ЕВТРОФІКАЦІЯ: ПРОЦЕС, ПРИЧИНИ, НАСЛІДКИ, РІШЕННЯ - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Eutrophication надлишок поживних речовин сприяли водойми, створюючи вибух популяції водоростей, ціанобактерій і водоростей. Це явище, у свою чергу, викликає зниження розчиненого кисню у воді і, отже, впливає на підводне життя.

Розчинений кисень зменшується за рахунок зменшення фотосинтезу зануреними водоростями та рослинами. Це відбувається як через блокування сонячного світла через поверхневого розповсюдження рослин, так і більш високу швидкість споживання кисню цими популяціями.

Накопичення водоростей шляхом евтрофікації.

Евтрофікація може відбуватися через природні причини, коли зменшуються розміри чи витрата водойми, або виняткові дощі, які несуть поживні речовини на водойми. Однак у більшості випадків евтрофікація відбувається з породжених людиною (антропічних) причин.

Проблема евтрофікації зростає у всьому світі, і на деякому рівні від неї страждає більше половини світових озер. Так само мертві зони поширюються у морях через виникнення цього явища, виявляючи понад 700 з них.

Процес

Евтрофікація починається з внеску у воду незвичної кількості поживних речовин, особливо азоту (N) та фосфору (P). Ці внески можуть надходити як з природних, так і з людських (антропічних) джерел, але в будь-якому випадку вони є продуктом і причиною екологічного дисбалансу.

Улюблені організми

Виняткове споживання необхідних поживних речовин для росту рослин сприяє розвитку інвазивних водних рослин та водоростей. Це може бути як фітопланктон, так і макроводорості, також відбувається поширення ціанобактерій.

Поширення водоростей шляхом евтрофікації. Джерело: Фелікс Ендрюс (Floybix)

Ці організми мають високу репродуктивну швидкість і швидко зростають, тому, маючи достатню кількість поживних речовин, вони мають конкурентні переваги. Вони ростуть на поверхні водойми, і покривають всю поверхню.

Світло

Плаваючі водорості та водні рослини, що покривають поверхню, запобігають проникненню сонячного світла в нижні шари води. Через це затоплені водорості та рослини не можуть фотосинтезуватись і починають гинути.

Розчинений кисень

Блокування підводного фотосинтезу за рахунок цього поверхневого розповсюдження рослинної маси також передбачає зниження розчиненого кисню у воді. Крім того, інші джерела розчиненого кисню, наприклад обмін з атмосферою, обмежені через блокування, яке здійснює поверхнева рослинна маса.

Попит на кисень

Внизу поверхні збільшується активність організмів, що розкладаються, особливо бактерій та архей. Це означає збільшення попиту на розчинений кисень, який знижується.

Зростання активності розкладання є наслідком збільшення запасів органічної речовини внаслідок вибуху поверхневої популяції. На збільшення загибелі підводних організмів також впливає.

Внутрішній внесок органічної речовини та зовнішній забрудненими стоками потребує більше кисню для його біохімічної стабілізації (біохімічний попит на кисень). Коли кисню не вистачає, накопичується напіврозкладається органічна речовина, вся екосистема переходить у кризу і життя зникає.

Причини

Евтрофікація викликається надходженням поживних речовин, що перевищує звичайний баланс екосистеми. Що може статися як природними, так і штучними причинами, хоча перші зустрічаються рідко.

- Природні причини

На морі

Глибокі потоки холодної води можуть викликати сплески популяції фітопланктону, витягаючи поживні речовини з океанічного дна на поверхню (наростання). Таким же чином цвітіння або цвітіння водоростей є природними явищами, спричиненими різними факторами, що сприяють зростанню фітопланктону.

За таких сприятливих умов відбувається незвичне збільшення чисельності населення динофлагелятів та діатомів. Деякі види мікроводоростей нешкідливі та корисні, але інші - токсичні водорості, наприклад, динофлагеляти з роду Alexandrium.

Ця токсичність обумовлена ​​викидом мікроводоростями токсинів, таких як сакситоксин, цигуатоксин та гонятоксини.

У прісній воді

Річки при їх походженні вздовж русла утворюють меандри або позначені криві, які іноді залишаються ізольованими. Таким чином утворюються підкови-лагуни, які живляться дощовою водою, стоком або періодичними переливами річки.

У цих водоймах спостерігається більша концентрація поживних речовин, ніж у річці, оскільки немає відтоку. Тому природні явища евтрофікації відбуваються із поширенням водоростей та водної рослинності.

- Антропічні причини

Найважливішою причиною евтрофікації сьогодні є забруднення водойм людськими діями. Особливо стічні води без відповідного очищення та дифузного забруднення від сільського господарства, що є найважливішим у всьому світі.

Добрива та пестициди

Хімічні добрива складаються з сполук, спеціально розроблених для забезпечення необхідних поживних речовин для росту рослин. Основна формула добрив включає азот (N), фосфор (P) та калій (K).

