ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ
Антропогенное эвтрофирование приводит к изменению химических характеристик водоемов. Состояние современного планетарного круговорота углерода свидетельствует об обогащении гидросферы органическими веществом в процессе перераспределения углерода между наземными и водными экосистемами в ходе техногенеза, соизмеримого в настоящее время с естественными геохимическими процессами. С 1965 по 1985 гг антропогенная составляющая потока фосфора в водоемы с суши достигала 81% от общего элемента, а ежегодный прирост составил 3%.
Доля антропогенных веществ в стоке органического вещества намного ниже, чем в стоке биогенных элементов (не превышает 45% для крупных рек бывшегоСССР). Поэтому в процессе обогащения поверхностных вод органическими веществами аллохтонная составляющая не играет доминирующей роли.
Перераспределение веществ из наземных экосистем в водные сводится к 3-м основным процессам: механическому перемещению; трансформации форм химических элементов и накоплению в водоемах. Продукционно - деструкционные процессы являются трансформацией форм углерода. По функциональной значимости названных процессов в перераспределении органического вещества водные объекты подразделяются на 2 типа:
1. Незарегулированные водотоки (реки), где доминирует миграционная функция. Здесь значим процесс трансформации веществ, но продукция и накопление органического вещества незначительна.
|
|
|
2. Водоемы замедленного водообмена (озера), где преобладают процессы накопления и трансформации, включая продукционно - деструкционные; миграционное перемещение играет меньшую роль, имея значимость в локальном масштабе.
Особенности изменения химических характеристик водоемов замедленного водообмена в процессе антропогенного (эвтрофирования) перераспределения органического вещества можно в общем виде сформулировать следующим образом:
1. Увеличение содержания биогенных элементов в воде и донных отложениях.
2. Увеличение органического вещества. Однако эта связь не всегда очевидна из-за маскирующей роли аллохтонных органических соединений, высокой вариабельности деструкции и утилизации синтезированного органического вещества, а также величинами обменных процессов на границе вода-дно.
3. Для стратифицированных водоемов характерно увеличение контрастности химического состава воды между эпилимнионом и гиполимнионом.
4. Создание дефицита кислорода в период стагнации.
5. Возникновение в придонной зоне восстановительных условий. Усиление процессов анаэробного обмена. Накопление сероводорода и метана. Наиболее значительными становятся сульфатредукция и метаногенез.
|
|
|
6. При зарегулировании стока происходит увеличение фосфора органического и NH4-N в 2 раза. (По эффективности усвоения NH4-N превышает NO3-N в 10 раз).
Антропогенная трансформация водных экосистем
В основе типизации водоемов по уровню их трофии лежит первичная продукция и содержание хлорофилла "а" в воде. В олиготрофных водоемах P/R <1, т.е. наблюдается отрицательный биотический баланс, в мезотрофных и эвтрофных P/R»1. В водохранилищах с неустоявшимся режимом P/R>1.
В водоеме, не подверженному сильному антропогенному воздействию, в разные годы может наблюдаться как положительный, так и отрицательный баланс, т.е. водоемы находятся в состоянии подвижного равновесия и в норме отклонение от равновесного состояния в среднем не превышает 30-40%.
При эвтрофировании происходит резкое увеличение биомассы и первичной продукции фитопланктона, появляются в массе синезеленые водоросли, вызывающие "цветение" воды, происходят структурные изменения в сообществах. Крупные формы с длительными циклами замещаются на мелкие короткоцикловые, среди рыб доминируют преимущественно планктофаги, в зоопланктоне преобладают коловратки и ветвистоусые ракообразные, уменьшается видовое разнообразие. Увеличивается доминирование какой-то группы животных и растений на разных трофических уровнях. Изменение разнообразия в сторону упрощения сообществ гидробионтов. Развитие видов, лучше адаптированных к изменяющимся условиям. Возрастание амплитуды флуктуации популяций.
|
|
|
«ЦВЕТЕНИЕ» ВОДЫ
К числу наиболее наглядных проявлений последствий эвтрофирования относится "цветение" воды. В пресных водах оно обусловлено массовым развитием синезеленых водорослей, в морских - динофлагеллятами.
