Введение

Я выбрала эту тему, потому что она очень интересная и актуальная сейчас и в принципе вода важна была во все времена, ведь ее 70 % от всей площади Земли и такое же большое процентное содержание воды находится в нашем организме. Без воды человек и природа не может жить, поэтому мне стало интересно, что будет, если повыситься уровень органики в водоемах. Я попыталась изучить, что такое эвтрофирование, как оно образуется, и какие могут быть последствия. Последствия оказались очень плачевными, ведь эвтрофирование не только вызывает уменьшение численности ихтиофауны, водорослей, но и отмирание водоема, путем превращения его в болото, а также при большом количестве органики такие водоемы могут переносить и могут быть возбудителями многих опасных инфекционных болезней для человека.

Эвтрофирование и типы водоемов

Эвтрофный водоем - мелкий, хорошо прогреваемый водоем, с высокой продуктивностью и увеличенным содержанием органических веществ. Если перевести с греческого, то получится хорошее питание (Enu - хорошо + Trophe – питание).

Эвтрофирование – процесс новообразования органического вещества в водоеме. Понятие трофии включено в лимнологию во втором десятилетии 20-ого века для характеристики способности водоема повторять органическое вещество как основу рыбопродуктивности. Вскоре это понятие заслужило более широкое значение. В результате основательных исследований комплекса лимнических процессов превращения вещества и энергии оно стало интегрирующей характеристикой водных экосистем и составило основу биолимнологической классификации и типологии водоемов.

Главными компонентами водных экосистем, способными самостоятельно создавать (продуцировать) органическое вещество являются автотрофные организмы (водоросли, высшая водная растительность) и хемосинтетики (бактерии). Тем не менее именно органическое вещество растительного происхождения является исходной энергетической основой для всех последующих этапов продукционного процесса. В основе формирования первичного органического вещества находится, как известно балансовое равновесие фотосинтеза:

6 CO2 + 6 H2O + 2818.7 кДж → C6H12O6 +6O2

Из 6 молекул углекислого газа и такого же количества молекул воды сформируется 1 молекула глюкозы и выделяется 6 молекул кислорода. В процессе фотосинтеза природная вода, взаимодействуя с углекислым газом под воздействием солнечной радиации, является одновременно источником формирования органического вещества. В отличие от животных и бактерий, которые применяют для своей жизнедеятельности готовые органические вещества, растения сами их синтезируют. Применение световой энергии для биосинтеза стало возможно благодаря наличию у растений комплекса, поглощающих свет пигментов, главным их, которых является хлорофилл. Растения в грандиозных масштабах воплощать в жизнь процесс преобразования солнечной энергии в химическую энергию продуктов фотосинтеза, необходимую для поддержания жизни и круговорота вещества и энергии в биосфере нашей планеты. Важнейшими фотосинтетиками в водоемах являются фитопланктон и макрофиты. [1]

Классификация водоемов по уровню их трофии. Уровень биологической производительности лежит в основе типизации водохранилищ на уровне трофии. Уровень биологической производительности озер всегда связан с определенными лимфологическими характеристиками того или иного трофического типа, а также с водосборным характером, особенностями гидрографической сети, притоком тепла и другими компонентами, они объединены в единую систему как внутри водохранилища, так и в системе " водосборное озеро:

В 20-30-е годы Тинеман и Науман предложили выделить три вида озер: олиготрофни, эвтрофна и дистрофна. Классификация Тинемана определяется как экологическая, так как трофический тип строится на биологических показателях (глубина, высмеивание, прозрачность резервуара, наличие гиполимного (придонного) кислорода, рН, биагены и т. д.) С абиотическими факторами.:

Олиготрофическое тело-содержит небольшое количество биогенных веществ, имеют высокую прозрачность, низкое цветение, большую глубину. Содержание кислорода лишь немного отклоняется от его нормального насыщения. В водохранилище преобладают пастбищные трофические цепи, микроорганизмов мало, и цепи разложения слабые:

Резервуар эвтроф-при большей минерализации и высоком содержании биогенных веществ происходит интенсивное развитие фитопланктона. В верхних слоях часто возникает избыток кислорода, а ниже-значительный недостаток. Они становятся только при нехватке кислорода и обилии мертвого органического вещества.

