азота содержатся преимущественно в растворенной и легкоусвояемой форме (в виде ортофосфатов, аммонийных солей, нитритов и нитратов). Источниками подобного типа загрязнений бытовых вод являются продукты жизнедеятельности человека и синтетические моющие средства, в составе которых содержание полифосфатов может доходить до 30-50%.[ ...]
Чистая вода поступает не только из истоков и русловых ключей. В водоемах функционирует система самоочищения, главную роль в которой играют водные биоценозы. Вся совокупность водных организмов от бактерий до рыб в своих трофических связях имеет специализированные концентраты, фильтраты, осадители, которые сообща обеспечивают многоступенчатую минерализацию органики и перевод многих загрязнителей в форму неактивных донных отложений. Однако возможности самоочищения не безграничны. При определенном уровне загрязненности воды, особенно при залповых сбросах неочищенных стоков с токсическими примесями, может быть погублена почти вся биота водоема. А избыток биогенных элементов, особенно азота и фосфора (смытых минеральных удобрений) , часто приводит к эвтрофикации водоема, чрезмерному размножению одноклеточных водорослей - цветению воды, что становится источником вторичного загрязнения. До сих пор распространена концепция, согласно которой сброс сточных вод в водоемы рассматривается как один из видов специального водопользования, а водоемы, благодаря их самоочищающей способности, квалифицируются как естественные биологические очистные сооружения большой емкости. Эта концепция крайне антиэкологична, ее реализация ведет к экологическому тупику.[ ...]
Наличие бытовых стоков, богатых органикой, привело к повышению эвтрофикации водоемов, неблагоприятно сказалось на их продуктивности. Произошло также резкое усиление развития фитопланктона («цветение воды»), многих других гидробионтов, прибрежных зарослей высшей растительности. Одновременно возник дефицит кислорода, возросли глубинные зоны с анаэробным обменом, накоплением сероводорода, аммиака и т.д. Это вызвало гибель ценных видов рыб и ухудшение питьевых качеств воды, многие водоемы потеряли хозяйственное значение.[ ...]
Понижение качества воды в результате антропогенной перегрузки водоема биогенными веществами, вызывающей чрезмерное развитие фитопланктона, принято называть явлением антропогенной эвтрофикации водоема. Это одно из печальных проявлений загрязнения окружающей среды человеком. О масштабах этого процесса можно судить по тому, что загрязнение интенсивно развивается в таких огромных пресных водоемах, как озеро Эри, и даже в некоторых морях.[ ...]
Более 40 % посевной площади обрабатывают пестицидами. С богарных земель в водоемы попадает около 1 %, а с орошаемых - около 4 % этих веществ. При авиационной обработке в результате сноса в водоемы поступает до 30 % применяемых пестицидов. Мигрируя в воде, они переносятся на большие расстояния, а их биологический распад вследствие стабильности происходит медленно. Весьма угрожающие размеры приобрел процесс эвтрофикации водоемов, когда усиливается развитие фитопланктона, особенно синезеленых водорослей, - происходит цветение воды. Эвтрофикация в водохранилищах связана с выщелачиванием биогенных элементов из затопленной почвы и гниения растительности на их дне. Но особенно этот процесс усилился в связи со сбросом коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений и пестицидов и нарушением гидрологического режима рек. Отрицательную роль играет также тот факт, что на животноводческих комплексах ежегодно образуется до 1 млн т навоза, а в почву вносят только около 600 тыс. т его. Значительное количество органических удобрений может попасть в водоемы и вызвать эвтро-фикацию.[ ...]
Классическим примером природной сукцессии является «старение» озерных экосистем - эвтрофикация. Она выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания - от начальных - дальние от берега свободноплавающие и придонные погруженные растения, до достигнутых - средневысокие надводные растения и черная ольха у берега. В итоге озеро превращается в торфяное болото, в экосистему климаксного типа. Эвтрофикация водоема в значительной мере определяется привносом извне биогенных элементов.[ ...]
