Проблемы чистой воды

      Таким образом, эвтрофирование – это процесс  перехода от стадии олиготрофного состояния  экосистемы водоема через мезотрофную  к эвтрофной – наиболее биологически продуктивной. Но при превышении биогенной нагрузки некоторого критического, индивидуального для конкретной экосистемы значения наступает стадия гипертрофии, выражающаяся в резком снижении продуктивности и в ухудшении качества воды.

      Главной причиной антропогенного эвтрофирования водных объектов служит избыточное поступление  биогенных элементов, создающих  потенциальную возможность ускоренного  развития продукционных процессов  при прочих благоприятных условиях. Концентрация биогенных элементов в воде представляется исходным показателем процесса эвтрофирования, развитие же продукционных процессов выступает следствием, зависящим отряда абиогенных факторов, в первую очередь гидрологических и радиационно-термических особенностей водоема. При избытке биогенных веществ на определенной стадии процесса может произойти нарушение сбалансированности экосистемы. В первую очередь, это проявляется в нарушении естественного баланса между продукцией и деструкцией органического вещества в водоеме и, как следствие,  накоплении органического вещества в экосистеме. В водоеме начинает происходить отставание развития гетеротрофных организмов, - водных беспозвоночных и даже бактерий, что определяется верхним пределом скорости ассимиляции ими питательных веществ. Отставание деструкции от продукции сопровождается изменением качественного состава органического вещества – происходит накопление трудноразлагаемого органического вещества вследствие вытеснения соответствующих видов бактерий.

      При антропогенном эвтрофировании водоема его экосистема начинает развиваться в сторону более низкого разнообразия и направленного перехода к иным доминантным группам организмов. Сообщество фитопланктона изменяется от стадии с преобладанием диатомовых водорослей через стадию, когда диатомовые сочетаются с обилием динофлагеллят и синезеленых водорослей, к стадии высокопродуктивного фитопланктона при значительном количестве цианобактерий (синезеленых водорослей). Последние хорошо адаптируются как к недостатку, так и к избытку света, а также обладают механизмом фиксирования растворенного в воде большого количества атмосферного азота. В процессе эвтрофирования прямолинейная связь численности и биомассы фитопланктона переходит в экспоненту, а затем резко увеличивается численность клеток и их агрегированность в крупные колонии непригодные для зоопланктона. Таким образом, чем выше трофность водоема, тем более мелкие организмы преобладают. В зоопланктоне возрастает численность коловраток, в зообентосе исчезают олиготрофные организмы. Когда экосистема водоема достигает высокоэвтрофного и гипертрофного состояния, начинается доминирование крупных колониальных форм синезеленых водорослей и крупных динофитовых водорослей, не пригодных для пищи зоопланктона, при этом роль последнего в трофическом круговороте заметно снижается. Радикальные изменения в структуре зоопланктона и ихтиоценозе выражаются в замене длинноцикловых и крупных форм на короткоцикловые и мелкие. В эвтрофных водоемах из групп зоопланктона доминируют кладоцеры, вытесняющие более крупные копеподы, эффективней усваивающих питание лишь в условиях олиготрофии. В ихтиофауне происходит замена ценных видов рыб малоценными, обладающими в этих условиях большей скоростью воспроизводства.

            Общим следствием снижения эффективности утилизации первичной продукции органического вещества последующими звеньями трофической цепи становится смена пастбищного цикла трофической цепи на детритный, доминирующий в гипертрофных водоемах. В таких водоемах роль аллохтонного (приносимого с водосбора) вещества в общем балансе органического вещества по сравнению с автохтонным, создаваемым экосистемой в процессе фотосинтеза, становится крайне малой. Преобладание детрита в экосистеме, с окислением которого не могут справиться бактерии, резко увеличивает поток неразложившегося органического вещества в донные отложения, в результате чего последние становятся едва ли не ключевым звеном в дальнейшем развитии эвтрофирования.