Дистрофическое тело-низкая минерализация, небольшое количество биогенных веществ, обильное содержание гумусовых веществ. Водный хумус состоит из трудно растворимых гуминовых кислот и составляет основную массу растворенного органического вещества в водоемах. Растворенное органическое вещество составляет 90-98% и только 2-10% представлено в виде живых организмов и детритов. [8]

Мезотрофический тип-промежуточный тип между олиготрофическим и эвтрофическим. Существенным недостатком этой типизации является то, что не существует данных о человеческих озерах, которые переходят от олигогумоза (легких) к мезогумозному и полигумозному (темному) видам. Рутнер (1952) также отметил, что среди гуманных озер встречаются эвтрофические озера. Эрнефельт (1958) обнаружил, что дистрофия — это не новая категория, которую можно сравнить с 2 видами эвтрофина и олиготрофина, а дополнительная. Эвтрофические озера могут быть дистрофическими и не дистрофическими, а олиготрофическими-тоже. Берг (1956) отметил, что дистрофический тип радикально отличается от других видов резервуаров.

Второй этап-50-60-е годы. Известный лимнолог Оле (1955) предложил новую концепцию trophic typing озер, при поддержке Эльстера, род, Винберг. Он основан на оценке интенсивности цикла органического вещества. При этом функциональным показателем является величина первичного продукта фитопланктона и плотность хлорофилов в воде, между которыми существует прямое соотношение. На этой основе появились первые количественные шкалы, которые впоследствии пополнились величинами биомассы фитопланктона. Подход был назван производственно-биологическим или балансовым, основанным на соотношении величин (а) и деструкции (R) продукции, предложенной Винбергом еще в 30-х годах. Тогда он еще не привлек должного внимания, но в 60-х он занял свое место. В основе сбалансированного подхода лежит общая жизнедеятельность, которая оценивает деятельность водохранилища в целом. Средством жизнедеятельности является" особая производительность", то есть сумма всех биогенных преобразований органического вещества (A+R) в единицу площади.

Третий этап – современный. Концепция системной экологии, рассматривая водохранилище в целом как организованную систему, которая тесно связана со всеми его элементами, позволила сделать значительный шаг в развитии типологического направления. Появились новые классовые шкалы, в том числе нумеровские, предложенные Карлсоном (1977). В основе расчетов трофического индекса Карлсона (TSI) лежит тесное соотношение параметров водной среды-прозрачности, концентрации хлорофилла в воде и содержания общего фосфора:

TSI = 10 (6-log2 SD), где SD-прозрачность

Индикатор трофии и связанные с ним параметры (по Carlson, 1977)

Тип водоема	TSI	Прозрачность, м	р общ *, мг/м3	Chl "а"*, мг/м3
Олиготрофный	0	64	0.75	0.04
	10	32	1.5	0.12
	20	16	3	0.34
	30	8	6	0.94
Мезотрофный	40	4	12	2.6
	50	2	24	6.4
Эвтрофный	60	1	48	20
	70	0.5	96	56
Гиперэвтрофный	80	0.25	192	154
	90	0.12	384	427
	100	0.062	768	1183

* В поверхностном слое воды.

Достоинство номерных шкал состоит из условности цифрового выражения ряда непрерывных трофических состояний от 0 до 100. Японские исследователи сравнили трофический индекс с большим количеством параметров-сестон, BPC, (биологическое потребление кислорода) с различными бактериями, фосфором, органическим углем, азотом. В 80-е годы американскими лимфологами был предложен комплексный индекс трофического состояния на основе общего фосфора, хлорофилла, прозрачности. Бульон (1987) - предложил индикатор (ITS), рассчитанный на глубину оптимального фотосинтеза с концентрацией воды хлорофилла (C) или скоростью фотосинтеза (а):

ITS = 40-20 lg C

ITS = 10.4-20 lg a

В целом, на основе гидрологических, гидрохимических и биологических характеристик водохранилищ появилось множество классовых шкал.

