Глава 10

БИОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИФИКАЦИИ АГРАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

10.1. ПРИТОК ПИТАТЕЛЬНЫХ

ВЕЩЕСТВ КАК ФАКТОР ИЗМЕНЕНИЯ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ

В ВОДОЕМАХ. ВОЗМОЖНОСТИ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОГЕННОЙ

НАГРУЗКИ

Интенсификация сельскохозяйст­венного производства существенно ме­няет хозяйственно-биологический кру­говорот веществ, что нередко приводит к обострению экологических проблем, связанных с функционированием агро-экосистем, в том числе обусловленных состоянием поверхностных и подзем­ных вод, которые не только загрязняют­ся токсичными веществами, но и нахо­дятся под воздействием процессов уси­ленного эвтрофирования (от греч. eutrophe — тучность, жирность, усилен­ное питание). Являясь фактором-участ­ником в процессах эвтрофирования, сельское хозяйство может оказаться в крайне неблагополучной ситуации при водообеспечении селитебных террито­рий, животноводческих комплексов и орошаемых массивов.

Под эвтрофированием нередко по­нимают обогащение вод питательными веществами, вызывающее массовое раз­витие водорослей. Однако это всего лишь видимая часть сложного есте­ственно-антропогенного процесса, в котором превалируют природные про-

цессы (рис. 10.1), а воздействие челове­ка играет роль мощного катализатора. Таким образом, эвтрофирование (эвт-рофикация, эвтрофия) вод — это повы­шение биологической продуктивности водных объектов в результате накопле­ния в воде биогенных элементов под воздействием антропогенных или есте­ственных (природных) факторов. (Иногда применяют также термин «эвт-рофизация».)

Эвтрофирование водоемов как за ру­бежом, так и в нашей стране интенсив­но изучалось в период Международного десятилетия водных проблем (1980— 1990 гг.)- Начальным этапом процесса эвтрофирования признано избыточное поступление биогенных элементов в во­дотоки и водоемы. Однако этот процесс не ограничивается поверхностными во­дами, поэтому в последние годы термин «эвтрофирование» применяют и для ха­рактеристики состояния подземных вод, а также загрязнения зон морей и Мирового океана. На рисунке 10.2 по­казаны основные процессы развития эвтрофирования.

В геологических масштабах времени водоемы постепенно обогащаются био­генами и заполняются поступающими с суши наносами, т. е. эвтрофирова­ние — составная часть природного процесса. Как подчеркивают некото­рые исследователи, по своей сущнос-

201

Рис. 10.1. Заболачивание эвтрофированного озера — длительный естественный процесс (Энциклопедичес­кий словарь-справочник: Окружающая среда, 1993):

а — зарастание озера; б— низинное болото; в — заболоченный лес как климаксовая стадия; г —верховое болото как

климаксовая стадия

ти — это естественный процесс «старе­ния» водоемов, проявляющийся в по­вышенной продукции органического вещества. Однако хозяйственная дея­тельность человека значительно уско­ряет процесс эвтрофирования: за не­сколько десятилетий антропогенный фактор эвтрофирования привел к из­менениям, которые в естественном ритме произошли бы в водоемах за де­сятки тысяч лет. Этому способствовало строительство каскадов ГЭС и водо­хранилищ, рекреационные мероприя­тия, судоходство, сбросы промышлен­ных, коммунально-бытовых и живот-

новодческих сточных вод, ливневые стоки селитебных территорий и т.д. (рис. 10.3).

Наиболее быстро процесс антропо­генного эвтрофирования развивается в водоемах, площади водосборов которых осваиваются сельскохозяйственным производством. Факторы интенсифика­ции растениеводства и животноводства (механизация, мелиорация и особенно химизация и промышленное производ­ство) стали мощным ускорителем про­цесса эвтрофирования вод.

Основной' составляющей биосферы являются органогены (водород, углерод

202

и кислород), которые связаны между собой биологическими и геологически­ми циклами; повсеместное распростра­нение этих элементов не может ограни­чивать развитие как биосферы в целом, так и ее квазиприродных (почти при­родных) единиц — агроэкосистем. Эле­менты, также необходимые для жизне­деятельности организмов, объединены в группу биогенных (биофильных), важ­нейшие из которых — азот, фосфор, ка­лий, кальций, натрий, сера, магний и др. Недостаток биогенов снижает пло­дородие почв и становится причиной нарушения нормального функциониро­вания агроэкосистемы.

В то же время биогены, участвуя в различных геохимических и биохими­ческих циклах, поступают в водные объекты, причем наиболее значимые для биологической наземной продук­тивности (фосфор, азот, калий) стано­вятся в них лимитирующими, т. е. при­обретают ограничивающие свойства,

что особенно важно для водных ресур­сов, используемых для водоснабжения населения, животноводческих ферм, рыбоводства и т. д.

Результаты проведенных исследова­ний показали, что изменение состояния вод обусловлено не только внешним по­ступлением в них биогенных элементов, но и внутренними процессами, вызван­ными изменением экологического рав­новесия в водоеме. Нарушение равнове­сия ведет к дисбалансу между уровнями первичной и вторичной биологической продуктивности. Происходит накопле­ние автотрофных гидробионтов, в ре­зультате которого в водоеме продуциру­ется в десятки и сотни раз больше орга­нического вещества, чем попадаеn вследствие хозяйственной деятельнос­ти. Таким образом, антропогенное по­ступление биогенов — это этап в разви­тии эвтрофирования водоемов, к кото­рому в дальнейшем подключаются внутренние биологические процессы.

Рис. 10.2. Обобщенная схема механизма эвтрофирования (Хрисанов, Осипов, 1993)

Рис. 10.3. Факторы эвтрофирования водоемов (Григорьева, 1985)

ведущие к интенсивному накоплению органических веществ в воде, т. е. к са­мозагрязнению.

Изучение и описание экологических процессов, происходящих внутри водо­емов, позволили разработать ряд моде­лей эвтрофирования озер и водохрани­лищ при различных путях поступления биогенов. В одних водоемах (и таких большинство) основной причиной эвт­рофирования является поступление биогенов с водосборной площади (вне­шняя биогенная нагрузка), в других — выделение их из донных отложений (внутренняя биогенная нагрузка).

Явным признаком эвтрофирования как процесса нарушения экологическо­го равновесия водоема следует считать изменение соотношения между двумя жизненными формами водных расте­ний: бентосной и фитопланктонной.

Бентосные (от греч. benthos — глуби­на) растения развиваются, прикрепив­шись или укоренившись на дне; это по­груженная водная растительность, кото-

рая получает необходимые элементы из донных отложений и из воды, что спо­собствует самоочищению водоема (табл. 10.1, рис. 10.4).