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофи-кация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ - азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее Продолжительные сроки - несколько десятилетий и менее.[ ...]
Выше мы уже отмечали роль агротехнической деятельности в накоплении фосфора и оживлении тем самым эвтрофикации водоемов, особенно бессточных. Появились пока несистематизированные данные об эвтрофикации замкнутых приповерхностных подземных водоносных бассейнов атмосферным и поверхностным питанием и разгружающими в замедленном режиме и это при весьма скромной биоте в их составе.[ ...]
На долю сельскохозяйственного производства приходится не менее половины связанного азота, поступающего в водоемы. Обогащение воды питательными элементами, в первую очередь связанным азотом, приводит к чрезмерному росту водорослей. Отмирая, они подвергаются анаэробному бактериальному разложению, вызывая дефицит кислорода, а следовательно, гибель рыбы и других водных животных. Эвтрофикация водоемов - явление, к сожалению, распространенное.[ ...]
Так, одним из наиболее распространенных антропогенных воздействий на экосистемы озер и водохранилищ является процесс эвтрофикации, при котором ускоряется их старение. К этому процессу ведет увеличение биогенных и органических веществ (в первую очередь веществ, содержащих азот), попадающих в водоемы путем смыва с затопленных почв, сельскохозяйственных полей удобрений и с коммунальными стоками. По мере увеличения «цветения» воды (увеличения количества сине-зеленых водорослей) в воде уменьшается содержание кислорода; это приводит к сокращению численности некоторых популяций, наиболее чувствительных к отсутствию нужного количества кцслорода, и появлению токсинов. Таким образом, наблюдения за показателями, характеризующими эвтрофикацию водоемов, - важный элемент экологического мониторинга (см. ).[ ...]
Поверхностный сток с богарных и орошаемых сельскохозяй-ственнных угодий содержит биогенные элементы, которые, попадая в водоемы, нарушают природное равновесие экологических систем. Так, повышение содержания азота и фосфора стимулирует рост водной растительности, что ведет к зарастанию и засорению каналов, рек, водохранилищ, особенно слабопроточпых. Небольшое количество фосфора, внесенного с поверхностным стоком, создает неблагоприятные условия для микрофлоры водоема, отмирание которой способствует нарушению кислородного режима. В конечном итоге это приводит к эвтрофикации водоемов. Основная часть биогенных элементов попадает в водоемы в растворенном виде с поверхностными и дренажными стоками, а также в нерастворенпом состоянии вместе с частицами почвы в результате ее эрозии.[ ...]
В результате возникают многообразные отрицательные последствия, разрушающие природные экосистемы, ведущие, в частности, к эвтрофикации водоемов (см. разд. 6.4.2.4).[ ...]
Основываясь на данных по 68 водохранилищам запада США, Мюллер приходит к выводу, что наиболее адекватные результаты: по уже существующим водоемам дают расчеты в рамках модели Диллона-Риглера, в то время как модель Фолленвайдера неплохо показала себя применительно к проектируемым водохранилищам. При этом Мюллер, однако, указывает, что вопрос о применимости к водохранилищам параметров, откалиброванных по озерам, требует дополнительного изучения. Государственные службы США, занимающиеся проблемой эвтрофикации водоемов, наиболее часто пользуются моделью Фолленвайдера (Рекхау, частное сообщение, 1982). При построении всех перечисленных выше моделей предполагалось наличие в водоеме хорошо перемешанного слоя. В некоторых из моделей не учитывается выделение фосфора из осадочного вещества, в других - включен член, описывающий результирующий эффект осаждения взвешенных частиц на содержание фосфора в воде. Результатом расчетов являются среднегодовые значения концентрации, которые служат, с одной стороны, индикатором текущего трофического состояния озера, и, с другой - основой для выработки стратегии деэвтрофикации.[ ...]