Виды озер по содержанию хлорофилла, биомассы фитопланктона и первичного продукта (по Китаеву, 1984)

Тип озера	Хлорофилл, мг/л	Биомасса, г/мЗ	Продукция, г С/м2год
Олиготрофное	<1.5-3	0.5-1	<12.5-25
Мезотрофное	3-12	1-4	25-100
Эвтрофное	12-48	4-16	100-400
Гипертрофное	>48	>16	>400

В этой сложной системе не забывается и экологический подход-вид индикаторов. По-прежнему первичными по сравнению с биологическими показателями считаются количественные оценки, связанные с развитием фитопланктона (первичная продукция). [2]

Существует еще одна классификация, которая характеризует уровень трофеев в резервуаре-л. Классификация Россолимо, описывающая, что олиготрофные водохранилища находятся в окружении кристаллических пород, вырытых морен, подсекторов и непромокаемых удобрений. Низкий уровень выходных процессов. Меньшая величина положительного баланса производственно-биологических процессов, то есть небольшое превышение продукта над разрушением-небольшое накопление органического вещества.

Для застопоренных озер (меромиктических) характерна кривая кислородного тройника, которая в неустойчивых застопоренных озерах может быть нарушена. Существуют условия накопления двуокиси углерода, восстановленных соединений-сероводорода, аммиака, часто внутреннего железа, анаэробного разложения органических веществ.

Скорость дистрофического фотосинтеза низкая из-за высокого содержания аллохтона органического вещества. Они обычно делятся на autochton и allochton. Запасы органических веществ автохтона пополняются за счет фотосинтеза фитопланктона, а запасы алохтона-за счет их извлечения из водосборного пространства, поступлений с атмосферными осадками, а также бытовых и промышленных утечек. Передача пищевой энергии из своего источника через ряд организмов из автотрофов, которые происходят некоторыми организмами через поедание другими, называется пищевой цепью: В этой цепочке зеленые растения занимают первый трофический уровень и называют их продуктом (это объясняется тем, что водоросли являются основным источником питания животных:), травоядцы-второй трофический уровень (первичные потребители), хищники-вторичные потребители, вторичные хищники-третичные потребители. Первичный продукт-скорость новообразования органического вещества за счет автотрофов и приблизительных оценок первичного производства озер и резервуаров варьируется от четырех миллионов до двух.

Создать органическое вещество в их организме может и микроорганизмы-хемиосинтетики, но на основе использования энергии различных химических реакций. Хемосинтетика – это хемосинтез бактерий или хемотрофов-серобактерий, водородные, железобактерии, нитрифицирующие, марганцевые. Хемосинтез бактерии встречаются во всех резервуарах, как свежих, так и морских. Они живут в толще воды на поверхности и в глубине почвы. Они в основном сосредоточены на том, где анаэробные условия заменяются аэробными, потому что для его жизнедеятельности есть потребность составляет в кислороде и восстановленных соединениях, которые, в частности, образуются в результате анаэробного распада органических веществ. Хемосинтез в водоемах подобает рассматривать как вторичный процесс, который в конечном итоге применяет энергию органического вещества, формируемого при фотосинтезе, следовательно, роль хемосинтетиков содержится не столько в создании первопищи, а, сколько в трансформации энергии, аккумулированной фотосинтетиками. [3]

Развитие и влияния факторов

Эвтрофирование – это естественный процесс. Развитие происходит в рамках геологических масштабов времени, когда постепенно олиготрофные водоемы превращаются в эвтрофные и скапливание донных отложений, уменьшение глубины, формирование реабилитационных условий в приднестровских слоях, водоемы растут и умирают. Биогены связываются не с коротко живущим фитопланктоном, а с долгоживущей растительностью. Развитие экосистемы называется экологической сукцессией и изменяется при биоценотических процессах., если изменения в экосистеме определяются в основном внутренними взаимодействиями, то они говорят об аутогенной сукцессии, если изменения регулярно влияют на внешние силы, то такая сукцессия называется аллогенной.

