ЭВТРОФИКАЦИЯ: ПРОЦЕСС, ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ, РЕШЕНИЯ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2026

Eutrophication избыток питательных веществ способствовали водоему, создавая взрыв популяции водорослей, цианобактерий и водных растений. Это явление, в свою очередь, вызывает уменьшение растворенного кислорода в воде и, следовательно, влияет на подводную жизнь.

Содержание растворенного кислорода уменьшается из-за снижения фотосинтеза погруженными водорослями и растениями. Это происходит как из-за блокировки солнечного света из-за разрастания поверхностных растений, так и из-за более высокого уровня потребления кислорода этими популяциями.

Накопление водорослей путем эвтрофикации.

Эвтрофикация может происходить по естественным причинам, когда размер или поток воды уменьшается, или из-за сильных дождей, которые переносят питательные вещества в водоемы. Однако в большинстве случаев эвтрофикация происходит по антропогенным причинам.

Проблема эвтрофикации растет во всем мире, и более половины озер в мире в той или иной степени страдают от нее. Точно так же мертвые зоны увеличиваются в морях из-за возникновения этого явления, выявив более 700 из них.

Процесс

Эвтрофикация начинается с внесения в воду необычного количества питательных веществ, особенно азота (N) и фосфора (P). Эти вклады могут поступать как из естественных, так и из антропных источников, но в любом случае они являются продуктом и причиной экологического дисбаланса.

Избранные организмы

Исключительное потребление необходимых питательных веществ для роста растений способствует развитию инвазивных водных растений и водорослей. Это может быть как фитопланктон, так и макроводоросли, также происходит размножение цианобактерий.

Размножение водорослей за счет эвтрофикации. Источник: Феликс Эндрюс (Floybix)

Эти организмы имеют высокие темпы размножения и быстро растут, поэтому при достаточном количестве питательных веществ они имеют конкурентные преимущества. Они растут на поверхности водоема и покрывают всю поверхность.

Свет

Плавающие водоросли и водные растения, покрывающие поверхность, препятствуют проникновению солнечного света в нижние слои воды. Из-за этого погруженные в воду водоросли и растения не могут фотосинтезировать и начинают умирать.

Растворенный кислород

Блокировка подводного фотосинтеза этим поверхностным разрастанием растительной массы также подразумевает уменьшение растворенного кислорода в воде. Кроме того, другие источники растворенного кислорода, такие как обмен с атмосферой, ограничены из-за блокировки, оказываемой поверхностной растительной массой.

Потребность в кислороде

Под поверхностью увеличивается активность разлагающих организмов, особенно бактерий и архей. Это означает увеличение потребности в растворенном кислороде, которая снижается.

Повышение активности разложения является следствием увеличения поступления органических веществ в результате всплеска популяции на поверхности. Влияет также увеличение гибели подводных организмов.

Внутренний вклад органических веществ и внешний за счет загрязненных стоков требует большего количества кислорода для его биохимической стабилизации (биохимическая потребность в кислороде). Когда кислорода не хватает, накапливается полуразложившееся органическое вещество, вся экосистема впадает в кризис, и жизнь исчезает.

причины

Эвтрофикация вызвана более высоким содержанием питательных веществ, чем обычный баланс экосистемы. Это может происходить как по естественным, так и по искусственным причинам, хотя первые случаются редко.

- Естественные причины

На море

Глубокие потоки холодной воды могут вызвать всплески популяции фитопланктона, вытягивая питательные вещества со дна океана на поверхность (апвеллинг). Точно так же цветение или цветение водорослей - это природное явление, вызванное различными факторами, способствующими росту фитопланктона.

В таких благоприятных условиях происходит необычный рост популяции динофлагеллят и диатомовых водорослей. Некоторые виды микроводорослей безвредны и полезны, но другие являются токсичными водорослями, например динофлагеллятами рода Alexandrium.

Эта токсичность связана с выбросом микроводорослями токсинов, таких как сакситоксин, сигуатоксин и гониатоксины.

В пресной воде

Реки, вытекающие из русла, образуют меандры или обозначенные кривые, которые иногда остаются изолированными. Таким образом образуются подковообразные лагуны, которые питаются дождевой водой, стоком или периодическими разливами реки.