В связи с применением полифосфатов в составе СМС уместно отметить, что эти вещества, содержащие фосфор, явились одним из важных факторов эвтрофикации водоемов и интенсивного развития в них фитопланктона, в особенности сине-зеленых и некоторых других водорослей. Этой проблеме, наиболее актуальной для стран с теплым климатом и южных районов нашей страны, уделяется много внимания. Много работ посвящено проблеме замены полифосфатов в СМС другими веществами, в некоторых работах рассматривается вопрос удаления фосфора из сточных вод, поступающих в водоемы, и т. д. (Maloney, 1966; Missingham, 1967; Shapiro, 1970; Hamilton, 1974).[ ...]
Такие компоненты экологического воздействия эрозионных процессов, как потеря органического вещества почвы, формирование намытых почв, эвтрофикация водоемов вследствие выноса значительного количества питательных веществ из поверхностного слоя почвы и кислых атмосферных осадков взаимно связаны между собой, равноценны и протекают одновременно.[ ...]
Вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, как и сами микроорганизмы, могут стать причиной ухудшения качества воды, особенно в водоемах с замедленным стоком. Возможны также нарушения в работе гидротехнических сооружений. Наиболее частыми проявлениями жизнедеятельности микроорганизмов, которые затрудняют процесс самоочищения в водоемах, эксплуатацию водозаборов и систем охлаждения, вызывают изменение качества воды, являются цветение водоемов, обрастания, появление запахов и привкусов у воды. Формирование водохранилищ связано с уменьшением скорости течения воды, в результате чего гидрохимический режим крупных водохранилищ становится близким к режиму озер. При зарегулировании речного стока время прохождения воды от истока до устья возрастает в 10-15 раз. Так, в Волге до зарегулирования стока вода доходила от Рыбинска до Волгограда в половодье за 30 сут, а в межень - за 50. После формирования каскада водохранилищ время прохождения воды на этом участке увеличилось до 450-500 сут. Замедление водообмена в речной системе сопровождается значительными изменениями гидрохимического и гидробиологического режима. Водохранилища работают, как гигантские отстойники, поэтому в них наблюдается концентрирование загрязнений. Поступление органических и токсичных соединений, биогенных элементов способствует возникновению условий для эвтрофикации водоема, нарушению процесса самоочищения, зарастанию, т. е. массовому развитию высшей водной растительности.[ ...]
ВОЗ совместно с ЮНЕСКО, ВМО и ЮНЕП организует сеть контроля качества воды в целях выявления особенно опасных загрязнителей, переноса загрязнителей, контроля за эвтрофикацией водоемов. Этот аспект имеет отношение и к целям ГСМОС (4-я цель).[ ...]
Антропогенные поступления представляют существенную долю в балансе фосфора. Применение удобрений, химическое загрязнение биосферы в целом, эрозионные процессы играют решающую роль в фосфатизации биосферы. Решение противоречивой проблемы - дефицит фосфора и эвтрофикация водоемов - требует разработки комплекса мер, направленных как на максимальное снижение потерь фосфора при переработке, внесении удобрений, так и на недопущение загрязнения окружающей среды соединениями фосфора.[ ...]
В этой главе приводятся основные в инженерной лимнологии термины и понятия. В п. 1.1 и 1.2 непосредственно рассматриваются некоторые из фундаментальных лимнологических характеристик. В п. 1.3 кратко обсуждаются климатически обусловленные контрасты свойств внутренних водоемов, а в п. 1.4 вводится концепция моделирования per se. Наконец, в п. 1.5 охарактеризованы современные представления о явлении эвтрофикации водоемов и причинах, вызывающих общественную озабоченность ускоренной или «культурной» (т. е. антропогенной) эвтрофикацией озер и водохранилищ.[ ...]
