Лекція 7 Тема: Антропогенний вплив на водні екосистеми.

1. Органічне забруднення.

2. Токсичне забруднення та його наслідки для водних екосистем.

3. Радіонуклідне забруднення водних екосистем та його дія на гідро біонтів.

Сучасні екосистеми гідросфери майже повсюдно знаходяться під значним антропогенним впливом. Його джерелами є стічні води різних галузей промисловості, сільського і комунального господарств, військові комплекси з високим ступенем технічного оснащення, наземний, водний і повітряний транспорт, нафто- і газопроводи та багато інших виробництв - забрудників водного середовища.

Антропогенному впливу підпадають річкові системи внаслідок гідротехнічного будівництва, пов’язаного з зарегулюванням водного стоку. В результаті такого вторгнення в природні водотоки змінюється сам тип водної екосистеми. З дотичних вони перетворюються в лентичні.

Особливу небезпеку для водних екосистем несуть теплові і особливо атомні електростанції. При безаварійній роботі вони являються джерелом теплового забруднення гідросфери. При аварійних ситуаціях їх негативний вплив на навколишнє середовище може набувати глобальних масштабів. Прикладом цього є аварія на Чорнобильській атомній електростанції (1986 р.), коли радіонуклідне зараження охопило великі території України, Республіки Білорусь, Російської Федерації та інших Європейських країн. В зону ядерного впливу попали водні екосистеми, в яких радіонукліди включаються в кругообіг вода - донні відклади - біота, несучи постійну загрозу її біофонду.

1. Органічне забруднення

За походженням органічні речовини поділяються на алохтонні, які надходять з площі водозбору, та автохтонні, які утворюються в самій водній екосистемі. Найбільшу масу органічної речовини створюють фітопланктон і макрофіти в процесі фотосинтезу.

Значну частину автохтонної органічної речовини становить детрит, або мертва органічна речовина, яка утворюється внаслідок розпаду залишків організмів рослинного і тваринного походження і містить також 4—5 % бактерій. До розчиненої автохтонної органічної речовини належать також продукти життєдіяльності водяних організмів, зокрема, амінокислот, органічні кислоти, сечовина та інші.

З водозбірної площі можуть надходити речовини, які вимиваються з лісового перегною, торф'яників, заболочених місць, чорноземних грунтів тощо - гумінові і фульвокислоти, складні вуглеводи, вільні амінокислоти, аміни, білковоподібні речовини.

Органічні речовини природних вод - це , складні високомолекулярні сполуки типу білків, полісахаридів, ненасичених жирних кислот, амінів та інших, які знаходяться в розчиненому, завислому і диспергованому станах. Більшість з них є субстратом для масового розвитку бактеріального населення водних екосистем.

Найважливішим внутрішньоводоймним процесом утворення органічної речовини, з яким пов’язано і самозабруднення водойм, є фотосинтез фітопланктону, фітобентосу та вищої водяної рослинності.

Ступінь забруднення водних об’єктів органічними речовинами визначає їх сапробність (sapros - гниючий), а розділ гідроекології, що вивчає такі забруднення, називається сапробіологія.

Водяні організми різних систематичних груп виявляють різну чутливість до вмісту у воді органічних речовин і продуктів їх розкладу. Можливості пристосування гідробіонтів до існування у середовищі з різним рівнем органічного забруднення зумовлюється комплексом фізіолого- біохімічних процесів, які постійно протікають у їх організмі. Гідробіонти, які живуть у забруднених органічними речовинами водах і приймають участь у процесах їх розкладу, називаються сапробіонтами, або сапротрофами. Вони є важливим ланцюгом у біологічному кругообігу речовини і енергії.

Самозабруднення і самоочищення водойм

Під самозабрудненням розуміють надмірний рівень продукції органічної речовини, яка викликає погіршання якості води в водному об’єкті. Воно найчастіше пов’язане з масовим розвитком фітопланктону до рівня “цвітіння” води. Самозабруднення спричиняється самою біомасою водоростей та продуктами її деструкції. Розпад біомаси у таких випадках призводить до виходу у воду великої кількості органічних, мінеральних і токсичних речовин, які істотно погіршують якість води за значною кількістю показників. Серед токсичних речовин виявляються поліпептиди, феноли, індол, скатол, сірководень та інші. На відміну від алохтонного надходження забруднень, таке явище отримало назву біологічного (вторинного) забруднення, або самозабруднення. Воно може відбуватись і за рахунок десорбції органічних і мінеральних речовин, накопичених у донних відкладах. Такі процеси більш інтенсивно протікають при дефіциті кисню і підкисленні водного середовища в анаеробних умовах.

