Способы борьбы с эвтрофикацией

Что такое эвтрофикация водоемов и способы ее устранения

Чтобы избавить водоемы от гибели, необходимо обнаружить причинные механизмы эвтрофикации. Убавить высокое содержание биогенных компонентов можно, если качественно прочистить гидрофитную экосистему.

Внешние признаки загрязнения пруда

Заметными знаками загрязненного водоема являются:

• появление около водоемов с растениями отталкивающего запаха;
• образование верхней грязной пленки на поверхностном слое водоемов;
• дно усеяно содержанием грузного осадка из органических элементов;
• бесконтрольное увеличение водорослей, верхней мути и появление разнообразного фитопланктона, растений и бактерий.

Эти знаки показывают отмирание водной экосистемы.

Причины загрязнения

Из причин эвтрофикации выделяют:

• естественное природное старение водоемов. Если водоем старый, то его дно заполнено органическими частицами. Водоем теряет свою прежнюю глубину и больше походит на болото;
• комбинированную эвтрофикацию, которая включает верхнее засорение водоемов листвой, загнившими растениями, стоковыми водами, органическими биогенными отходами от путешественников и антропогенное происхождение загрязнений. Это сброс в водную экосистему удобрений с элементами фосфора и частиц азота.

Последствия

Из-за явления эвтрофикации биологический механизм водоема поражается, что вызывает глубинные последствия:

• в наружном слое водоемов увеличиваются органические питательные элементы, которые влияют на разрастание водорослей и размножение простейших, которые поглощают питательный фитопланктон. В период эвтрофикации водоем выглядит, как ковер из растений. Отработавшие водные бассейны превращаются в смрадные воды;
• дно водоемов не предназначено для уменьшения содержания кислорода. Это вызывает уничтожение водных животных, простейших и растений. При явлении эвтрофикации без достаточного поступления кислорода на дно, в водоемах размножаются бактерии анаэробного происхождения;
• аэробные бактерии, требовательные к поступлению кислорода, становятся неспособными вовремя утилизировать отмершие водоросли, растения, простейших и животных. Поэтому при эвтрофикации дно водоемов переполнено ядами. Дно водоемов претерпевает увеличение температурного уровня. Это приводит к отмиранию растений, требовательных к систематическому поступлению кислорода и его большому содержанию;
• эвтрофикация превращается в массовое отмирание флоры, простейших, животных, растений, водоем трансформируется в болото;
• водоемы, подвергшиеся антропогенной эвтрофикации, остаются непригодными для жизни, требовательной к поглощению кислорода органической флоры;
• водные ресурсы из водоема с загрязненным фитопланктоном употреблять нельзя.

Как очистить водоемы?

Чтобы остановить эвтрофикацию в водоемах, применяют следующую очистку:

• механическую. Метод предназначен для уменьшения в водоемах большого и среднего объема органических частиц. Для этого в водоем погружают насосный механизм, через верхний фильтр которого происходит очистка водоемов природного происхождения. Насосный способ самый доступный;
• биологическую. Способ основан на применении разнообразных бактерий, которые перерабатывают лишний фосфор и частицы азота. В итоге эвтрофикация останавливается, в водоемах восстанавливается органическое биогенное равновесие. Бактерии, не требовательные к поступлению кислорода, вымирают. Для реализации метода может потребоваться разграничение, какие бактерии предназначены для развития водной экосистемы;
• ультрафиолетовую. Происхождение способа основано на поставке в водоем высокого количества солнечного света. Ненужные бактерии перестают воспроизводиться. Однако способ имеет минимальную доступность из-за высокой цены;
• химическая. Способ предназначен для избавления от эвтрофикации путем добавления в водоемы химикатов, которые регулируют органическое биогенное и кислотно-щелочное равновесие. Доступность метода максимальна, если знать какой вид бактерий следует сохранить, а какие питательные частицы может потребоваться уничтожить.

Применение солнечного света для уничтожения последствий эвтрофикации менее распространено. Обычно от цветения на водоемах используют химический, а также биологический способы.

Насосный механизм в водоемах нужен как после антропогенных последствий эвтрофикации, так и как профилактика уменьшения цветения.

Иногда может потребоваться совмещение биологического и химического способа. Химикалии смывают в водоем, и простейшие начинают вымирать. Кислород возобновляется, и требовательные полезные растения исконного происхождения восстанавливаются.

Для водоемов с верхними водными трубами проводят прочистку от азота и вносят удобрения с фосфором. Они смывают колонии бактерий и простейших. Затем дно прочищают насосными аппаратами для вымывания отработавшего слоя водоема.