В этих водоемах концентрация питательных веществ выше, чем в реке, потому что нет оттока. Следовательно, явления естественного эвтрофикации происходят с распространением водорослей и водной растительности.

- Антропные причины

Самой важной причиной эвтрофикации сегодня является загрязнение водоемов в результате деятельности человека. Особенно сточные воды без надлежащей очистки и диффузное загрязнение от сельского хозяйства, которое является наиболее важным во всем мире.

Удобрения и пестициды

Химические удобрения состоят из соединений, специально разработанных для обеспечения необходимых питательных веществ для роста растений. Основная формула удобрения включает азот (N), фосфор (P) и калий (K).

Эвтрофикации. Источник: Ф. ламиот (собственная работа)

В сельскохозяйственных системах применение этих продуктов неэффективно, так что около 60% смывается сточными водами. Эти питательные вещества попадают в водоемы, такие как реки или, наконец, озера и океаны, переносимые сточными водами.

Городские сточные воды

Сточные воды домов, офисов и заводов содержат большое количество органических и неорганических веществ, способствующих эвтрофикации. Бытовые сточные воды содержат большое количество органических веществ, которые, если их не очистить, достигают водоемов.

Мыло и моющие средства, используемые в средствах личной гигиены, в бытовых и других средствах, также включают фосфаты и нитраты.

Кислотный дождь

Промышленность выбрасывает в атмосферу газы, содержащие, среди прочего, оксиды азота. Эти газы при реакции с водяным паром образуют кислоты, которые осаждаются и достигают водоемов.

Эти соединения являются дополнительными источниками нитратов, которые являются одними из основных питательных веществ, способствующих росту растений.

Глобальное потепление

Повышение глобальной температуры способствует эвтрофикации, поскольку теплые воды способствуют размножению водорослей и водных растений. С другой стороны, количество растворенного кислорода уменьшается пропорционально повышению температуры воды.

- Способствующие факторы

Другие факторы способствуют развитию эвтрофикации, в том числе отсутствие подвижности воды, небольшая глубина, низкий поток и высокие температуры воды. Чем меньше воды в водной экосистеме или чем медленнее скорость ее обновления, тем быстрее она достигает насыщения питательными веществами.

последствия

Эвтрофикация - серьезная проблема, которая в основном затрагивает пресноводные экосистемы, но также встречается и в морских экосистемах. Во всем мире около половины озер подвержены некоторому уровню эвтрофикации, и многие реки, а также прибрежные районы имеют мертвые зоны по этой причине.

- Исчезновение жизни в экосистеме

Основное последствие эвтрофикации - уменьшение биоразнообразия в экосистеме и, наконец, исчезновение водных организмов. На ранних стадиях избыток питательных веществ способствует размножению инвазивных организмов, которые демонстрируют быстрый рост и размножение в этих условиях.

Эвтрофикация в реке Потомак (США). Источник: Александр Трубецкой

По мере преобладания этих видов они вытесняют остальные виды в экосистеме, уменьшая их биологическое разнообразие. По мере развития эвтрофикации условия на подводном уровне становятся неблагоприятными для жизни, и организмы погибают.

Таким образом исчезают погруженные в воду рыбы, водоросли и растения, а также другие водные организмы из-за недостатка кислорода и света. Конечным пунктом назначения, если эвтрофикация продолжится, станет почти полное исчезновение водных организмов.

Токсичные газы

Активность анаэробных бактерий производит токсичные газы, такие как сероводород, вызывая большую гибель водных организмов.

Воздействие по всей площади

Воздействие распространяется на наземные экосистемы, поскольку те живые существа, которые зависят от водоема, также погибают или мигрируют. Это связано как с потерей источника пищи, так и с ухудшением питьевого качества воды.

- Снижение производства продуктов питания

В эвтрофированных районах производство продуктов питания снижается по мере сокращения рыболовства, потому что первыми затронутыми организмами являются рыбы. В случае рек и морей они вынуждены покинуть этот район, а в озерах они исчезают.

