Глава 8. Глобальные экологические проблемы

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

водоснабжение. Повышение уровня трофности сопровождается изменением состава фитопланктона: начинают преобладать сине-зеленые водоросли (90 - 95 % от общей численности). Некоторые из них придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные вещества. При отмирании водорослей в местах их массового скопления поглощается кислород и возникают заморы

Рис. 8.15. Эвтрофирование в прибрежной полосе Северного моря: А - вид сверху; Б -капля воды под микроскопом

Серьезные нарушения вызывает интенсивное зарастание приб­режных мелководий высшей водной растительностью. Зарастания затрудняют заборы воды и рыбный промысел, воздействуют на динамику вод: уменьшают скорость береговых течений, гасятволновые движения, увеличивают седиментацию, нарушают водооб­мен. Остатки отмерших водорослей на мелководьях могут вызы­вать процессы гниения и брожения, сопровождающиеся выделе­нием дурнопахнущих продуктов. В случае рекреационного ис­пользования водоемов к отрицательным последствиям цветения и зарастания следует добавить снижение эстетических достоинств ландшафтов. При разложении водорослей в воде увеличивается концентрация свободной углекислоты, аммиака, сероводорода, восстановленных соединений железа, марганца и других ве­ществ. Это приводит к резкому ухудшению качества питьевой воды, иногда делает ее токсичной. В водопроводной сети выпа­дает осадок гидрооксида железа. Увеличивается агрессивность воды относительно бетона, разрушаются материалы, применяе­мые в гидростроительстве. Ресурсная деградация водоемов ставит проблему антропогенного эвтрофирования в ряд глобальных.

Причины антропогенного эвтрофирования - избыточноепоступление в водоемы биогенных веществ. Основными питатель­ными для водорослей (биогенными) веществами являются мине­ральные формы углерода, азота и фосфора. Содержание угле­рода в воде в форме углекислоты, дикарбонатов и органичес­ких веществ практически всегда достаточно; лимитируют или стимулируют развитие водорослей обычно соединения фосфора и азота. Связь эвтрофирования водоемов с обогащением их фосфором и азотом не нуждается в специальных доказатель­ствах и вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

Согласно закону действующих масс при увеличении концент­рации азота и фосфора скорость прямой реакции, т. е. ско­рость фотосинтеза, возрастает, что и приводит к эвтрофирова-

310

311

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

нию. Это положение подтверждено многочисленными исследова­ниями на водоемах. Например, эвтрофирование Боденского озера в начале 60-х гг. было связано с увеличением в воде концентрации фосфатов: в 1940 г. фосфатный ион не обнару­живался, в 1950 г. было найдено 4,5 мг/м³, в 1955 г. - 12, в 1960 г. - 30, а в 1964 г. - уже 50 мг/м³. То же наблюдалось в Цюрихском озере, где содержание минерального фосфора возросло с 69 мг/м³в 1946 г. до 269 мг/м³в 1969 г., что привело к появлению очевидных признаков эвтрофикации. В озере Вашингтон до начала эвтрофирования в 1933 г. содержа­ние фосфатов было 10 мг/м³, а нитратов - 100 мг/м³; в 1963-1965 гг. концентрации этих ионов соответственно возросли до 60 и 500 мг/м³, и в озере началось цветение. В Невской губе и Финском заливе признаки увеличения степени трофности наблю­даются в тех районах, где концентрации фосфат-ионов превы­шают 20-30 мг/м³. Имеет значение и соотношение основных пита­тельных элементов, используемых водорослями. Считается, что мак­симальная скорость роста достигается в воде, в которой соотноше­ние углерода, азота и фосфорасоответствует их атомно-массовому отношению в составе вещества водорослей. Для фито­планктона в среднем оно приближается к 106:16:1. Всякое откло­нение от данного соотношения в окружающей среде говорит обизменении обеспеченности водорослей питательными веществами.

Роль фосфора в эвтрофировании заслуживает особого рас­смотрения в связи с тем, что он не содержится в атмосфере, а резервный фонд его находится в земной коре. Долгое время именно фосфор, как труднодоступный элемент, лимитировал эвтрофирование. Сейчас концентрация растворенных фосфа­тов в бытовых стоках возрастает вследствие применения фосфорсодержащих моющих средств. По имеющимся данным, сточные воды после биологической очистки обогащаются мине­ральными формами азота и фосфора.

Основные источники антропогенного поступления биогенных веществ в воду - бытовые и промышленные сточные воды, повер-

хностный сток с городских территорий, рекреационные зоны и смыв с полей минеральных удобрений. При этом соотношение азота и фосфора для разных источников различно. Так, для Германии приводятся следующие данные: поступление азота с коммунальными водами - 30 %, со стоками с сельскохозяйствен­ных угодий - 70 %; фосфора, соответственно, - 91 и 9 %. Для Европы в целом принято считать, что с сельскохозяйственных угодий поступает азота до 25 %, а фосфора - до 12 %. Другие источники поступления веществ, стимулирующих эвтрофирова­ние: атмосферные осадки, судоходство, донные отложения -можно считать второстепенными.

При разработке мероприятий по предотвращению антропоген­ного эвтрофирования прежде всего должен решаться вопрос о предельно допустимом сбросе (ПДС) биогенных веществ в конк­ретный водоем. Для инженерных расчетов ПДС эвтрофирующих веществ необходимо располагать нормативами на предельно до­пустимые концентрации их в водоеме хотя бы для основных регу­ляторов трофности - азота и фосфора. Утвержденных нормати­вов на предельные концентрации минеральных соединений фос­фора и азота, при превышении которых начинается эвтрофиро­вание, в настоящее время не существует. Имеются лишь эмпири­ческие данные для различных водоемов, позволяющие косвенносудить об экологических нормативах на биогенные вещества. Принято считать, что цветение воды становится вероятным, когда содержа­ние минерального азота превышает 0,3-0,5 мг/л, а минерально­го фосфора - 0,01-0,03 мг/л.

Эвтрофирование водоемов зависит не только от нагрузки на водоем биогенных веществ, но и от климатических, гидродинами­ческих и морфологических особенностей водоема. Лимитиро­вать цветение при достаточной концентрации питательных ве­ществ могут низкая температура, недостаточная солнечная ради­ация, высокие скорости течений, большая глубина, мутность воды и другие экологические факторы. Наиболее сильно эвтрофиро­вание происходит в хорошо прогреваемых и освещаемых при-

312

313