контрольная работа. Природообустройство. Контрольная работа по дисциплине Природообустройство Вариант 2 ст гр. Тб(зчс)з 20 Дутова Ю. А
 Скачать 55.29 Kb.
|
|
32. Эвтрофирование озер в результате антропогенного и рекреационного влияния. Антропогенное изменение состава воды в водоёме - это увеличение нагрузки водоёма растворенными химическими и взвешенными веществами. Среди них преобладают чаще всего минеральные биогенные вещества, но нередко попадают и вещества токсичные для водных организмов, поэтому химическую нагрузку называют загрязнением водоёма, изменяющим в нем качество воды. В восстановлении природного качества воды в водоёмах участвует ансамбль взаимосвязанных физических, физико-химических, биологических и гидрологических процессов. Наряду с тремя важнейшими процессами (см. раздел 12.1) в нем участвуют и многие другие упоминавшиеся процессы. Их подразделяют на две группы - процессы, изменяющие концентрацию загрязняющих веществ, и процессы, уменьшающие массу загрязняющего вещества в воде и приводящие ее к самоочищению. Процесс смешения атмосферных и речных вод формирует в водоёме его основную водную массу (ОВМ) с равномерным распределением химических веществ и наиболее мелких фракций взвеси, обеспечивая тем самым однородность абиотических факторов развития планктонных организмов. На участках водоёмов, в которые производится сброс сточных вод, процесс смешения особенно важен, поскольку снижает их токсическое действие на водные организмы. Немаловажно для них и смешение талой, насыщенной кислородом воды, образующейся при таянии снежно-ледяного покрова, с верхним слоем зимних вод водоёма. В это время начинается ранневесенняя вспышка развития диатомового наннопланктона, олигокарбофильных форм бактерио- планктона, а за ними - зоопланктона. Большая их численность обеспечивает усиление биоседиментации и самоочищения водной толщи от приносимых в половодье загрязняющих веществ. Концентрирование растворенных веществ в поверхностном микрослое воды происходит вследствие испарения с открытой водной поверхности и при льдообразовании зимой. Оно способствует развитию микроконвекции, которая благоприятна для продукциейно- деструкционных процессов в трофогенном слое. Она регулирует в нем равномерность насыщения воды биогенными веществами и кислородом вокруг использующих их организмов фито-, зоо- и бакте- риопланктона. Концентрирование в водных организмах техногенных веществ (ионы тяжелых металлов, радиоактивные вещества и пр.) при поедании одних гидробионтов другими, более высокого уровня трофической пирамиды, - один из главных механизмов изъятия ядовитых веществ из водоёма. С одной стороны, этот процесс создаёт опасность пищевых отравлений при чрезмерном накоплении таких веществ в вылавливаемой рыбе. Но, с другой стороны, гораздо важнее то, что биоконцентрированием и биоседиментацией обеспечивается захоронение основной массы этих веществ в донные отложения. Фотосинтез и сорбция растворенных веществ на минеральной и органической взвеси снижают их концентрацию в воде, преобразуя во взвешенное ОВ, органоминеральные комплексы и обогащенную ими аллохтонную и абразионную минеральную взвесь. Эти процессы служат первым, подготовительным этапом самоочищения водной экосистемы седиментацией от избыточных количеств биогенных элементов и ядовитых веществ, а фотосинтез, кроме того, пополняет запас растворенного 02, необходимого для разложения органических загрязняющих веществ. Образование гидрооксида железа в слоях воды с высоким содержанием 02 и сорбция на нем фосфорсодержащих соединений, а затем их соосаждение могут приводить к понижению концентрации фосфора в воде на 5-10 % и достигать 30-40 % в периоды максимального накопления железа в гиполимнионе1. На Братском водохранилище" медь выводится из его водной массы гли- [1] [2] нистыми минералами, гидроокисью железа и марганца, другие тяжелые металлы связываются растворенными органическими соединениями в комплексы, что обеспечивает детоксикацию воды. Трансформация гумусовых веществ, определяющих природную цветность воды, происходит вследствие коагуляции и соосаждения коллоидов с мелкой взвесью и окисным железом, а также фотохимического и биохимического окисления (Даценко, 2007). Скорость этого процесса минимальна в феврале, когда в водоёме наименьшая концентрация взвеси. Обесцвечивание достигает 30 % и более в «фазу чистой воды» (рис. 12.13 л), благодаря седиментации и биоседиментации мелких фракций взвеси, поглощения солнечной радиации. Чем продолжительнее воздействие этих процессов, тем больше обесцвечивание воды в годы с наиболее замедленным водообменом (рис. 12.13 б). Самоочищение