Антропогенное эвтрофирование водоемов

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Пермская государственная  сельскохозяйственная академия  имени академика Д.Н. Прянишникова»

Факультет почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

 

Кафедра экологии

УДК

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы экотоксикологии» на тему

«Антропогенное эвтрофирование водоемов»

 

 

 

Выполнил студент группы ЭПб – 31а

Направления «Экология и природопользования»

Корсаков С.Д.

Проверила к.х.н., доцент

Пименова Е.В.

 

 

 

 

 

 

Пермь 2015

Содержание

 

Введение           3 1.Показатели антропогенного эвтрофирования     4

2.Факторы определяющие эвтрофирование     7

3. Мониторинг и контроль антропогенного эвтрофирования  12

3.1 Формирование сети наблюдений     17

3.2 Программа наблюдений       19

Заключение          22

Список рекомендуемой литературы, журналов, интерент – источников  23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время водные объекты подвержены загрязнению и всё в большей степени – бытовому загрязнению. Важное последствие бытового загрязнения вытекает из того, что коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов. Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование водоемов и водотоков. Проблема антропогенного эвтрофирования водоемов возникла в 20-х годах ХХ века и за короткий срок приобрела значение одной из самых актуальных. Эвтрофирование водоемов стало распространяться с угрожающей скоростью на всех континентах и стало повсеместным явлением. В настоящее время оно охватывает около 90% всех озер мира, включая крупнейшие из них. Однако серьезное внимание этим процессам начали уделять лишь в середине ХХ века, когда во многих озерах Европы и Северной Америки негативные последствия эвтрофирования привели к угрожающим последствиям их экологического состояния.

Цель работы: ознакомиться и изучить актуальность актуальность антропогенного эфтрофирования ,и разобрать методы его контроля.

Задачи работы: 1. Изучить методы по которым контролируется антропогенное эфтрофирование.

2. ознакомиться с контролем  антропогенного эфтрофирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Источники антропогенного эвтрофирования водоемов

Важное последствие бытового загрязнения вытекает из того, что коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов. Результатом этого становится антропогенная эвтрофикация  водоемов и водотоков, под которой подразумевают связанное с деятельностью человека повышение уровня трофии водоемов, возникающее  в результате избыточного поступления в них биогенов (азота, фосфора) и сопровождающееся характерным комплексом изменения экосистем.

Сущность  эвтрофирования заключается в накоплении органического вещества, фотосинтезируемого водорослями (пищевых ресурсов) при избыточном поступлении в водные объекты биогенных (питательных) веществ из антропогенных источников. Избыточная биомасса водорослей разлагается, вызывая ухудшение качества воды и нарушение всех видов водопользования, а в итоге может приводить к полной деградации водной экосистемы.

Для оценки степени эвтрофикации водоемов используют биологические, химические и физические показатели, различные для поверхностных и глубинных вод. Например, для эпилимниона это в первую очередь видовой состав, численность, биомасса и продукция водорослей, численность бактерий, в частности сапрофитных, видовой состав и степень развития макрофитов, содержание Р—Р04 или сумма фосфорсодержащих компонентов в начале весенней циркуляции, активность фосфатазы и нитрогеназы. Для гиполимниона это прежде всего содержание кислорода в воде к концу летней стагнации, ВПК, выделение СО2, накопление Р—РО4 и растворенных соединений азота, образование метана и сероводорода в донных отложениях.

Главными агентами эвтрофирования могут выступать соединения азота и фосфора, главным образом в виде нитратов и фосфатов.

Источники поступления агентов эвтрофирования:

естественное вымывание питательных веществ из почвы и выветривание пород;

сбросы частично очищенных или неочищенных бытовых сточных вод; содержащих органические соединения азота и фосфора, нитраты и фосфаты;

       смыв неорганических удобрений, содержащих нитраты и фосфат; 

  смыв с ферм навоза, содержащего  органические соединения азота  и фосфора, нитраты, фосфаты и  аммиак;

  смывы с нарушенных территорий (шахты, отвалы, стройки, неправильное  использование земель);

  сбросы детергентов, содержащих  фосфаты; 

  поступление нитратов из атмосферы.