( можно дать картинку синезеленых и дино!!!!)
Продолжительность «цветения» воды колеблется от несколькихдней до 2-х месяцев. Периодическая смена максимумов численности отдельных массовых видов планктонных водорослей в водоемах представляет закономерное явление, обусловленное сезонными колебаниями температуры, освещенности, содержания биогенных элементов, а также генетически детерминированными внутриклеточными процессами. Среди водорослей, образующих многочисленные популяции до масштабов "цветения" воды наибольшую роль по темпам размножения, образуемой биомассе и экологическим последствиям играют синезеленые из родов Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Oscillatoria. Научное изучение этого явления началось в 19 веке, а рациональное объяснение и анализ механизмов массового размножения синезеленых были даны только в сер. 20 века в США лимнологической школой Дж. Хатчинсона. Аналогичные исследования проводились в ИБВВ РАН (Борок) Гусевой К.А. и в 1960-70-е годы коллективом Института гидробиологии (Украина), в конце 1970-х - Институтом Великих озер (США).
|
|
|
Водоросли, вызывающие "цветение" воды, принадлежат к числу видов, способных к предельному насыщению своих биотопов. В водохранилищах Днепра, Волги и Дона в основном доминируют Microcystis aeruginosa, M . wesenbergii , M . holsatica , Oscillatoria agardhii , Aphanizomenon flos-aquae, виды рода Anabaena.
Установлено, что исходный биофонд Microcystis зимой находится в поверхностном слое иловых отложений. Microcystis зимует в виде ослизненных колоний, внутри которых скопления мертвых клеток покрывают единственную живую. По мере повышения температуры центральная клетка начинает делиться, причем на первом этапе источником пищи являются мертвые клетки. После распада колоний клетки начинают утилизировать органические и биогенные вещества ила.
Aphanizomenon и Anabaena зимуют в виде спор, пробуждающихся к активной жизни при повышении температуры до +6 С0. Другим источником биофонда синезеленых водорослей является их скопления, выброшенные на берега и зимующие в слое сухих корок. Весной они отмокают и начинается новый цикл вегетации.
Первоначально водоросли питаются осмотически и биомасса накапливается медленно, затем всплывают и начинают активно фотосинтезировать. За короткий срок водоросли могут захватывать всю толщу воды и формируют сплошной ковер.
фото ковра цветения !!!!!!
Синезеленые водоросли проходят собственные стадии сезонной сукцессии: в мае обычно доминируют виды рода Anabaena, в июне - Aphanizomenon, с конца июня -июль-август - Microcystis и Aphanizomenon.
Механизм взрывного характера размножения водорослей был раскрыт работами Института Великих озер (США). Учитывая колоссальный потенциалразмножения синезеленых водорослей (до 1020 потомков одной клетки за сезон), можно отчетливо представить масштабы, которые принимает этот процесс. Поэтому фактором первичного эвтрофирования водохранилищ является обеспеченность их фосфором за счет залития плодородных пойменных земель и разложения растительности. Фактором вторичного эвтрофирования - процесс заиления, поскольку илы - идеальный субстрат для водорослей.
После интенсивного размножения под действием стягивающих электростатических сил начинается формирование колоний, стягивание колоний в агрегаты и слияние их в пленки. Образуются "поля" и "пятна цветения", мигрирующие по акватории под воздействием течений и сгоняемые к берегам, где образуются разлагающиеся скопления с огромной биомассой `- до сотен кг/м3.
Разложение сопровождается рядом опасных явлений: дефицитом кислорода, выделением токсинов, бактериальным загрязнением, образованием ароматических веществ. В этот период могут возникать помехи в водоснабжении вследствие забивания фильтров на водопроводных станциях, становится невозможной рекреация, возникают заморы рыб. Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей, аллергенна, токсична и непригодна для питьевых целей.