Евтрофікація. Джерело: Ф. Ламіот (власна робота)

У сільськогосподарських системах застосування цієї продукції є неефективним, тому близько 60% промивається стічною водою. Ці поживні речовини потрапляють у водойми, такі як річки або, нарешті, озера та океани, що транспортуються стічними водами.

Міські стічні води

Каналізація з будинків, офісів та заводів забезпечує велику кількість органічних речовин та неорганічних речовин, які сприяють евтрофікації. Побутові стічні води несуть велике навантаження органічних речовин, які, якщо їх не обробити, досягають водойм.

Мило та миючі засоби, що застосовуються для особистої гігієни, побутових та інших засобів, також включають фосфати та нітрати.

Кислотний дощ

Промисловість викидає в атмосферу гази, що містять оксиди азоту серед інших сполук. Ці гази при взаємодії з водяною парою утворюють кислоти, які осаджуються та потрапляють до водойм.

Ці сполуки є додатковими джерелами нітратів, які є одним з основних поживних речовин, що сприяють росту рослин.

Глобальне потепління

Підвищення глобальних температур сприяє евтрофікації, оскільки теплі води сприяють поширенню водоростей та водних рослин. З іншого боку, кількість розчиненого кисню зменшується пропорційно збільшенню температури води.

- сприяючі фактори

Інші фактори сприяють розвитку евтрофікації, включаючи недостатню рухливість води, малу глибину, малу течію та високу температуру води. Чим менше води є у водної екосистемі або чим повільніше її відновлення, тим швидше вона досягає насичення поживними речовинами.

Наслідки

Евтрофікація є серйозною проблемою, яка в основному зачіпає прісноводні екосистеми, але зустрічається і в морських екосистемах. У всьому світі близько половини озер мають деякий рівень евтрофікації, і багато річок, а також прибережні райони мають мертві райони через цю причину.

- Зникнення життя в екосистемі

Основним наслідком евтрофікації є зменшення біорізноманіття в екосистемі та нарешті зникнення водного життя. На ранніх стадіях надлишок поживних речовин сприяє розповсюдженню організмів, що окупуються, які демонструють швидкий ріст та розмноження в цих умовах.

Евтрофікація в річці Потомак (США). Джерело: Олександр Трубецький

Наскільки ці види переважають, вони витісняють решту видів в екосистему, зменшуючи їх біологічне різноманіття. У міру еутрофікації умови на підводному рівні стають несприятливими для життя і організми гинуть.

Таким чином зникають занурені риби, водорості та рослини, а також інші водні організми через брак кисню та світла. Кінцевим пунктом призначення, якщо евтрофікація триватиме, є майже повне зникнення водного життя.

Токсичні гази

Активність анаеробних бактерій виробляє токсичні гази, такі як сірководень, спричиняючи велику загибель водних організмів.

Вплив на всю територію

Вплив поширюється на наземні екосистеми, оскільки ті живі істоти, які залежать від води, також гинуть або мігрують. Це пов’язано як з втратою джерела їжі, так і з погіршенням якості пиття води.

- Зниження виробництва продуктів харчування

У евтрофованих районах виробництво їжі зменшується, оскільки рибальство зменшується, оскільки перші організми, на які впливають, - це риба. Вони, у випадку річок і морів, змушені покинути місцевість, тоді як в озерах вони в кінцевому підсумку зникають.

- Втрата джерел питної води

Питна вода повинна відповідати умовам якості, включаючи рівень розчиненого кисню, pH та відсутність органічних та неорганічних домішок. Коли відбувається евтрофікація, вода в екосистемі знижує вміст розчиненого кисню та накопичує велику кількість органічної речовини, що розкладається.

Це в свою чергу шкідливо для здоров’я і спричиняє неприємні запахи та зміни кольору, несумісні з його використанням як питної води. PH води змінюється, стає більш кислим через наявність органічних кислот.

Стани здоров’я

На здоров'я населення може вплинути споживання не питної води з евтрофічних водойм. Крім того, розповсюдження певних мікроводоростей сприяє токсинам води та організмів, які її споживають.

Аналогічно, збільшення анаеробних бактерій породжує викид токсичних газів, таких як сірководень та метан.

- Зниження туристичної активності

Водні екосистеми є важливими полюсами туристичної привабливості, породжують джерела роботи та місцевого розвитку. Ці переваги загрожують евтрофікацією, оскільки вони впливають як на біорізноманіття, так і на ландшафтні цінності місцевості.

- Економічні втрати

Як наслідок усього вищезазначеного, евтрофікація призводить до великих економічних втрат у плані зменшення риболовлі, туристичного доходу та водокористування.

Рішення

До вирішення проблеми евтрофікації необхідно підходити з точки зору запобігання явищу та його усунення.

- Профілактика

Вихідним пунктом для запобігання евтрофікації є усвідомлення громадянами свого існування, причин та наслідків. Таким чином громадяни можуть лобіювати прийняття необхідних заходів.

Уникайте забруднення води

Основним рішенням проблеми евтрофікації внаслідок антропних причин є зменшення забруднення води. Для цього необхідно здійснити адекватне очищення побутових та промислових стічних вод перед тим, як скидати їх у водойми.