Как уже указывалось выше, интенсивность цветения озер может быть замедлена путем снижения количества поступающих в них питательных веществ. В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению поступления фосфора, так как считается, что осуществление контроля над процессом эвтрофикации водоемов зависит в основном от снижения концентрации этого питательного вещества. Однако не менее важно то, что удалять из сточных вод азотосодержащие соединения намного труднее. В некоторых штатах были приняты нормы на содержание фосфора в очищенных сточных водах. В этих стандартах указаны предельно допустимые концентрации фосфора в очищенных сточных водах, а также требования относительно удаления определенной части фосфора в процессе очистки. Предельно допустимые концентрации фосфора принимаются равными 1-2 мг/л (в большинстве случаев 1,0 ,мг/л), а эффективность удаления фосфора в процессе очистки должна составлять по нормативным требованиям 80-95%.[ ...]
При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводит к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, поступление из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов, как фосфор, азот, сера и др., вызывает бурное развитие синезеленых водорослей и других водных растений («цветение» воды) и эвтрофикацию водоемов. Но большая часть фосфора уносится в море.[ ...]
Знание законов циркулирования в почве азота и других биологических веществ позволяет выработать основную стратегию увеличения плодородия земель, развивать бездефицитное земледелие. Сроки и количество внесения удобрений нуждаются в тонкой балансировке. Важно, чтобы удобрения усваивались именно растениями, а не наносили вред окружающей среде и здоровью людей. Ведь избыток биогенных веществ загрязняет окружающую среду, пресные воды, ведет к эвтрофикации водоемов и даже угрожает озоновому слою стратосферы.[ ...]
Одна из самых ранних попыток контролировать содержание фосфора в сточных водах заключалась в том, чтобы найти заменители фосфорных компонентов в моющих средствах (детергентах). В то время такой подход считался вполне целесообразным, так как именно детергенты были основным источником фосфора, содержащегося в бытовых сточных водах. К сожалению, подходящего заменителя найти не удалось. Каустические добавки не имели равноценных моющих свойств, оказывали раздражающее действие на кожу, а некоторые их разновидности вызывали повреждения глаз и слизистых оболочек при вдыхании или попадании в рот. Нитрилотриацетат натрия (ЫТА), считавшийся наилучшим заменителем фосфатов, создавал угрозу для здоровья людей. Главный хирург США предложил, чтобы в течение еще некоторого времени домашние хозяйки продолжали пользоваться фосфатными детергентами ввиду их безопасности. Другое обстоятельство, выявленное в процессе дискуссии о фосфатных детергентах, заключалось в том, что эвтрофикация водоемов не является общенациональной проблемой. Выяснилось, что сточные воды из канализационных систем, обслуживающих приблизительно 55% населения, сбрасываются в океан или в ¡крупные реки, впадающие в океан. Еще 30% населения проживает в сельской местности, лишенной канализационной сети. Таким образом, в озера, которым может угрожать процесс эвтрофикации, сбрасываются сточные воды из канализационных систем, обслуживающих только 15% населения США. К таким водоемам относятся Великие озера, р. Потомак и ее эстуарий, залив Сан-Франциско и впадающие в него реки, оз. Тахо и много других больших и малых озер и водохранилищ. Считается, что фосфаты не представляют собой серьезной угрозы для рек. В пользу такой точки зрения говорят собранные данные, по которым даже такие высокие концентрации фосфора, как 2-3 мг/л, в движущихся водах не приводят к их серьезной деградации.
Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных и естественных факторов.
Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. С момента «рождения» водоем в естественных условиях проходит несколько стадий в своем развитии: на ранних стадиях от ультраолиготрофного до олиготрофного, далее становится мезотрофным и в конце концов водоем превращается в эвтрофный и гиперэвтрофный – происходит «старение» и гибель водоема с образованием болота. Если в естественных условиях эвтрофирование какого-либо озера протекает за 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже тысячу раз быстрее.
Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ, прежде всего азота и фосфора. Если отношение содержания общего азота к содержанию общего фосфора меньше 10, то первичная продукция фитопланктона лимитируется азотом, при N: P > 17 – фосфором, при N: P = 10-17 – азотом и фосфором одновременно. Для водоемов умеренной зоны решающую роль играет фосфор. В настоящее время критическими концентрациями азота и фосфора (включая общий фосфор, ортофосфаты, общий азот и растворенный неорганический азот аммоний, нитриты и нитраты) во время интенсивного перемешивания вод, при котором создаются потенциальные условия для цветения водорослей, считаются следующие: для фосфора 0,01 мг/дм 3 , для азота 0,3 мг/дм 3 .