загрязнённых вод в водных объектах происходит в двух зонах[3]. У места выпуска сточных вод образуется зона токсикации биоценоза, где одни виды гидробионтов гибнут, а другие (сапрофиты) бурно развиваются, разлагая антропогенные органические вещества, снижая их токсичность. На это расходуется содержащийся в воде кислород. Здесь ещё более ухудшаются органолептические характеристики - вкус, запах, нередко - цвет воды, но одновременно она обогащается СО2, нитратами, фосфатами. На периферии этой зоны, в которой происходит первичная природная переработка даже очищенных на станциях аэрации сточных вод, образуется более обширная зона эвтрофикации биоценоза В ней, используя возникшие биогенные вещества, бурно развиваются организмы фито-, зоо- и бактериопланктона. Рост их биомассы увеличивает мутность воды, но при этом вода очень интенсивно насыщается фотосинтетическим кислородом. Усиливается соосаждение фосфатов, тяжелых металлов, нефтепродуктов с биогенными взвесями (пеллета- ми). Аэробными бактериями завершается окисление антропогенных органических веществ, что восстанавливает природные органолептические свойства воды. В результате этих процессов самоочищения водной экосистемы на внешней периферии зоны эвтрофикации состав и концентрация химических веществ, биомасса и состав гидробионтов становятся подобными фоновому экологическому состоянию водной массы рек, водохранилищ, озёр или иного водоприемника. Под ледяным покровом на замерзающих зимой локально загрязняемых водных объектах восстановление нормального функционирования водной экосистемы сильно замедляется из-за недостатка света для фотосинтеза водных растений. Поэтому зона токси- кации расширяется, превращаясь в обширную зону замора, где из-за дефицита кислорода гибнут рыбы и другие водные организмы. Самоочищение водоёмов путем окисления веществ, осевших на дно, продолжается в донных отложениях до тех пор, пока расход кислорода в этом процессе не исчерпает его запас в придонном слое воды. Вторичное загрязнение - это вынос в водную толщу со дна растворенных биогенных соединений азота, фосфора, закисного железа, СО2, сероводорода, метана и других продуктов бактериального разложения преимущественно детрита, десорбции соосажденных со взвесью веществ вследствие возникновения при дефиците 02 в ги- полимнионс и илах восстановительных условий. Нередко ко вторичному загрязнению относят и ресуспензию взвешенных веществ на мелководьях в шторм, поскольку этот процесс увеличивает концентрацию веществ в водной массе водоёма. Негативная роль этих двух процессов в ухудшении качества воды невелика, локальна и многократно меньше, чем первичное, антропогенное их загрязнение. Одна из причин малой роли вторичного загрязнения воды в водохранилищах - в целом благополучный их кислородный режим, так как выделяющиеся в воду продукты распада органических веществ окисляются в аэробных условиях. Вторая причина малой вероятности вторичного загрязнения - чередование синоптически обусловленных состояний водной толщи - плотностной стратификации в штилевую и солнечную погоду и штормового и/или конвективного вертикального перемешивания толщи воды в холодную и пасмурную погоду. Нередки случаи, когда эти процессы поочередно стимулируют самоочищение воды в водоёмах. Антропогенное эвтрофирование. Эвтрофирование1 - явление накопления органического вещества в воде водоёма. В ГОСТе 17.1.1.01-77: «Эвтрофированием называется повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных или естественных факторов». Главным естественным фактором служит аккумуляция взвешенных веществ на дне водоёма и его постепенное заиление аллохтонными и автохтонными минеральными и органическими веществами. Скорость заиления озёр изменяется из-за колебаний климата и стока веществ с их водосборов, и может ускоряться и замедляться вертикальными движениями литосферы в течение длительных гидроклиматических эпох и геологических периодов. Антропогенное эвтрофирование (эвтрофикация) - явление, вызванное увеличением потоков биогенных веществ в гидрографической сети водосборов вследствие роста населения и его хозяйственной деятельности. Оно обнаружено в начале XX века в Центральной Европе и стало повсеместным. На сессии ЮНЕП" в 1984 г. эвтрофикация водоёмов, рек и прибрежных участков морей поставлена на первое место по степени опасности глобального антропогенного воздействия на окружающую среду. Главная опасность эвтрофикации в том, что это явление труднообратимо (Даценко, 2007). Оно изменяет пастбищный тип круговорота веществ на детритный, а вслед за этим упрощает биотическую структуру экосистемы, сокращая число видов водных