Источник

Экосистема водоёма. Эвтрофикация и борьба с ней

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение нераздельно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любое единство, включающее все организмы (т. е. сообщества) на данном участке и взаимодействующие с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт четко определённую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т.е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

Термин “экосистема” используется в основном авторами, пишущими на английском языке, в научной литературе на германских и славянских языках чаще предпочтение отдаётся термину “биогеоценоз” или “геобиоценоз”. С точки зрения трофических (от rp.trophe — питание) отношений экосистема имеет два компонента:

1) автотрофный компонент, что значит самостоятельно питающийся, для которого в основном характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ и построение сложных веществ, и

2) гетеротрофный компонент, что значит питаемый другими, для которого характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ.

Экосистема есть основная функциональная единица экологии, поскольку она включает и организмы (биотические сообщества), и абиотическую среду, причём каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни в том виде, в каком она существует на Земле. Абиотические компоненты лимитируют и регулируют существование организмов.

На рисунке схематически представлена экосистема пруда. Интенсивность функционирования экосистемы и её стабильность зависят от поступления солнечной энергии, от поступления веществ со стоком с водосбора и атмосферными осадками.

Схема экосистемы пруда. I — органические и неорганические соединения. II — продуценты прикреплённая растительность(а), фитопланктон(б), III — первичные консументы (растительноядные) донные формы(а), первичные консументы (растительноядные), зоопланктон, III — 2 — вторичные консументы (хищники), III — 3 третичные консументы (хищники второго порядка), IV — сапрофы бактерии и грибы, осуществляющие разложение.

Органическое вещество водоёмов суши, а также морей и океанов имеет двоякое происхождение: автохтонное — образующееся в самом водоёме, и аллохтонное — поступающее извне. Источником автохтонного органического вещества являются продукты жизнедеятельности фитопланктона (обычно основного представителя всех гидробионтов водоёма) и других организмов, а также их остатки. Всё это подвергается бактериальному разложению- минерализации, но этот процесс до конца не доходит, так как одновременно протекает процесс синтеза новой органической материи (процесс гумификации).

Разложение происходит благодаря энергетическим превращениям в организмах и между ними. Этот процесс абсолютно необходим для жизни, так как без него все питательные вещества оказались бы связанными в мертвых телах, и никакая новая жизнь не могла бы возникнуть.

В биосфере нет водных экосистем, абсолютно независимых от соседних экосистем, и поэтому через их границы происходит постоянный обмен органическими веществами. При этом количество органических веществ, участвующих в таком обмене, невелико по сравнению с их запасом в самих экосистемах, особенно в морских. Органические вещества в экосистеме подвергаются бесконечным превращениям, которые происходят до тех пор, пока организмы продолжают жить и выделять энергию, потребляя органические вещества.

Устойчивость экосистеы водоёма

Экосистемы, подобно входящим в их состав популяциям и организмам, способны к самоподдержанию и саморегулированию. Опыт изучения антропогенно измененных водоёмов свидетельствует о том, что под влиянием деятельности человека изменения водоёмов идут в направлении обогащения их эвтрофирующими либо загрязняющими веществами. Исходя из природных свойств и сбалансированности лимносистемы, водоём обладает устойчивостью к изменяющимся воздействиям.

Под устойчивостью понимается способность системы активно сохранять свою структуру и характер функционирования в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды. В основе устойчивости системы лежит определённая специфика внешних вещественных связей водоёма с водосбором, контролирующих процессы поступления и накопления веществ в водоёме, и связей внутриводоёмных, регулирующих превращение веществ и энергии в нём. Устойчивость водоёма есть их особое свойство, меняющееся по мере развития водоёма.

Такая способность поддерживается регуляторными или управляющими механизмами, набор и значимость которых может различаться у водоёмов различного типа — олиготрофных и эвтрофных, малых и больших, глубоких и мелких, с развитой и не развитой литоралью, с разным химическим составом воды и т.д.

Основные механизмы устойчивости-изменчивости водоёмов можно представить в следующем виде:

• проточность водоёма, обусловливающая вымывание или накопление поступающих веществ;
• ёмкость водной массы по отношению к поступающим веществам, определяемая размерами водоёма (его площадью и распределением глубин;
• гидродинамические процессы (перемешивание, наличие или отсутствие плотностной стратификации), от которых зависит оборот веществ в водоёме;
• активность фотосинтезирующих процессов, определяемая обеспеченностью автотрофов биогенными элементами, светом и теплом;
• активность деструкционных процессов, связанная с обеспеченностью гетеротрофов органическим веществом и с температурными и кислородными условиями среды;
• интенсивность осаждения веществ из воды, обусловливаемая уровнем трофии водоёма и химическим составом воды;
• пространственно-временные барьеры: 1) литораль с её фитоценозами и ее ёмкостью к поступающим с водосбора веществами; 2) донные отложения и их ёмкость по отношению к осаждающимся питательным и загрязняющим веществам, определяемая химическим составом и характеристиками pH, Eh и содержанием кислорода в пограничном слое «ил-вода»; 3) характеристики температурного и плотностного слоёв скачка;
• пространственное разнообразие экосистем водоёма — сочетание литоральных и пелагических комплексов, перестройка структур биоценозов.