Биогенные компоненты поступают в природные экосистемы как водным, так и воздушным путем. Основными загрязнителями водоемов биогенными веществами служат азотные и фосфорные удобрения, отходы животноводства, фосфорсодержащие пестициды. К эвтрофированию может привести строительство водохранилищ без надлежащей очистки ложа, строительство плотин, образование застойных зон, тепловое загрязнение воды, сброс сточных вод, особенно коммунально-бытовых, содержащих детергенты, в том числе и прошедших биологическую очистку,
Основные критерии для характеристики эвтрофирования водоемов – это:
· уменьшение концентрации растворенного кислорода в водной толще;
· увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения;
· увеличение концентрации фосфора в донных отложениях;
· уменьшение проникновения света (возрастание мутности воды);
· увеличение концентрации газов, образующихся при разложении органических остатков при недостатке кислорода – аммиака, метана, сероводорода;
· показатель кислотности воды при 100% насыщении кислородом (рН 100%);
· последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых водорослей;
· значительное увеличение биомассы фитопланктона;
· обнаружение альгитоксинов.
В качестве прямого индикатора трофического состояния водоема обычно используется концентрация хлорофилла «а», который является основным фотосинтетическим пигментом. Значение его концентрации в пробе воды является репрезентативным индикатором биомассы водорослей, точной мерой эвтрофирования водоемов. Поэтому определение хлорофилла «а» регулярно используется при измерении «откликов» водоемов на биогенную нагрузку с целью их восстановления.
Вследствие массового размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшаются условия жизни гидробионтов и качество воды, прежде всего, ее органолептические свойства. Сине-зеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят при определенных условиях сильнейшие токсины, которые представляют опасность для живых организмов и человека. Они не имеют ни цвета, ни запаха, не разрушаются при кипячении. Альгитоксины по своей токсичности не имеют себе равных. Они могут вызывать цирроз печени, дерматиты у людей, отравление и гибель животных.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Из-за значительного объема загрязненных стоков качество воды в регионах не отвечает нормативным требованиям. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты по России в целом, составляет более 60 км3, в том числе 22,4 км3 неочищенных и сильно загрязненных. Качество поверхностных вод большинства водных объектов Российской Федерации, несмотря на постоянный спад производства и уменьшение объема сброса загрязняющих веществ, по-прежнему не отвечает нормативным требованиям. Крупнейшие реки России, играющие ведущую роль в водоснабжении населения, промышленности и сельского хозяйства – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как «загрязненные», а их притоки – как «сильно загрязненные».
Нерациональное ведение сельского хозяйства и увеличение объема бытовых и промышленных стоков приводит к значительному росту количеств биогенных и органических веществ, поступающих в водоемы. Это ведет к увеличению трофического статуса водоемов, сокращению их биологического разнообразия, и ухудшению качества воды. Дополнительной причиной эвтрофирования является поступление биогенов на территорию водосборов с атмосферным переносом. Процесс эвтрофирования, начавшись в Западной Европе в 1950-1960 гг., пришел к нам с опозданием на 10-15 лет, и в 1970-1980-е годы охватил практически все водоемы Европейской части России.