            Вследствие увеличения содержания органического вещества в воде и, соответственно, в донных отложениях интенсифицируются процессы его деструкции, усиливается расход растворенного в воде кислорода, изменяются окислительно-восстановительные условия среды (снижается рН воды и поровых растворов), увеличивается содержание в донных отложениях лабильных (подвижных) минеральных форм азота и фосфора. Усиливается поток этих соединений из дна в воду. В эвтрофных водоемах этот поток становится важным источником дополнительного (вторичного) загрязнения вод водоема биогенными веществами и поэтому процесс эвтрофирования начинает  самоускоряться.

            Все эти процессы протекают относительно медленно и  даже в условиях высокой антропогенной  нагрузки занимают десятилетия, но именно в этом заключается главная опасность  эвтрофирования. Изменения экосистемы водоема достаточно глубоки и периоды возможного восстановления экосистем оказываются очень длительными.

      Явление эвтрофирования водоема характеризуется  накоплением автохтонного (созданного в водоеме) органического вещества в виде, прежде всего, увеличивающейся массы водных растений в процессе осуществляемого фотосинтеза. Этот процесс происходит только в светлую часть суток в сравнительно тонком слое воды, поглощающем солнечный свет. Толщина этого слоя, который называют фотическим, зависит от прозрачности воды. В олиготрофных озерах с прозрачной водой толщина фотического слоя достигает 40-50 м (например, в Байкале она составляет 0.3% его максимальной глубины). В эвтрофных водоемах она сокращается до 1-2 м, составляя при этом не менее 10% глубины. Под фотическим слоем до самого дна водоема находится афотическая толща воды, где фотосинтез невозможен из-за полного отсутствия света (как и в поверхностном слое ночью).  

     Таблица 1

     Градации  кислородного индекса для различных  типов трофности водоемов умеренной  зоны.

      [2,с.113-116] 

1.3.СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УГОДЬЯ КАК ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ 

      1.3.1.Влияние минеральных удобрений на почву  

      В настоящее время в сельском хозяйстве  остро стоят проблемы улучшения  состояния почв, возможных путей  повышения ее биологической активности, сохранения и улучшения ее плодородия. Анализ литературы показывает, что повсеместно происходит изменение физико-химических свойств, приводящих к разрушению структуры почвы, нарушению ее водно-воздушного и органического состава. В числе главных причин, вызывающих снижение гумуса в почвах, можно назвать усиленную минерализацию органических компонентов почвы, вследствие интенсивной обработки, применения минеральных удобрений и пестицидов.

      Минеральные удобрения — неорганические соединения, содержащие необходимые для растений элементы питания. Минеральные удобрения  содержат питательные вещества в виде различных минеральных солей. В почвах обычно имеются все необходимые растению питательные элементы. Но часто отдельных элементов бывает недостаточно для удовлетворительного роста растений. На песчаных почвах растения нередко испытывают недостаток магния, на торфяных почвах – молибдена, на черноземах – марганца и т. п. Применение минеральных удобрений – один из основных приемов интенсивного земледелия. С помощью удобрений можно резко повысить урожаи любых культур на уже освоенных площадях без дополнительных затрат на обработку новых земель.

      Загрязнение почв и нарушение нормального  круговорота веществ происходит в результате неправильного применения минеральных удобрений. Вместе с  навозом и фекалиями в почву  нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее. Вместе с удобрениями в почву вносятся тяжелые металлы и их соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

      Изменения внесения удобрений и пестицидов, произошедшие за 10 последних лет, можно оценить по динамике производства этих химикатов в Беларуси. Если принять во внимание существенную переориентацию химических производств с внутреннего рынка на внешний, произошедшее на фоне практически полного прекращения импорта удобрений и средств защиты растений, то можно утверждать, что реальный спад был еще более значительным. Поскольку форма спада у минеральных и органических удобрений совпадает, можно утверждать, что основные причины спада лежат в особенностях экономических тенденциях в деревне. Спад в производстве удобрений объясняется, в основном, спадом покупательной способности сельского хозяйства. Сложившаяся ситуация положительно сказалась на природной среде сельскохозяйственных регионов.