Она может вызывать свыше 60 заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта, подозревается, хотя и не доказана, ее онкогенность. Воздействие метаболитов и токсинов синезеленых вызывает у рыб и теплокровных животных “гаффскую болезнь”, механизм действия которой сводится к возникновению B1 авитоминоза.
При массовом отмирании синезеленых происходит быстрый распад и лизис колоний, особенно в ночные часы. Предполагается, что причиной массового отмирания может быть массовое отравление собственными токсинами, а толчком - симбиотические вирусы, которые не способны разрушать клетки, но способные ослабить их жизнедеятельность.
Нагонные разрушающиеся массы синезеленых водорослей приобретают неприятную желто-бурую окраску и в виде дурнопахнущих скоплений разносятся по акватории, постепенно разрушаясь к осени. Весь этот комплекс явлений получил название "биологического самозагрязнения". Незначительное количество ослизненных колоний оседает на дно и перезимовывает. Этот резерв вполне достаточен для воспроизводства новых генераций.
Синезеленые водоросли - это древнейшая группа организмов, обнаруживаемая даже в архейских отложениях. Это старейшие фотосинтетики, появившиеся на Земле 3 млрд. лет тому назад. Современные условия и антропогенная нагрузка лишь вскрыли их потенции и дали им новый импульс для развития.
Синезеленые подщелачивают воду и создают благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей кишечных заболеваний, в том числе холерного вибриона. Отмирая и переходя в состояние фитодетрита, водоросли влияют на кислород глубинных слоев воды. Синезеленые в период цветения сильно поглощают коротковолновую часть видимого света, разогреваются и являются источником ИK -излучения, что может влиять на термический режим водоема. Уменьшается величина поверхностного натяжения, что может вызывать отмирание гидробионтов, обитающих в поверхностной пленке. Образование поверхностной пленки, экранизирующей проникновение в толщу воды солнечной радиации, вызывает световое голодание у других водорослей, замедляет их развитие.
Например, суммарная биомасса синезеленых водорослей, продуцирующих за период вегетации в водохранилищах Днепра, достигает величин порядка 106 т (в сухой массе). Это соответствует массе тучи саранчи, которую В.И. Вернадский назвал "горной породой в движении" и сравнивал с массой меди, свинца и цинка, добытых в течение 19 века во всем мире.
Последствия эвтрофирования для фитопланктона
Антропогенное эвтрофирование приводит к изменению характера сезонной динамики фитопланктона. По мере увеличения трофии водоемов увеличивается число пиков в сезонной динамике его биомассы. Летний максимум синезеленых водорослей начинает преобладать над весенним, обусловленным развитием диатомовых водорослей.
(рис. 12)
В структуре сообществ роль диатомовых и золотистых водорослей снижается, а увеличивается - синезеленых и динофитовых. Динофлагеллаты характерны для стратифицированных глубоководных озер. Также увеличивается роль хлорококковых зеленых, эвгленовых и криптофитовых водорослей. В последние годы участились случаи «цветения» воды рафидофитовыми водорослями (Gonyostomum semen) – крупными фитофлагеллатами, предпочитающими высокоцветные (гуматные) высокотрофные воды. По мере роста трофии происходит изменение соотношения баланса мелкоклеточных и крупноклеточных видов в сторону увеличения участия первых. Увеличивается степень доминирования фитопланктона. Начинают преобладать виды, более адаптированные к увеличению трофии вод, к увеличению содержания легкоусваяемого органического вещества. Снижается видовое разнообразие.
Последствия эвтрофирования для зоопланктона.
Преобладание видов с коротким жизненным циклом (ветвистоусых рачков и коловраток), преобладание мелких форм. Высокая продукция, небольшая доля хищников. Упрощается сезонная структура сообществ - одновершинная кривая с максимумом летом. Снижается число доминирующих видов.
Дополнить !!!!!