В процессе эвтрофирования происходят принципиальные изменения в трофической структуре экосистемы, начиная от бактерио-, фито- и зоопланктона и кончая рыбами. На обогащение биогенными и органическими веществами водные экосистемы отвечают, прежде всего интенсивным развитием водорослей и цианобактерий, переводящих избыток питательных элементов в биомассу. Их бурное размножение вызывает «цветение» воды. Основными агентами «цветения» в большинстве случаев оказываются цианобактерии (aphanizomenon, microcystis, anobaena, oscillatoria). Избыточное развитие цианобактерий и водорослей имеет глубокие отрицательные последствия для пресноводных экосистем. Цианобактерии выделяют в воду метаболиты, токсичные для беспозвоночных, рыб, теплокровных животных и человека. Цветение воды приводит к дефициту кислорода и заилению грунтов водоемов. Создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей заболеваний, в том числе и холерного вибриона. В структуре зоопланктона и рыбного населения происходит замещение крупных и долгоживущих форм на мелкие и раносозревающие. Ценные промысловые рыбы с длинным жизненным циклом заменяются «сорными» рыбами с высоким уровнем воспроизводства и высоким приростом продукции. Смена рыбной части сообщества происходит, как правило, к следующей последовательности: лососевые → сиговые → корюшковые → окуневые → карповые. Глубокие перестройки происходят и в растительных компонентах экосистем. Суммарная продукция и биомасса увеличиваются, трофическая структура упрощается, видовое разнообразие падает.
Особая опасность этих процессов заключается в том, что они, видимо, носят необратимый характер.
Сегодня наметился процесс, обратный эвтрофированию водоемов – их ре-олиготрофизация. В водоемах России он связан со спадом промышленного производства в 1990-е годы и со снижением употребления удобрений в сельском хозяйстве. Прежде всего этот процесс замечен на малых реках в Европейской части России. Однако в процессе ре-олиготрофизации структура рыбного населения не возвращается в первоначальное состояние.
Токсификация водоемов . Особую опасность таит в себе поступление в водные экосистемы токсических веществ. В последние годы наблюдается усиленное загрязнение водоемов тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами и другими токсикантами. Химические показатели не могут дать полного представления о токсичности среды, они не учитывают синергетические, кумулятивные или антагонистические эффекты от одновременного присутствия многих загрязнителей и поэтому не могут служить надежной основой для прогнозирования экологических последствий загрязнения. Химический анализ дает представление о содержании веществ в воде или в организмах только в момент отбора проб, однако мало что говорит о воздействии загрязнителей на гидробионтов. В то же время хорошо известно, что состояние гидробионтов и интегральная биологическая оценка «здоровья» экосистемы может служить обобщенным показателем экологического состояния водоема.
Проблема токсификации становится актуальной еще тогда, когда концентрация токсикантов в воде не превышает установленных ПДК, поскольку подавляющее большинство гидробионтов обладает ярко выраженными аккумулятивными способностями. В силу этого они сами становятся токсически опасными. Коэффициенты накопления у многих гидробионтов крайне высоки.
Пагубные последствия токсификации водоемов проявляются на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. На организменном уровне нарушаются многие физиологические функции, изменяется поведение особей, снижается темп их роста, снижается резистентность различным стрессовым состояниям внешней среды, возникают повреждения в генетическом аппарате, происходит трансформация исходного генофонда. На популяционном уровне под воздействием загрязнения происходят изменения численности и биомассы, смертности и рождаемости, размерной, возрастной и половой структуры. На биоценотическом уровне происходит изменение видового разнообразия, смена доминантных видов, изменение видового состава, изменение интенсивности метаболизма биоценоза.
Каждый из токсикантов обладает специфическим механизмом действия. Например, тяжелые металлы и их соединения наряду с непосредственным токсическим действием на организм могут вызывать мутагенные, гонадотоксические, эмбриотоксические и другие эффекты. Тяжелые металлы имеют ярко выраженную способность повреждать ферментативные системы организмов. Так, ртуть, серебро и медь, блокируют многие ферментативные реакции. Цинк уже в концентрации 0,065 мг/л ингибирует фосфорилирущее дыхание. Соли тяжелых металлов способны накапливаться в воде и донных отложениях, сохраняя при этом в течение длительного времени активную форму. Тяжелые металлы крайне медленно выводятся из организма, что служит предпосылкой так называемого эффекта пищевой цели - нарастания концентрации в организмах последующих трофических уровней. Например, самые высокие концентрации ртути в пресноводных экосистемах найдены в рыбах.