Трофический вид каждого водоема можно рассматривать как стадию этой эволюции, и каждое устойчивое повышение уровня автотрофного продукта как эвтрофию. В отличие от эволюции видов, в эволюции водных экосистем может наблюдаться обратный процесс, то есть при снижении биогенной нагрузки происходит деэвтрофирование. Происходит как самоочищение. Антропогенное воздействие усилилось в 70-х годах XX века. Биогенная нагрузка могла отличаться из года в год из-за изменения метеорологических условий. Внезапное увеличение жизнедеятельности в озерах могло вызвать лесные пожары, а также оползни. Быстрое снижение воды приводит к термоклину, что приводит к резкому росту внутренней биогенной нагрузки за счет биогенных веществ, накопленных в донных осадках. Но позже, как потребляется в резерве биогенных веществ донных месторождений, эффективность будет снижаться. Строительство водохранилищ сначала вызовет трофический взрыв, затем стабилизация процессов в водохранилищах. Трофическая идея равновесия, которая исключает долгосрочное естественное эвтрофирование водохранилищ, впервые была выражена Д. Хатчинсоном. По его мнению, озеро может быстро стать эвтрофой после своего образования, если оно находится на водосборном бассейне с богатым биогенным веществом, то есть является частью эвтрофной системы.

Многочисленные данные показывают, что в ходе эволюции ландшафтов, формирование почв и растительных покрытий происходило путем обогащения своих питательных веществ. Этот процесс получился разным характером и происходил с разной скоростью, в зависимости от географических и геохимических условий. Соответственно, также на разной скорости обогащаются питательными веществами и озерами.

Тенденции изменения основных особенностей экосистемы, которые нужно ожидать во время успеха:

Энергетика экосистемы:

Возрастает биомасса и количество органического детрита.

Возрастает первичная продукция (Р), вторичная продукция изменяется мало.

Увеличивается дыхание (R)

Соотношение продукции и дыхания P/R приближается к 1 (равновесию).

Круговороты биогенных элементов:

Круговороты элементов становятся все более замкнутыми.

Увеличивается время оборота и запас важных элементов.

Удерживается и сохраняется больше биогенных элементов.

Виды и структура сообществ

Меняется видовой состав сообщества

Возрастает видовое богатство.

Усложняются и удлиняются жизненные циклы.

Увеличивается величина организмов.

Стабильность

Возрастает устойчивость

Общая стратегия

Возрастает эффективность использования энергии и биогенных элементов.

Закон лимитирования

Развитие биоты в каждой экосистеме определяется различными гидрохимическими и гидрологическими параметрами. Еще в 1840 году Либих сформулировал закон лимитирования, в соответствии с которым доминирующая роль отводится фактору, ограничивающему нормальное развитие организма в данных условиях. В случае водных сообществ производство фитопланктона и высокой водной растительности может зависеть от тепловой, гидродинамической, гидрооптической, общей минерализации, газового режима, кислотность (рН) и концентрация биогенных веществ и даже морфометрия резервуара.

В некоторых водах есть азотное ограничение, оно характерно для речного типа эстуаров и резервуаров, где есть высокая концентрация фосфора в притоке и обеспечивает непрерывное пополнение запасов фосфора при высоком обмене водой, а скорость фиксации атмосферного азота гидробионтами невысока.

Признание главной роли фосфора в пределе процесса эвтрофирования позволило определить гипотезу, на основе которой построены эмпирические зависимости, то математические модели, в которых отражена связь показателей, трофически характеризующих уровень водоема с величинами, описывающими вход общего фосфора. Признание получил метод Фолленвайдера (1968), после этого идеи определения уровня трофии предложил Диллон-Риглер (1974), изменив прежнюю резолюцию до вида:

lg Chl = 1.45 lg Pобщ. - 1.14, где Chl - концентрация хлорофилла в воде, Pобщ. - содержание общего фосфора. [4]

Антропогенное эвтрофирование. Из истории развития озер известно, что за время их существования обычно происходит процесс повышения уровня трофии. Водоемы из олиготрофных превращаются в мезо - и эвтрофные. Во второй половине 20-го века, в связи с увеличением оттока минеральных и органических веществ, усилением экономического развития территорий, наблюдалось резкое изменение уровня трофии водохранилищ и ухудшение качества воды. Быстрое повышение жизнедеятельности и весь комплекс параметров водных экосистем, связанных с этим нарушением, принято называть антропогенной эвтрофизацией.

Шилькрот Г. С. (1977) определяет антропогенное эвтрофирование как увеличение первичной продукции водохранилища и связанное с этим изменение ряда его режимных характеристик в результате растущей прибавки в пруду минеральных питательных веществ. "Антропогенной эвтрофизацией является увеличение получения питательных веществ для растений вследствие деятельности человека в бассейнах водных объектов и повышение в результате этого производительности водорослей и высших водных растений".