организмов. В отличие от естественного, антропогенное эвтрофирование убыстряется из-за нарастающей массы веществ, участвующих в большом и малом биохимических ее круговоротах, и вследствие возрастающей внутренней нагрузке биогенными веществами. Состав взаимообусловленных процессов - признаки эвтрофи- рования: • рост фосфорной нагрузки на водную экосистему (ортофосфаты - ведущий компонент минерального питания водных растений, фитопланктона, так как при недостатке азота нитратов более десятка видов синезеленых водорослей способны использовать растворенный в воде N2) (Кузнецов, 1970); [4] [5] • увеличение годовой продукции органического вещества до величины его деструкции или даже до ППв >Д, вспышки продолжительного «цветения» синезелёных и динофитовых водорослей, что ведет к накоплению в водной экосистеме ежегодно всё большего количества органических веществ; • сильное пересыщение воды кислородом в эпилимнионе и его дефицит в гиполимнионе; • зарастание литорали погруженными и воздушно-водными растениями, появление среди них покрова из плавающей ряски, а на поверхности - донных отложений вне пояса макрофитов - водорослевых матов (плотного слоя отмирающего фитопланктона) из сине- зеленых и динофитовых водорослей; • сокращение видового разнообразия планктона и бентоса, исчезновение ценных пород рыб (для них неблагоприятно снижение концентрации 02 ниже 6 мг/л) - явные признаки деградации биотической структуры водной экосистемы; • ухудшение органолептических показателей качества воды, из-за чего она становится непригодной для водоснабжения и рекреации, утрачивается рекреационная привлекательность водоёмов, рек и морских пляжей. В результате эвтрофикации водоёмов уменьшается толщина трофогенного слоя из-за снижения его прозрачности. А при отмирании сетных (некормовых) видов водорослей в афотической толще микробное их разложение истощает растворённый в воде СЬ. Из-за этого в трофолитической толще водоёма и в его илах деструкция детрита происходит анаэробными микроорганизмами с выделением озёрных газов и органических соединений, придающих воде сильные и неприятные запахи, вкус и окраску. Ускоряется накопление в илах недоразложившихся автохтонных ОВ - источника вторичного загрязнения водной толщи при её конвективно-динамическом перемешивании от поверхности до дна. Для ограничения эвтрофирования предлагают затенять рекреационные пруды, периодически очищать их от ила, аэрировать гипо- лимнион сжатым воздухом. Для крупных водоемов наиболее радикальное средство - прекращение сброса загрязняющих веществ. Этим удалось восстановить[6] качество воды в слабопроточном и стратифицированном оз. Вашингтон длиной 28 км и глубиной до 65 м (/Тв = 0,4) в г. Сиэтл (США). В озеро сбрасывались очищенные от крупной фракции взвеси и органических веществ сточные воды городской канализации. Это в 1950-1965 гг. вызвало увеличение концентрации биогенных веществ - продуктов окисления органики в аэротенках. Рост фосфорной нагрузки обусловил нарастающее от года к году «цветение» синезелёных водорослей, снижение прозрачности воды летом с 4 до 1 м. рост дефицита кислорода в глубинных слоях озера. Поэтапное отведение канализационных вод за пределы водосбора озера в течение 5 лет привело к постепенному восстановлению прозрачности воды. Мосле практически полного исчезновения синезелёных начался быстрый рост биомассы мелкоклеточного фитопланктона, увеличилась численность дафнии (ветвистоусый рачек-фильтрагор), интенсифицировалась биоссдиментация. Дстритный тип трансформации веществ сменился вновь на пастбищный. Прозрачность воды увеличилась до 5-11 м, вода в озере в 1980-1990-е годы стала даже чище, чем в первой половине XX в. Загрязнение Ладожского озера снизило в нем численность ценных видов рыб - форели, лосося, палии, озерно-речных сигов, а атлантического осетра и волховского сига занесли в «Красную книгу» России. Благодаря сокращению химической нагрузки, начавшемуся в 1980-е годы, в озере средняя концентрация фосфора от 30 мкг/л снизилась к допустимой (в 1998 г. - 15 мкг/л) для статуса олиготрофного водоема. Но она еще нс достигла 10 мкг/л, наблюдавшихся в 1959-1962 гг. Снизилось в озере и содержание Сорг. с 10мг/л. до 7 мг/л. Это благоприятно для сохранности большого видового разнообразия: в озере зарегистрировано около 600 видов водных растений и 400 видов животных (Ладожское... 