Токсифицирование пресноводных экосистем связано также с поступлением в них пестицидов. Персистентные пестициды, интенсивно применявшиеся в СССР в 50-60-е годы, прочно вошли в круговорот веществ. По мере их вымывания из почв и накопления в водоемах они оказывают все более пагубное воздействие на водные экосистемы. Это воздействие часто носит скрытый характер и проявляется неожиданно в виде массовой гибели рыб и водных беспозвоночных. В трофических цепях концентрации пестицидов возрастают в среднем в 10 раз при каждом переходе с более низкого уровня на более высокий. Чем длиннее трофическая цепь, тем выше оказывается концентрация в последнем звене. Происходит биологическая концентрация пестицидов в воде и илах до миллиграммов и десятков миллиграммов на 1 кг веса рабы. Поэтому даже самые минимальные концентрации персистентных пестицидов в воде и донных отложениях представляют угрозу высшим трофическим звеньям.
Существенные негативные последствия для пресноводных экосистем имеет загрязнение водоемов и водотоков и другими токсикантами, например антисептиками, такими, как соединения мышьяка, соли фтористоводородной кислоты и т.п.
Смешанное загрязнение токсическими и органическими веществами. В зависимости от того какие компоненты – органические или токсические преобладают, в экосистеме на фоне эвтрофирования, даже при высоких концентрациях кислорода могут происходить процессы угнетения или полной гибели животных. В таких условиях – увеличение биомассы, или рост численности животных наблюдается лишь до класса «грязных» вод. В классе «грязных» вод наблюдается значительное снижение численности и биомассы животных, а следовательно и самоочистительной способности водоема.
Закисление водоемов. В последние годы проблема токсифицирования водоемов в большой степени осложняется подкислением озерной воды в результате выпадения кислых атмосферных осадков, механизм образования которых связан с вымыванием из атмосферы окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива и других видах хозяйственной деятельности человека. Подкислению озерной воды сопутствует повышение концентрации токсических металлов, таких, как алюминий, марганец, кадмий, свинец, ртуть, за счет их высвобождения из почв и донных осадков. В озерных водах с повышенной бикарбонатной щелочностью образуются дополнительные количества свободной угольной кислоты, оказывающей токсическое действие на гидробионтов. В России проблема подкисления озерных вод в результате трансграничного переноса с воздушными потоками и выпадения кислых атмосферных осадков, прежде всего окислов серы, наиболее четко обозначилась в Карелии и на Кольском полуострове. В Карельских и Кольских озерах, расположенных на кристаллических породах, вода наименее минерализована, содержит минимальные количества оснований, поэтому здесь процесс антропогенного подкисления вод происходит очень быстро. Из рыб, населяющих воды Карелии и Кольского полуострова, наиболее чувствительными к подкислению вод оказались благородные лососи, гольцы, сиги, хариусы.
При подкислении озерной воды резко снижается общая биомасса гидробионтов и величина первичной продукции водоема, происходит уменьшение видового разнообразия биоценозов. Прежде всего исчезают многие вида, являющиеся важными элементами кормовой базы ценных промысловых рыб. Уровень рН 5,0 и ниже бывает губительным для всех гидробионтов.
Кислотные дожди сказываются также на воспроизводстве рыб. Особенно тяжелая ситуация складывается весной, когда масса сульфатов попадает в талые воды. Наблюдается так называемый, «рН-шок». Именно в этот период происходит выход личинок сиговых и лососевых рыб, проходит нерест хариуса, щуки и окуня. Подкисление особенно отрицательно воздействует на молодь рыб. Резкое снижение рН воды в сочетании с высокими концентрациями металлов имеет губительное влияние на рыб и все сообщество в целом. В некоторых озерах в результате закисления прекращается воспроизводство популяций рыб, и они вымирают. Многие озера России уже практически лишились населения рыб.