Естественное эвтрофирование – это очень медленный процесс с течением времени (тысячи, десятки тысяч лет), развивается в основном из-за накопления донных отложений и обмеления водоемов. Антропогенное эвтрофирование – это процесс очень быстрый (годы, десятки лет), отрицательные последствия его для водоемов проявляются зачастую в очень резкой и уродливой форме.

Угроза антропогенного эвтрофирования водоемов стала осознаваться только во второй половине прошлого столетия. Для водоемов, особенно озерных экосистем, чрезмерное потребление биогенных веществ не менее опасны, чем токсичное загрязнение. В результате они получают массовое развитие планктонных водорослей ("цветение" воды), вода приобретает неприятный запах и вкус, ее прозрачность уменьшается, растет цветение, повышается содержание растворенных и взвешенных органических веществ. Повышение концентрация воды органическими соединениями стимулирует развитие сапрофитных бактерий, водных грибов, резко обостряя эпидемиологическую ситуацию водных объектов. Кроме того, недостаток кислорода приводит к тому, что из донных отложений в воду более активно выбрасывается ряд веществ, в том числе фосфор, а это, в свою очередь, ускоряет процесс эвтрофирования. Таким образом, с какого-то момента эвтрофирование, получающее внутриутробное ускорение, становится необратимым, вызывая деградацию озерных систем и водоемов. [3]

Показатели антропогенного эвтрофирования:

Абиотические:

Послойное распределение кислорода в водоеме, выражающееся в форме "кислородной кривой" и дефицит кислорода в гиполимнионе (наиболее широко используется). Однако он не применим к тропическим водоемам, в которых в условиях высокого прогрева анаэробный гиполимнион устанавливается независимо от уровня трофии. Нарушение баланса кислорода отражает изменения обеспеченности.

Снижение прозрачности воды.

Непосредственный показатель - содержание азота и фосфора.

Биотические:

Соотношение продукции и деструкции.

Изменение в структуре биоценозов.

Устойчивое "цветение" воды.

Быстро увеличивающееся зарастание прибрежных мелководий.

Массовое развитие нитчатых водорослей.

Засорение берегов остатками водной растительности.

Появление неприятного запаха в результате гниения массы отмирающих нитчатых водорослей и высшей водной растительности.

Антропогенные факторы. К числу факторов антропогенного влияния относят - гидротехническое строительство, связанное с зарегулированием или переброской стока, поверхностный сток с окультуренных площадей (с/х сток, дождевые воды городов), сток сточных вод (бытовых, промышленных, животноводческих и т.п.).

1. Гидротехническое строительство

В мире создано около 10Х103 водохранилищ. Строительство водохранилищ с положительным воздействием на формирование качества воды, повышением рыбопродуктов, усилением разведения, уменьшением запаха, цветением и повышением прозрачности воды стало одной из причин их значительной эвтрофизации и проявления ряда негативных последствий, связанных со снижением их способности к самоочищению по сравнению с рекой .

Важным результатом строительства является повышение уровня грунтовых вод, переоформление берегов и изменение климатических условий. Увеличение запасов биогенных и органических веществ в водохранилище по сравнению с рекой обусловлено их значительными поступлениями из затопленных земель, разрушением растительности, оказавшейся в зоне затопления, замедлением водообмена и тока, снижением степени насыщенности кислородом и увеличением степени восстановленности, что ослабляет минерализацию и усиливает вход веществ из половых отложений., После строительства Волги ГЭС в первые годы увеличилось количество азота аммония в 10 раз, количество нитратного и фосфатного фосфора в 1,5-2 раза.

2. Сток биогенных и органических веществ из сельскохозяйственных угодий.

1) Вносимые под сельскохозяйственные культуры удобрения вымываются с поверхностным и внутрипочвенным стоком, а также за счет сброса коллекторных и дренажных вод в зонах орошаемого земледелия. В озерах, окруженных пашнею, усиленно протекают процессы заиления и зарастания. Доля вынесенных в водоем из с/х угодий питательных веществ зависит от геологических условий региона, возделываемой культуры, типа почвы, системы агротехнических приемов и в первую очередь количества и вида внесенных удобрений. В максимальном количестве выносится азот, в минимальном - калий и фосфор.