Лимитирующие компоненты. Эвтрофикация

Цикл каждого элемента в биосфере связан с постоянным круговоротом всех элементов, взаимодействующих в ходе единого химического процесса. В результате достигается состояние устойчивого равновесия, поддерживаемое благодаря постоянному продуцированию и потреблению биохимически важных веществ в биосфере. Соответственно при нарушении цикла хотя бы одного элемента нарушаются циклы и других элементов.

Одной из самых больших трудностей при измерении продуктивности водной экосистемы является необходимость ответить на вопрос — находится ли система в состоянии динамического равновесия, т.е. в устойчивом состоянии ?

В такой системе поступление вещества и энергии равно их расходу. Продукция находится в равновесии с запасом или скоростью поступления лимитирующего компонента, т.е. компонента, имеющегося в наименьшем количестве. При устойчивом состоянии лимитирующем будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму. Этот «закон минимума» в меньшей степени приложим к переходным состояниям, когда быстро изменяются количества, а значит, и эффект многих составляющих.

Рассмотрим пример озера, где главным лимитирующим фактором является двуокись углерода (СО₂) и продуктивность сбалансирована со скоростью поступления СO₂ из разлагающегося органического вещества. Будем полагать, что свет, азот и фосфор при этом устойчивом состоянии были в избытке, т.е. не служили лимитирующими факторами. Если во время бури в воде растворится дополнительное количество двуокиси углерода, то скорость образования продукции изменится и начнёт зависеть также от других факторов. Пока скорость меняется, стационарного состояния нет и эффект минимума отсутствует. Результат зависит от всех (а не от одного) компонентов. По мере расходования разных компонентов продуктивность будет быстро изменяться, пока один из них не станет лимитирующим фактором (возможно, опять СО₂). Только после этого скорость функционирования озёрной системы будет вновь регулироваться “законом минимума”.

Эвтрофирование (эвтрофикация, эвтрофия) вод есть повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов.

При антропогенном эвтрофировании в пресных водах создаётся в высшей степени неустойчивое состояние с резкими колебаниями (бурное «цветение водорослей» с последующим отмиранием, при котором высвобождаются питательные вещества, вызывающие очередное «цветение»). В таком случае в качестве лимитирующего фактора нельзя выдвигать на первое место какое-то из веществ. Во время таких колебаний фосфор, азот, двуокись углерода и многие другие вещества могут быстро сменять друг друга как лимитирующие факторы.

В некоторых эвфотических зонах первичная продукция фитопланктона ограничена из-за нехватки фосфатов в доступной форме. В других эвфотических зонах внутренних вод вследствие избытка фосфатов происходит интенсивное цветение водорослей. Как правило, в большинстве олиготрофных вод фосфор считается лимитирующим питательным элементом.

Меры по деэвтрофированию и оздоровлению водоёмов

Как оздоравливать и деэвтрофировать эвтрофные водоёмы, т.е. водоёмы, где критические уровни нагрузок превышены и проявляется процесс глубокого нарушения водных экосистем?

В числе используемых методов есть следующие:

• прекращение сброса сточных вод и отвод их за пределы акватории;
• прекращение сброса фосфора за счёт законодательного ог­раничения его использования (например, в составе моющих средств), удаление фосфора из сточных вод, а также последующе­го связывания и осаждения его в водоёмах;
• использование искусственной аэрации воды с помощью воз­духа или кислорода для усиления окислительной минерализации органического вещества;
• использование химических средств (альгицидов, коагулян­тов) для подавления жизнедеятельности водорослей и осветления воды;
• сброс обогащенного питательными веществами гиполимниона озёр;
• строительство буферных водоёмов, задерживающих поступ­ление биогенных элементов в важнейшие водоёмы;
• сброс и удаление скоплений водорослей и других растений с последующим их использованием или уничтожением.

По материалам: Науменко М. А, Эвтрофирование озер и водохранилищ

Применение перекиси водорода для очистки водоёмов

Для борьбы с эвтрофированием водоёмов можно использовать перекись водорода. Внесение перекиси водорода уничтожает водоросли, запускает процессы очистки воды полезными бактериями, обогащает воду кислородом. Для очистки воды используют перекись водорода концентрацией 37%. В водоём с рыбой вносят 16 мл перекиси на 1 куб. м воды, в водоём без рыбы вносят 25 мл перекиси на 1 куб м воды. Подробнее о методе можно прочитать в специальной статье (ссылку см. ниже).

Водоём до применения перекиси водорода

Водоём после применения перекиси водорода

Источник