Вещества, способствующие эвтрофикации водоемов, разнообразны по своему происхождению, составу, физиологическому и экологическому значению. Из них основные — фосфор и азот, значительно реже углерод, кремний и некоторые другие. Из двух первых биогенов большее значение имеет фосфор; реже лимитирует развитие автотрофов азот, что в значительной мере связано со способностью многих бактерий и цианобактерий к его фиксации.

По мере роста населения и развития централизованной канализации непрерывно увеличивается поступление биогенов с коммунальными стоками. Этому способствует, в частности, употребление во все больших количествах моющих средств, содержащих фосфор (журнал биофайл).

Показатели антропогенного эвтрофирования: абиотические и биотические.

К абиотическим относится:

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.

К биотическим относятся:

 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.

Если эти показатели появляются и развиваются в течение более или менее короткого времени, то они становятся специфическими для антропогенного эвтрофирования.

Вопрос о показателях, которые были бы специфичны для антропогенного эвтрофирования, обсуждался в течение последнего десятилетия многими авторами. Немногочисленные предлагавшиеся показатели соответствуют современному уровню знаний. Как отмечают многие специалисты ни один из них не позволяет уверенно отличать антропогенное эвтрофирование от естественного. Единственным критерием по общему признанию - скорость развития эвтрофирования, которая может быть определена путем длительных наблюдений (мониторинг).

Некоторая возможность диагностики начальных этапов эвтрофирования появляется при возникновении этого явления в крупных водоемах, характеризующихся сильно расчлененной акваторией и сложным рельефом дна. В отдельных обособленных районах, отдельных плесах или котловинах таких водоемов под влиянием биогенов, поступающих с прилегающей частей водосбора, могут проявляться признаки эвтрофирования и развиваться со скоростью, легко определяемой при сопоставлении с другими участками водоема, не подвергающихся непосредственно воздействию эвтрофирующихся веществ. Можно сравнивать два близких по своему положению и особенностям водоема - один под антропогенным воздействием, другой – контроль.

2. Факторы определяющие  эвтрофирование

 

Природные факторы(абиотические)

 Поступление минеральных  и органических веществ из грунтов. Обогащение воды минеральными и органическими веществами в значительной степени зависит от грунтов, формирующих ложе. Подзолистые почвы с низким содержанием гумуса бедны питательными веществами и водоемы такого типа обычно относят к дистрофным. Почвы с высоким содержанием гумуса лугово-черноземные, дерново-подзолистые, характеризуются высоким содержанием мобильных соединений, которые поступают в воду. Болотные почвы перегнойно-торфянистого типа или торфяники наряду с повышением минерализации вод, способствуют обогащению их органическими веществами торфяного происхождения. Влияние подстилающих пород на обогащение воды биогенными и органическими веществами особенно наглядно проявляется при строительстве водохранилищ. Максимальное количество питательных веществ поступает в воду в первые 120 часов взаимодействия почвы с водой. Это играет большую роль при паводковом подъеме уровня и при колебаниях уровня в результате сработки гидроузлов.

Поступление минеральных и органических веществ из атмосферы. В последние десятилетия загрязнения водоемов за счет атмосферных осадков приобретает значительные масштабы. Подсчитано, что существующий уровень выбросов в атмосферу достаточен для загрязнения слоя толщиной 1-3 км до ПДК. Существенное влияние оказывают выветривание из рудных гор токсических веществ, микроэлементов, а также ежегодное испарение в атмосферу около 350 тыс. т растворителей для химчистки и около 2.5 % производимого бензина (для США - это 10 млн.т).