2) Поступление биогенных и органических веществ из животноводческих комплексов.

3). Обогащение водоемов за счет поверхностного стока атмосферных осадков и обогащения внутрипочвенного стока.

4) Поверхностный сток городских территорий

Уже в конце 19 века моечные воды признаны существенным фактором загрязнения водоемов в разных странах. Это объясняется тем, что они несут с собой пыль, листья, мусор, нефтепродукты, химикаты.

Например - дождевая вода в атмосфере содержит до 53 мг/л взвешенных веществ. При скатывании с крыш содержание взвешенных веществ повышается до 440 мг/л, а при стекании с улиц и площадей - до 40Х103 мг/л.

3. Сточные воды (канализация, промышленные предприятия).

Одной из главных причин эвтрофирования и загрязнения является сбрасывание сточных вод. Даже в водах, прошедших биологическую очистку, заключается такое количество нитратов и фосфатов, которое вполне достаточно для роста и развития многих водорослей. Многолетний анализ сточных вод по годам свидетельствует, что содержание азота с 1959-1970 -6.6-14.7 г/сутки на одного жителя. Содержание фосфора (г/сутки) на одного жителя 2.2-11.2 с тенденцией повышения. Это объясняется увеличением потребления в быту детергентов, содержащих фосфор.

Соотношение доли в эвтрофировании водоемов каждого из перечисленных факторов изменяется по-разному в зависимости от географической зоны, степени интенсификации промышленности и сельского хозяйства. Тем не менее независимо от региона общим является односторонняя направленность потока биогенных и органических веществ в водоем, в результате чего происходит аккумуляция вещества и энергии и нарушение экологического равновесия со всеми вытекающими последствиями. [5]

Антропогенные изменения круговорота органических и биогенных веществ. В настоящее время для биосферы в целом практически невозможно количественное определение собственно "природного" и "антропогенного" круговоротов. Естественные и антропогенные потоки близко переплелись, изменилось функционирование природных экосистем, произошло значительное замещение естественных экосистем искусственно созданными. Случаются нарушения круговорота C, N, P. Сутью антропогенных изменений круговорота С и биогенных веществ в биосфере является нарушение обменных процессов - активное подключение к биологическим процессам неживого вещества литосферы.

Распространение антропогенного эвтрофирования. Работы, связанные с исследованием антропогенного эвтрофирования в бывшем СССР начаты группой лимнологов Института географии в 1963 году на оз. Плещеево. Важнейший источник загрязнения река Трубеж, принимающая коммунальные стоки г. Переславля-Залесского. Барьерную роль в распространении эвтрофирования в озере реализовывают прибрежные фитоценозы, сформированные на обширном мелководье против устья реки. В 1964 году начали протягиваться исследования на оз. Селигер. Ключом эвтрофирования стали коммунальные стоки г. Осташкова и стоки кожевенного завода. В эти годы выявлены нарушения на других озерах Валдайской возвышенности – это изменение режима кислорода, появление сероводорода, обогащение вод фосфором.

В эти же годы начаты обследования озер Южного Урала. Основной признак - появление сероводорода в глубинных слоях. В 1964 году начаты исследования на Валдайском озере (Новгородская область). Сопоставления с данными 1905 года показали, что олиготрофное озеро приобрело черты мезотрофии. Обширные режимные наблюдения на оз. Белом (Косино, Московская область) начатые в 1910-12 годах, а затем 1923-1940. Основные изменения – это цветение воды и эпизодические зимние заморы рыбы. В 1967 расширилась область дефицита кислорода, сероводорода. В 70-е годы — это уже гипертрофный водоем.

В становлении водохранилищ антропогенный фактор стал определяющим. Изменение скорости течения и понижение водообмена реки. В первые годы переход органических веществ из затопленных почв. Существенный смысл имеют географическое положение и ландшафтное окружение. Днепровские водохранилища, расположенные среди плодородных черноземов, наиболее высокотрофны.