У нормально функціонуючих водних екосистемах перебіг процесів продукування, засвоєння та деструкції автохтонних речовин за участю гідробіонтів збалансований. Завдяки цьому підтримується певний рівень якості води.

Процес розкладу і виведення забрудників з кругообігу водного середовища внаслідок взаємодії механічних, фізичних, хімічних, фізико- хімічних і біологічних факторів отримав назву самоочищення вод.

Механічне самоочищення - це процеси перетирання, механічного подрібнення окремих частинок, фільтрації забруднених вод через піщані грунти. Фізичні процеси самоочищення включають осадження (седиментація) забруднюючих речовин під дією сил тяжіння.

Хімічне і фізико-хімічне самоочищення пов’язане з утворенням комплексних сполук, реакціями між окремими речовинами, сорбцією завислих частинок мулом, глиною, піском та іншими донними відкладами, окиснення нестійких речовин розчиненим киснем (небіотичного походження). Біологічне самоочищення вод включає такі складові: біофільтрацію, мінералізацію органічних речовин, фотосинтетичну аерацію - реаерацію, біоакумуляцію та біодетоксикацію.

Біофільтрацію здійснюють організми-фільтратори - головним чином двостулкові молюски та планктонні ракоподібні. Пропускаючи через своє тіло велику кількість води і очищаючи її від завислих частинок, вони використовують органічні та деякі мінеральні речовини як корм, а решту виводять у воду у вигляді слизових грудок, що осідають на дно. Завдяки цьому відбувається освітлення води та зменшується концентрація забрудників у ній.

Евтрофікація - причини і наслідки для водних екосистем

Евтрофікація полягає в збагаченні води біогенними елементами, особливо азотом і фосфором, внаслідок чого зростає первинна продукція органічної речовини за рахунок фотосинтезу водоростей і вищих водяних рослин.

Причиною прискореної евтрофікації може стати зарегулювання річкового стоку, коли велика кількість біогенних елементів вимивається з затоплених грунтів.

За джерелами надходження біогенів можна виділити три типи антропогенної евтрофікації: урбогенну, що виникає внаслідок скидання неочищених від сполук фосфору та азоту міських стічних вод; агрогенну - за рахунок вимивання грунтовими водами та дощових змивів мінеральних добрив з сільськогосподарських угідь; зоогенну, що виникає внаслідок забруднення водойм стоками тваринницьких ферм або при багаторазовому водопої та купанні великих черід худоби.

Основними ознаками евтрофікації водойм є збільшення біомаси фітопланктону або інших автотрофних організмів (фітомікробентос, нитчасті водорості), масовий розвиток водоростей до рівня “цвітіння” води, зменшення концентрації розчиненого кисню на заключному етапі вегетації - при масовому відмиранні водоростей та інших організмів. В залежності від кількості біогенів, що надходять у водну екосистему, може прискорюватись перехід оліготрофних водойм до мезотрофних і евтрофних.

У лентичних екосистемах евтрофікація призводить до масового розвитку водоростей. Між здатністю водоростей до накопичення біогенних елементів і їх потенційними можливостями як до масового розвитку існує прямий корелятивний зв’язок, і тому із зростанням вмісту цих елементів в екосистемі створюються сприятливі умови для масового розвитку фітопланктону, утворення первинної продукції органічної речовини і збагачення водного середовища киснем.

Антропогенна евтрофікація охоплює все більшу кількість водних об’єктів, розташованих на різних континентах Землі. Її наслідком є посилення “цвітіння” води або масовий розвиток нитчастих (бентосних) водоростей в озерах і водосховищах.

Для попередження евтрофікації найважливішими заходами є обмеження забруднення водойм біогенними елементами шляхом очищення міських стічних вод, створення водоохоронних зон по берегах річок, озер і водосховищ. Перспективним напрямком зниження евтрофікації вод і захисту їх від забруднення має бути фітомеліорація, тобто культивування вищої водяної рослинності в прибережних зонах з метою перехоплення біогенних елементів, які надходять з полів, з тваринницьких ферм та населених пунктів.