В целом в воздух попадает более 200 различных веществ. Поэтому за 50 лет уровень загрязненности воздуха даже вдали от промышленных стран увеличился в 2 раза.

Наряду с рассеиванием в космосе, значительная доля веществ увлекается атмосферными осадками и попадает на поверхность земли и в водоемы. В частности дождевая вода еще в атмосфере может содержать 53 и даже 102 мг/л взвешенных веществ. Поэтому значительное обогащение водоемов биогенными веществами происходит в половодье за счет паводковых вод после выпадения атмосферных осадков.

В связи с резким усилением антропогенного загрязнения и атмосферной миграции среди химических элементов фосфор занимает особое место. При изучении 55 озер севера и центр. части Флориды установлено, что выпадение осадков на акватории дает 12-59% всего поступления фосфора, а в Балтийском море -30%, который поступает с речным стоком. Количество атмосферной составляющей еще не определена. В атмосферу попадают растительные остатки, споры, пыльца, растения поставляют летучие продукты метаболизма, минер.-орг. выделения листьев, хвои. Известно, что в атмосферной влаге, просочившейся сквозь кроны деревьев, фосфора в 5 раз больше, чем в дождевой воде, собранной на открытом месте. Дожди над океаном содержат фосфора на порядок меньше, чем над сушей, что подтверждает представление о преобладании континентальных источников фосфора. При первом приближении - доля растворимого фосфора в осадках ...50% общего его содержания. Если вынос фосфора с поверхностными водами выше его поступлений с осадками, то водосбор испытывает повышенную антропогенную нагрузку.

 Поступление в водоем  аллохтонных растительных остатков. Большое количество биогенных  и органических веществ отдают  в воду периодически затопляемые  участки леса, луга, а также опад древесной и кустарниковой растительности прибрежной зоны. Известно, что масштабы биологического круговорота минеральных веществ под пологом цветковой травянистой растительности в 2-3 раза выше, чем под пологом леса из лиственных деревьев, и в несколько раз выше, чем под пологом хвойного леса. Травянистая цветковая растительность, отмирая и минерализуясь, возвращает в почву всю массу своего органического вещества и обогащают соединениями азота, фосфора, углерода, кальция и др. верхнюю часть профиля почв, откуда в основном происходит сток в водоемы. Разложение растительных остатков происходит с различной скоростью в зависимости от их биохимического состава, температуры, рН, степени кислородного насыщения, и др. факторов.

Биотические факторы

Обогащение водоемов органическими веществами происходит за счет процессов фотосинтеза и азотфиксации, в результате чего происходит связывание и поступление в водоем атмосферной углекислоты и азота.

Общая годовая мировая продукция фотосинтеза на суше и в океанах оценивается в 80 млрд. т. Это цифра приблизительно в 14 раз превышает количество добываемого ежегодно на земном шаре топлива ( в пересчете на калорийность она превышает в 7-8 раз).

Фитопланктон и макрофиты, связывая в процессе фотосинтеза значительное количество углерода, способствуют пополнению запасов органических соединений в экосистеме водоема, а также вовлекают в круговорот биогенные элементы, захороненные в толще донных отложений.

Наряду с фотосинтетическими процессами важную роль в пополнении запасов биогенных веществ в водоемах играет азотфиксация за счет жизнедеятельности сине-зеленых водорослей и бактерий (азотобактер - аэроб, клостридиум - анаэроб).

Таким образом, процесс природного эвтрофирования обусловлен рядом природных факторов - вымывание из грунтов, поверхностного стока, притока аллохтонного вещества за счет попадающих в водоем растительных и животных отстатков, берегоразрушения, атмосферных осадков, фотосинтеза и азотфиксации, за счет чего происходит обогащение минеральными и органическими веществами.

Когда к природным факторам обогащения водоемов присоединяются антропогенные происходит усиление темпов эвтрофирования.

Антропогенные факторы

К числу факторов антропогенного воздействия 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.).