В водохранилищах волжского каскада распределение состояния трофии по сравнению с днепровскими сложнее из-за более широкого зонального простирания каскада. Угличское, Иваньковское, Рыбинское - лесная зона, Куйбышевское, Саратовское, Волгоградское - лесостепная, степная зона. [6]

Последствия

Последствия эвтрофирования заключаются в изменение в трофической структуре экосистемы, начиная от бактерио-, фито- и зоопланктона и заканчивая рыбами. На обогащение биогенными и органическими веществами водные экосистемы соответствуют, прежде всего насыщенным формированием водорослей и цианобактерий, передвигающих избыток питательных элементов в биомассу. Их бурное размножение вызывает «цветение» воды. Важнейшими агентами «цветения» в большинстве происшествий проявляются цианобактерии. Избыточное вырабатывание цианобактерий и водорослей имеет глубокие негативные последствия для пресноводных экосистем. Цианобактерии выделяют в воду метаболиты, токсичные для беспозвоночных, рыб, теплокровных животных и человека. Цветение воды повергает 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 случается замещение крупных и долгоживущих форм на мелкие и раносозревающие. Ценные промысловые рыбы с длинным жизненным циклом замещаются «сорными» рыбами с высоким уровнем воспроизводства и высоким приростом продукции. Смена рыбной части сообщества случается, как правило, к следующей последовательности: лососевые, сиговые, корюшковые, окуневые, карповые. Глубокие перестройки проистекают 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. На сегодняшний день наметился процесс, обратный эвтрофированию водоемов - их ре-олиготрофизация. В водоемах России он связан с убыванием промышленного производства в 1990-е годы и с понижением использования удобрений в сельском хозяйстве. Прежде всего, этот процесс наблюдён на малых реках в Европейской части России. Однако в процессе ре-олиготрофизации структура рыбного населения не возвращается в первоначальное состояние. [9]

Последствия эвтрофирование для человека. Главным потребителем воды является человек. Ни для кого не секрет, что при избыточной концентрации водорослей снижается качество воды. Особую заинтересованность завоевывают токсические метаболиты, в частности сине-зеленых водорослей. Альготоксины показывают значительную биологическую активность по отношению к различным гидробионтам и теплокровным животным. Альготоксины причисляются к высокотоксичным соединениям. Токсин сине-зеленых действует на центральную нервную систему животных, что выражается в возникновении параличей задних конечностей, десинхронизации ритма центральной нервной системы. При хронических отравлениях токсин подавляет окислительно-восстановительные ферментативные системы, холинэстеразу, увеличивает активность альдолазы, в результате чего нарушается углеродный и белковый обмен, а во внутренних средах организма скапливаются недоокисленные продукты углеводного обмена. Снижение количества эритроцитов, угнетение тканевого дыхания порождает гипоксию смешанного типа. В результате глубокого вторжения в обменные процессы и тканевое дыхание теплокровных животных токсин сине-зеленых имеет широкий спектр биологического действия и может быть причислен к числу протоплазматических ядов высокой биологической активности. Все это свидетельствует о недопустимости употребления в питьевых целях воды из мест скопления водорослей и водоемов, подверженных сильному цветению, поскольку токсическое вещество водорослей не обезвреживается системами обычной водоочистки и может попадать в водопроводную сеть, как в растворенном виде, так и вместе с отдельными клетками водорослей, не задерживаемыми фильтрами.

Загрязнение и порча качества воды может отражаться на здоровье человека через ряд трофических звеньев. Так загрязнение воды ртутью явилось причиной ее накопления в рыбе. Употребление в пищу такой рыбы вызвало в Японии весьма опасное заболевание - болезнь Минимата, в результате которой отмечены многочисленные смертельные случаи, а также рождение слепых, глухих и парализованных детей. Выявлена связь между возникновением детской метгемоглобинемии и содержанием нитратов в воде, в результате чего более чем в два раза увеличилась смертность маленьких девочек, родившихся в те месяцы, когда уровень нитратов был значительным. Зарегистрировано высокое содержание нитратов в кукурузном поясе США в колодцах. Часто подземные воды не пригодны для питья. Возникновение менингоэнцефалита у подростков связывают после долгого купания в пруду или в реке в теплый летний день. Предполагается связь между заболеванием асептическим менингитом, энцефалитом и купанием в водоемах, что связано с обострением вирусного загрязнения воды.