Одной из основных причин гибели рыбы в кислых водах является нарушение активного транспорта ионов Na и Сa через жаберный эпителий. Однако в ряде случаев гибель рыб начинается еще задолго до снижения рH до летальных величин и вызывается косвенными причинами, например отравлением алюминием, которое провоцируется увеличением кислотности воды. Алюминий в первую очередь поражает жабры и рыба начинает испытывать острое кислородное голодание. Один «кислотный толчок» может повлечь за собой в течение нескольких дней резкое повышение концентрации алюминия до летальных величин. Поэтому массовая гибель рыбы может произойти в водоеме, в котором средние величины рH не вызывают серьезных опасений.
Термофикация водоемов. В некоторых водоемах дополнительной предпосылкой эвтрофирования является изменение их естественного температурного режима, вызываемое поступлением подогретых вод с предприятий и прежде всего с тепловых и атомных электростанций. Повышение температуры воды способствует увеличению интенсивности метаболизма биоценозов, в частности первичного продуцирования, что является значительным фактором эвтрофирования пресноводных экосистем.
Термофикация водоемов и водотоков влечет за собой изменение их флоры и фауны, часто провоцируя глубокие сдвиги в структуре и функциях исходных экосистем в нежелательных направлениях. Повышение температуры до 35°С благоприятствует развитию токсичных цианобактерий, наиболее устойчивых к подогреву, при одновременном угнетении другого фитопланктона.
Расселение чужеродных организмов. В последние десятилетия резко возросли темпы вселения чужеродных организмов (биологическая инвазия) в водные экосистемы. Основными причинами этого являются интенсификация судоходства и нерегулируемый сброс балластных вод судами. Вселение чужеродных видов негативно влияет на биологическое разнообразие, структуру и функционирование водных экосистем, а патогенные организмы и токсические виды водорослей представляют собой прямую угрозу здоровью человека.
Актуальность этой проблемы в России обусловлена существованием многочисленных гидросооружений, широкой сетью водных коммуникаций, обширными внутренними водоемами. Все это способствует более свободному обмену фауной и флорой между различными, прежде изолированными водными системами.
Преднамеренная интродукция чужеродных видов в экосистемы также таит в себе большой экологический и экономический риск, поскольку вселение нового вида всегда ведет к коренной перестройке пищевых цепей.
Проникновение некоторых организмов в новые для них водные системы часто приносит большой вред рыбному хозяйству, водоснабжению городов, гидротехническим сооружениям, водному транспорту и т.д.
Так, например, благодаря каналам, широко расселился моллюск дрейссена. Этот моллюск во вновь заселяемых им пресноводных водотоках и водоемах быстро достигает высокой численности, что нарушает нормальную работу различных гидротехнических сооружений, в несметных количествах проникает в водопроводные трубы, закупоривает их, а погибая, становится причиной порчи питьевой воды. Вытеснение эти моллюском местных видов водной фауны может вызвать серьезные изменения на экосистемном уровне.
Ярким примером отрицательного влияния на пресноводные экосистемы является широкое расселения головешки-ротана (percottus glenii) во многих мелких водоемах Европейской части России, который практически вытеснил из них все другие виды рыб.
Другим примером такого вселения является появление корюшки (osmerus eperlanus) в Сямозере и вспышка её численности в 1970-1980-е года вместе с началом процессов эвтрофирования, которые привели к перестройке структуры рыбного населения и пищевых цепей озера. Корюшка является активным планктофагом в первые годы своей жизни и столь же активным хищником во взрослом состоянии. Поэтому, с одной стороны, корюшка стала мощным конкурентом в питании другим планктофагам (ряпушке, сигу и уклее), а, с другой, является конкурентом и для хищников, в частности судаку и крупному окуню. Раньше в 1950-е годы Сямозеро считалось ряпушково-окуневым водоемом, а в 1990-е годы трансформировалось в корюшково-окуневое озеро. Корюшка быстро распространилась по всему озеру, освоив все возможные биотопы, и заняла пищевую нишу основного планктофага – ряпушки.