2002). Долинные водохранилища отличаются среди водных объектов суши наибольшей способностью к самоочищению воды. Эта особенность их экосистемы проявляется в том, что годовая величина деструкции органического вещества в них больше, чем величина его первичной продукции. Бактерии разлагают нс только автохтонный детрит, но и поступающие в водоем антропогенные загрязняющие воду вещества. Причем, чем больше нагрузка экосистемы водохранилища такими веществами, тем более активно протекают в ней процессы самоочищения. Интегральным количественным показателем самоочищения водоема от любого вещества, поступающего с его водосбора в составе речного, склонового ливневого стока или сточных вод служит коэффициент удержания массы вещества: где Му и Mq — масса какого-либо вещества, поступающая в водохранилище, и масса уносимого водой того же вещества в реку (для бессточного водоема kM = 1, или 100 %). Фосфорудерживающая способность водоёмов. Балансовые исследования озёр и водохранилищ мира (Эделыптейн, 2005, Даценко, 2007) показали, что: • величина коэффициента удержания фосфора кр/, водоёмами суши пропорциональна среднегодовым величинам их фосфорной нагрузки Lph и периоду водообмена г = 1 /Кп. Чем больше нагрузка, и чем дольше загрязненная вода пребывает в водоёме, тем меньшая масса загрязняющего вещества с более низкой концентрацией вытекает со стоком из водоёма; • осредненное значение коэффициента кр/, для озёр не превышает 66 %, в долинных водохранилищах оно составляет 76 % и достигает для некоторых из них 80-90 %. Заметно большее самоочищение долинных водохранилищ по сравнению с реками и озерами, от веществ, способных сорбироваться на поверхности взвешенных в воде частиц - радионуклидов, ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, пестицидов, минерального фосфора и других загрязняющих веществ, объясняется двумя причинами: а) дополнительным поступлением в водные массы мелкодисперсного глинистого материала вследствие абразии и б) обилием планктонного и бентосного сообщества беспозвоночных - водных рачков и моллюсков-фильтраторов, находящихся в хорошо насыщенной кислородом воде. Возникшие в результате превращения Волги в водохранилища Волжско-Камского каскада громадные биологические ресурсы поглощают, перерабатывают и осаждают приблизительно 75 % фосфора, поступающего из развивающегося водопроводно-канализационного хозяйства волжских городов (Эдельштейн, 1998). В этом состоит главная причина эвтрофикации Волги, отмечаемой по изменению видового состава и нарастанию биомассы гидробионтов (Даценко, 2007). Увеличение самоочищающей способности большинства волжских водохранилищ, находящихся пока в мезотрофно-эвтрофном состоянии, служит защитой от антропогенной химической нагрузки наиболее биологически продуктивной в бассейне Волги дельтовой экосистемы. Не менее важную роль в сохранении благополучного состояния всей волжской экосистемы играют процессы самоочищения воды в водохранилищах от сё загрязнения тяжёлыми металлами, соосаж- дающимися на дно и захоранивающимися там осаждающейся взвесью аллохтонной и автохтонной взвеси. Поэтому концентрация, например, Си, Ni, Сг в донных отложениях Рыбинского водохранилища не больше, чем в местных осадочных породах побережья[7]. Не будь водохранилищ, техногенные тяжелые металлы в биологически доступной форме частично осаждались бы в многоводные половодья на волжской пойме, включались затем в наземный биохимический цикл микроэлементов с прогрессирующим их накоплением в луговых травах, молоке и мясе скота. Другая часть их стока в меженные периоды поступала бы в волжскую дельту и на мелководное устьевое взморье реки с концентрацией, превышающей ПДК в летнюю и зимнюю межень. В незарегулированной Волге при сё современной химической нагрузке заход осетровых рыб на нерест прекратился бы. Вполне вероятно, что и сама дельта утратила бы рыбохозяйственное значение крупнейшего в мире ареала нагула осетровых рыб вследствие токсикоза и прогрессирующего эвтрофи- рования водных объектов дельтовой области. Принципы экологической реконструкции водохранилищ. С целью регулирования биологической продуктивности, интенсификации самоочищения воды и предотвращения гипертрофии водохранилищ разработаны принципы управления внутренним водообменом водохранилищ (Эдельштейн, 1998). Для этого требуется осуществить экологическую реконструкцию уже существующих водохранилищ, превращая (при необходимости) водоемы глубокого сезонного и многолетнего регулирования стока в пол и секционные водохранилища. Для эффективного управления внутренним водообменом определяется оптимальное число водоохранных секций в пределах акватерритории водохранилища. Намечается положение межсекционных дамб, отделяющих их от глубоководной главной секции, В этой секции необходимо сохранить наилучшее качество воды при мезотроф- но-эвтрофном статусе и «пастбищном» типе круговорота биогенных и органических веществ. |