Обширную известность приобрели инфекционные заболевания за счет микроскопических грибов, попадающих из воды в раны, вызывающие у человека сильное поражение кожи. Контакт с водорослями, употребление воды из водоемов, подверженных цветению или рыбы, питающейся токсическими водорослями, вызывает "гаффскую болезнь", конъюнктивиты и аллергии. Часто в последние годы вспышки холеры приурочивают к периоду "цветения". Массовое развитие водорослей в резервуаре наряду с перебоями водоснабжения и ухудшением качества воды существенно затрудняет рекреационное использование водного источника, а также является причиной сбоев в техническом водоснабжении.

Таким образом, избыточное накопление водорослей в период интенсивного "цветения" является причиной биологического загрязнения водных органов и значительного ухудшения качества природных вод. Процесс размножения водорослей необходимо регулировать и поддерживать на оптимальном уровне до тех пор, пока в процессах самоочищения преобладает их положительная функция. Эффективная коагуляция и озонирование, если в фитопланктоне преобладают диатомические водоросли.

Заключение

Расширение изучения необходимо для познания закономерностей процесса эвтрофирования, оценке его масштабов и разработки мер по предотвращению или ослаблению этого процесса. Необходима паспортизация водоемов. Например, паспортизация малых рек Ярославской области показала, что по результатам спутниковой съемки территории Ярославской области обнаружено наличие большого числа сухих, заросших и заболоченных малых рек из-за процесса антропогенного заболачивания речных долин и накопления тонкодисперсного слабопроницаемого грунта. В последние 20 лет на порядок возросло содержание P, N, K, Fe и др. компонентов с/х деятельности. В Ярославском Нечерноземье нет рек, не затронутых процессом эвтрофирования. Нарушение экологического равновесия в системе "водосбор-река" проявилось в формировании "антропоаномалии" со специфическим перераспределением химических элементов в почвах.

К сожалению, проблема антропогенного эвтрофирования водоемов возникла в сер. 20-х годов и за короткий срок приобрела значение одной из актуальных в современной лимнологии. Много усилий, направленно на решение вопросов количественных связей между нагрузками биогенов на водоем и уровнем его трофии. Количественные оценки этих связей открывают возможности для прогнозирования возникновения и развития процесса эвтрофирования. Вопросы прогноза неотделимы от оценок и анализа интенсивности и характера хозяйственной и культурной деятельности человека. В основу анализа должны быть положены экономико-географические карты, перспективные планы роста и размещения населения, развития с/х, промышленности, урбанизации, городского и дорожного строительства, рекреации. Нельзя упустить из виду, что этот процесс может идти разными путями и скоростью в соответствии с зонально-географическими и ландшафтными условиями территорий. Недалеко то время, когда на любом континенте нелегко будет найти водоем, сохранивший ненарушенные свойства. Попытки установить типологические связи с ненарушенной географической средой становятся все менее реальными и все более условными. Попытки географического районирования озерного фонда оказываются устаревшими. Разработка новых систем, в которых роль антропогенного фактора становится главенствующей, становится в ряд наиболее актуальных задач борьбы с нарушениями, вызванными антропогенным эвтрофированием.

Список литературы

Алекин А.А. Эвтрофирование озер // Водные ресурсы. 1979. N4. С.8-14.

Баранов И.В. Лимнологические типы озер СССР. Л., 1962.

Россолимо Л.Л. Антропогенное эвтрофирование водоемов // Общая экология. Биоценология. Гидробиология. М., 1975. Т.2. С.8-60.

Россолимо Л.Л. Изменение лимнических экосистем под воздействием антропогенного фактора. М., 1977.

Сиренко Л.А. Основные факторы естественного и антропогенного эвтрофирования//Водные ресурсы. 1979. N 4. С.15-30.

Скопинцев Б.А. Химические и биохимические показатели эвтрофирования водоемов//Водные ресурсы. 1979. N4.

Шилькрот Г.С. Причины антропогенного эвтрофирования водоемов// Общая экология. Биоценология. Гидробиология. М., 1975. Т.2. С. 61-99.

Е. P. Odum (1971) Fundamentals of ecology, Saunders.

С. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.

Код для цитирования: Скопировать