      Влияние минеральных удобрений на почвенную  мезофауну изучено слабо. Имеются  данные об их отрицательном воздействии  на дождевых червей. Агрохимические средства оказывают существенное влияние на устойчивость растений к болезням и вредителям. Такое влияние связано с прямым или косвенным воздействием агрохимсредства на культурное растение или на патоген, при  последующем стимулировании или ингибировании его развития. Часто голодание растения от недостатка того или иного питательного элемента одновременно вызывает развитие патогена, например, бактериоз у льна при дефиците бора.

      Основные  макроэлементы (N,P,K) по-разному действуют  на развитие патогена. Избыточное одностороннее  внесение азота или в составе  с другими удобрениями часто  увеличивает развитие многих грибных болезней. Оптимизация же доз азота с учетом вида, сорта и возраста растения, гидротермических условий, уровня содержания азота в почве, форм азотного удобрения, уровня окультуренности и других условий может существенно снизить или вовсе предотвратить ход патологического процесса.

      Фосфор  в одностороннем порядке или  в сочетании с азотом и калием в большинстве случаев снижает  вредоносность заболевания. Это  объясняется тем, что фосфор способствует усиленному развитию корневой системы, что повышает устойчивость растений к неблагоприятным условиям их роста. Кроме этого оптимальное фосфорное питание усиливает синтез органических соединений в растениях, в том числе и склеренхимных тканей, что повышает сопротивляемость растений к внедрению паразита.

      Калийные  удобрения существенно сдерживают развитие грибных болезней, так как  калий утолщает клеточные стенки, повышает прочность механических тканей, увеличивает рост  и дифференциацию клеток камбия у высших растений. Все  эти процессы способствуют повышению физиологической устойчивости растений против инфекционного поражения. Поэтому систему удобрения в севообороте необходимо строить и с учетом оптимального калийного питания растений.

      Действие  микроудобрений на развитие или торможение различных грибных заболеваний у растений изучено недостаточно. Однако известно, что микроэлементы оказывают существенное влияние на физиолого-биохимические процессы у микроорганизмов, в том числе и грибов, действуют на ферментативную активность дегидрогеназы, каталазы, протеолитических и амилолитических ферментов. Для успешного развития многих грибов необходимо присутствие в питательной среде железа, цинка, марганца, меди, бора.

      В связи с тем, что на разных типах  почв имеется соответствующий набор  подвижных микроэлементов, создаются и предпосылки для развития определенных групп и видов микроорганизмов, которые не будут обнаруживаться в других биогеоценозах или агрофитоценозах из-за избытка или недостатка того или иного микроэлемента.

      Неблагоприятное влияние минеральных удобрений на почву сводится к следующему:

      1.Попадание питательных элементов удобрений из почвы в грунтовые воды и водоемы с поверхностным стоком приводит к эвтрофикации водоемов (усиленному развитию водорослей и образованию планктона). В результате эвтрофикации водоемов в глубинной зоне усиливается анаэробный процесс, накапливаются сероводород, аммиак, возникает дефицит кислорода. Это приводит к гибели рыб и растений. Вода становится непригодной для питья.

      2.Неправильное применение минеральных удобрений ухудшает круговорот и баланс питательных веществ, агрохимические свойства и плодородие почвы (повышается кислотность почвы).

      3.Нарушение оптимального питания растений макро- и микроэлементами приводит к различным заболеваниям растений, развитию фитопатогенных грибов.

      4.Нарушение технологии применения удобрений способствует накоплению в растениеводческой продукции нитратов. Очень важно, чтобы содержание нитратов и токсических веществ в почве и сельскохозяйственной продукции не превышало ПДК.

      В последние годы наблюдается тенденция к увеличению производства растениеводческой продукции (особенно овощей) с содержанием нитратов, превышающим ПДК. Количество такой продукции составляет около 30 %, что связано с применением минеральных, в основном азотных, и органических удобрений в высоких дозах, нарушением технологии внесения удобрений. Воздействию нитратов особенно подвержены дети. [3,с.26-29] 

      1.3.2. Влияние минеральных  удобрений на атмосферу