- Потеря источников питьевой воды

Питьевая вода должна соответствовать условиям качества, включая уровень растворенного кислорода, pH и отсутствие органических и неорганических примесей. Когда происходит эвтрофикация, вода в экосистеме снижает содержание растворенного кислорода и накапливает большое количество разлагающегося органического вещества.

Это, в свою очередь, вредно для здоровья и вызывает неприятный запах и изменение цвета, несовместимое с его использованием в качестве питьевой воды. PH воды изменяется, она становится более кислой из-за присутствия органических кислот.

Состояние здоровья

На общественное здоровье может повлиять потребление непитьевой воды из эвтрофных водоемов. Кроме того, размножение некоторых микроводорослей вносит токсины в воду и организмы, которые ее потребляют.

Точно так же увеличение количества анаэробных бактерий вызывает выброс токсичных газов, таких как сероводород и метан.

- Снижение туристической активности

Водные экосистемы являются важными полюсами туристической привлекательности, источником работы и местного развития. Этим благам угрожает эвтрофикация, поскольку она влияет как на биоразнообразие, так и на ландшафтные ценности данной территории.

- Экономические потери

Вследствие всего вышеперечисленного эвтрофикация приводит к большим экономическим потерям в виде сокращения рыболовства, доходов от туризма и водопользования.

Решения

К решению проблемы эвтрофикации необходимо подходить с точки зрения предотвращения этого явления и его устранения.

- Профилактика

Отправной точкой для предотвращения эвтрофикации является осведомленность граждан о ее существовании, причинах и последствиях. Таким образом, граждане могут лоббировать принятие необходимых мер.

Избегайте загрязнения воды

Основное решение проблемы эвтрофикации по антропным причинам - уменьшение загрязнения воды. Для этого необходимо провести соответствующую очистку бытовых и промышленных сточных вод перед сбросом в водные объекты.

Также необходимо контролировать другие косвенные источники загрязнения воды, такие как выбросы газов, вызывающие кислотные дожди.

Новая модель сельского хозяйства и животноводства

Загрязнение воды, вызванное сельскохозяйственной и животноводческой деятельностью, носит диффузный характер, то есть источники загрязнения невозможно точно определить. Таким образом, решение проблемы вклада загрязняющих веществ в эти виды деятельности заключается в изменении технологических схем производства.

Требуется сельское хозяйство, использующее меньше ресурсов, особенно удобрений и гербицидов, соединений, которые вносят нитриты и фосфаты в воду. Таким образом, сельскохозяйственные системы с замкнутой циркуляцией питательных веществ, такие как гидропоника, меньше загрязняют окружающую среду с точки зрения вклада в экосистемы.

Также необходимо уделять внимание обращению с органическими отходами, сбору и очистке сточных вод в системах животноводства.

- Восстановление

Если в водоеме начался процесс эвтрофикации, есть несколько альтернатив для решения проблемы.

Экстракция овощной массы

Принимая во внимание распространение плавающих водных растений, таких как ленна (Lennaceae), бора (Eichhornia crassipes) или другие, вполне реально реализовать программы сбора. Он заключается в массовом удалении растений с поверхности водоема с помощью перетаскивания майя.

Очистка воды

В тяжелых случаях загрязнения вода может подвергаться очистке путем рециркуляции из водоема на очистные сооружения.

Биологический контроль

Есть некоторые организмы, которые потребляют водоросли и водные растения, которые размножаются при эвтрофикации. Гетеротрофные пасущиеся простейшие, то есть они потребляют микроводоросли, использовались для сокращения популяций, которые размножаются при эвтрофикации.

Точно так же гриб Cercospora piaropi использовался для борьбы с Eichhornia crassipes, плавающим покрытосеменным, который размножается в эвтрофных условиях.

Химический контроль

Альтернативой является флокуляция и осаждение микроводорослей, особенно в случаях токсичного цветения водорослей. Это достигается добавлением таких продуктов, как гипохлорит натрия (NaOCl), глины (каолинит) или их комбинаций, таких как хлорид полиалюминия с бентонитом. Эти продукты притягивают и удерживают микроводоросли, образуя хлопья или массы, которые затем осаждаются на дно.