Индекс Мяэметс ( по озерам Эстонии и Беларуси)
Е = коловратки (х-1) / (вислоногие рачки + ветвистоусые рачки) (y+1)
x – мезо-эвтрофные виды, y – олиго-мезотрофные виды
Е < 0.2 –олиготрофия, Е = 0.2 -1.0 – мезотрофия, Е = 1.0.-4.0 – эвтрофия, Е > 4.0. –гипертрофия
Увеличивается соотношение биомассы фито- и зоопланктона
Последствия эвтрофирования для фитобентоса.
Усиленное развитие нитчатых водорослей. Исчезновение харовых водорослей, которые не выносят высокие концентрации биогенов, особенно фосфора. Характерный признак - расширение площадей зарастания тростника обыкновенного, рогоза широколистного и манника, рдеста гребенчатого.
Последствия эвтрофирования для зообентоса.
Нарушение кислородного режима в придонных слоях приводит к изменению в составе зообентоса. Важнейшим признаком эвтрофирования является снижение личинок поденок гексании в оз. Эри - важный кормовой объект лососевых рыб в озере. Менее чувствительные к дефициту кислорода личинки некоторых двукрылых насекомых приобретают все большее значение. Возрастает плотность популяций малощетинковых червей. Бентос становится беднее и однообразнее. В составе преобладают организмы, приспособленные к пониженному содержанию кислорода. На поздних этапах эвтрофирования в глубинной области водоемов остаются немногие организмы, приспособленные к условиям анаэробного обмена.
Последствия эвтрофирования для ихтиофауны.
Эвтрофирование водоемов оказывает влияние на рыбное население в 2-х основных формах:
n прямое влияние на рыб
прямое влияние относительно редко. Оно проявляется как единичная или массовая гибель икры и молоди рыб в береговой зоне и происходит при поступлении стоков, содержащих летальные концентрации минеральных и органических соединений. Такое явление обычно носит локальный характер и не охватывает водоем в целом.
n опосредованное влияние, проявляющееся через разнообразные изменения водных экосистем
опосредованное влияние наиболее распространено. При эвтрофировании может возникать зона с пониженным содержанием кислорода и даже заморная зона. В этом случае сокращается сфера обитания рыб, уменьшается доступная для них кормовая база. Цветение воды создает неблагоприятный гидрохимический режим. Смена растительных ассоциаций в прибрежье, нередко сопровождающаяся усилением процессов заболачивания, приводит к сокращению площадей нерестилищ и мест нагула личинок и молоди рыб.
Изменения в ихтиофауне водоемов под влиянием эвтрофирования проявляется в следующих формах:
- снижение численности, затем исчезновение наиболее требовательных к качеству воды видов рыб (стенобионтов).
- изменение рыбопродуктивности водоема или отдельных его зон.
- переход водоема их одного рыбохозяйственного типа в другой по схеме:
лососево-сиговый лещево-судачий лещево-плотвичный плотвично-
окуневый - карасевый.
(можно дать картинки рыбок)
Это схема аналогична преобразованию озерных ихтиоценозов в ходе исторического развития водных экосистем. Однако под влиянием антропогенного эвтрофирования она совершается в течение нескольких десятилетий. В результате сначала исчезают сиговые рыбы (а в редких случаях лососи). Вместо них ведущими становятся карповые (лещ, плотва, и др.) и в меньшей степени окуневые (судак, окунь). Причем из карповых лещ постепенно вытесняется плотвой, из окуневых господствует окунь. В предельных случаях водоемы переходят в заморное состояние и населяется преимущественно карасем.
На рыбах подтверждаются общие закономерности в изменении в структуре сообществ - длинноцикловые виды замещаются короткоцикловыми. Отмечается рост рыбопродуктивности. Однако при этом ценные сиговые виды замещаются видами, обладающими невысокими товарными качествами. Сначала крупночастиковые - лещ, судак, затем мелкочастиковые - плотва, окунь.
Часто последствия для рыбного населения носят необратимый характер. При возвращении уровня трофии к исходному состоянию исчезнувшие виды появляются далеко не всегда. Их восстановление возможно лишь при наличии доступных путей расселения из соседних водоемов. Для ценных видов (сиг, ряпушка, судак) вероятность такого расселения невелика.
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 1551; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!