Примеры территорий с эвтрофикацией

Эвтрофикация в Каспийском море. Источник: Джефф Шмальц, Группа быстрого реагирования MODIS, НАСА / GSFC

- Морские мертвые зоны или районы

Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде указывает на наличие более 700 мертвых зон в Мировом океане. Эти мертвые зоны возникают из-за низкой концентрации растворенного кислорода из-за эвтрофикации, и их оценочная площадь превышает 240 000 км².

Мертвая зона Мексиканского залива

Одна из самых обширных морских мертвых зон в мире - это так называемая мертвая зона Мексиканского залива. Это более 20 700 км² моря, которое страдает серьезными проблемами эвтрофикации с распространением плавающих макросов и микроводорослей.

Основная причина эвтрофикации этого района - загрязненные воды реки Миссисипи, которая впадает в залив. Миссисипи проходит через большую часть сельскохозяйственной зоны Северной Америки, являясь водосборным бассейном с высокой нагрузкой сельскохозяйственных загрязнителей.

- Черное море

В этом внутреннем море, расположенном между Европой и Азией, с 1970-х годов отмечается усиление цветения водорослей. Это привело к сокращению популяций мелководных видов.

Согласно информации Европейского агентства по окружающей среде, гипоксические и аноксические явления возникают каждое лето в результате деятельности водорослей. Все это из-за эвтрофикации биогенными веществами, обеспечиваемыми сельскохозяйственной и промышленной деятельностью в бассейне этого моря.

Чувствительность к эвтрофикации

Поскольку это внутреннее море, единственное косвенное соединение которого с океаном - пролив Босфор, обновление воды происходит очень медленно. Это, вместе с высоким уровнем загрязнения в бассейнах, из которых он питается, делает его особенно восприимчивым к эвтрофикации.

Фактически, средние концентрации нитратов и фосфатов увеличились в 18 раз с 1960 по 1992 год. Наибольший вклад загрязняющих веществ поступает из бассейнов рек Дунай, Днепр и Днестр.

- Озеро Валенсия

Это озеро, также называемое озером Лос-Такаригуас, расположено в северном центре Венесуэлы на площади 344 км². Он образует эндорейный бассейн, то есть закрытый, площадью 3140 км². Многие из его притоков проходят через города в центре страны, такие как Валенсия и Маракай, с большим населением и промышленными зонами.

Бассейн озера Валенсия (Венесуэла). Источник: Fev

Большая часть городских и промышленных сточных вод сбрасывается в реки, превращаясь в дренажные каналы без надлежащей очистки. Это привело к накоплению огромного количества загрязнителей, включая органические и неорганические питательные вещества.

С 1974 года концентрация азота в озере увеличилась вдвое, а фосфора - втрое. Находясь выше допустимых значений на 146% для азота и 250% для фосфора. Все это привело к масштабному явлению эвтрофикации, которое сейчас далеко зашло.

Ссылки

1. Банд-Шмидт, CJ, Бустильос-Гусман, JJ, Лопес-Кортес, DJ, Нуньес-Васкес, Э. и Эрнандес-Сандовал, FE (2011). Текущее состояние изучения вредоносного цветения водорослей в Мексике. Гидробиологическая.
2. Калоу, П. (ред.) (1998). Энциклопедия экологии и природопользования.
3. Маргалеф, Р. (1974). Экология. Издания Омега.
4. Одум, EP и Уорретт, GW (2006). Основы экологии. Издание пятое. Thomson.
5. Ромеро, Дж. (2017). Изучение исторического поведения органических веществ и питательных веществ, вносимых притоками рек озера Лос-Такаригуас. Университет Карабобо, инженерно-технический факультет, учебное управление для выпускников, магистр экологической инженерии.
6. Руис-Ванойе, Дж. А. и Диас-Парра, О. (2015). Скопления мертвых зон в море. Научный журнал.
7. Сар, EA, Феррарио, ME и Регера, Б. (Редакторы, 2002). Вредное цветение водорослей в Южном конусе Америки. Испанский институт океанографии. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000215417
8. Институт мировых ресурсов, Интерактивная карта эвтрофикации и гипоксии. (По состоянию на 7 февраля 2020 г.). Взято с сайта: https: //www.wri.org/our-work/project/eutrophication-and-hypoxia/interactive-map-eutrophication-hypoxia.