Необхідно також контролювати інші непрямі джерела забруднення води, такі як викиди газів, які породжують кислотний дощ.

Нова модель сільського господарства та тваринництва

Забруднення води, спричинене сільськогосподарською та тваринницькою діяльністю, є дифузним, тобто джерела забруднення неможливо точно визначити. Таким чином, що вирішення проблеми внеску забруднюючих речовин цією діяльністю полягає у зміні технологічних схем виробництва.

Необхідно використовувати сільське господарство, яке використовує менше вхідних речовин, особливо добрива та гербіциди, сполуки, які вносять у воду нітрити та фосфати. Таким чином, сільськогосподарські системи із закритою циркуляцією поживних речовин, таких як гідропоніка, менш забруднюють з точки зору внеску в екосистеми.

Також потрібно звернути увагу на поводження з органічними відходами, збір та очищення стічних вод у системах тваринництва.

- Санація

Після того, як процес евтрофікації водного об'єму триває, існує кілька альтернатив для усунення проблеми.

Видобуток овочевої маси

З огляду на розповсюдження плаваючих водних рослин, таких як ленна (Lennaceae), бура (Eichhornia crassipes) та інші, можливо здійснити програми збору. Це полягає в масовому видаленні рослин з поверхні водойми за допомогою перетягування майя.

Очищення води

У важких випадках забруднення вода може пройти очищення шляхом рециркуляції від водойми до очисних споруд.

Біологічний контроль

Є деякі організми, які споживають водорості та водні рослини, які розмножуються в евтрофіці. Застосовувались гетеротрофні пасовища, тобто вони споживають мікроводорості для зменшення популяції, що розмножується в евтрофіці.

Аналогічно, гриб Cercospora piaropi використовувався для боротьби з крахмалами Ейхорнії, плаваючою покритонасінною рослиною, яка розмножується в евтрофічних умовах.

Хімічний контроль

Викликання флокуляції та осадження мікроводоростей є альтернативою, особливо у випадках токсичного цвітіння водоростей. Це досягається додаванням таких продуктів, як гіпохлорит натрію (NaOCl), глини (каолініт) або комбінації, такі як хлорид поліалюмінію з бентонітом. Ці продукти притягують і прилягають до мікроводоростей, утворюючи зграї або маси, які потім опадають на дно.

Приклади ділянок з евтрофікацією

Евтрофікація в Каспійському морі. Джерело: Джефф Шмальц, команда оперативного реагування MODIS, NASA / GSFC

- Морські мертві зони або райони

Програма ООН з навколишнього середовища вказує на існування понад 700 мертвих районів у світових океанах. Ці мертві зони зумовлені низькою концентрацією розчиненого кисню внаслідок евтрофікації та їх орієнтовна площа перевищує 240 000 км².

Мертва зона Мексиканської затоки

Однією з найширших морських мертвих зон у світі є так звана Мертва зона Мексиканської затоки. У більш ніж 20 700 км² моря страждають серйозні проблеми евтрофікації, з поширенням плаваючих макро- та мікроводоростей.

Центральною причиною евтрофікації цього району є забруднені води річки Міссісіпі, що має гирло в затоці. Міссісіпі проходить через більшу частину сільськогосподарської зони Північної Америки, будучи водозбірним басейном з великим навантаженням сільськогосподарських забруднювачів.

- Чорне море

У цьому внутрішньому морі, розташованому між Європою та Азією, спостерігається зростання цвітіння водоростей з 1970-х років. Це призвело до зменшення популяцій мілководних видів.

За інформацією Європейського агентства з охорони навколишнього середовища, гіпоксичні та аноксичні явища виникають кожного літа внаслідок діяльності водоростей. Все це через евтрофікацію поживними речовинами, що забезпечуються сільськогосподарською та промисловою діяльністю в басейні цього моря.

Чутливість до евтрофікації

Будучи внутрішнім морем, єдиним непрямим зв’язком океану якого є Босфорський канал, оновлення вод відбувається дуже повільно. Це, разом з високим рівнем забруднення у басейнах, що живлять його, робить його особливо сприйнятливим до евтрофікації.

Насправді середні концентрації нітратів та фосфатів зросли в 18 разів з 1960 по 1992 р. Найбільший внесок забруднювачів надходить із басейнів річок Дунай, Дніпро та Дністер.

- Озеро Валенсія

Це озеро, яке також називають озером Лос-Такарігуас, розташоване в північному центрі Венесуели з площею 344 км². Він утворює ендореїчний басейн, тобто закритий, 3140 км². Багато її приток проходить через міста в центрі країни, такі як Валенсія та Маракай, з високим населенням та промисловими зонами.

Басейн озера Валенсія (Венесуела). Джерело: Fev

Більшість міських та промислових стічних вод скидаються в річки, перетворені в каналізаційні канали без відповідного очищення. Це призвело до накопичення величезної кількості забруднюючих речовин протягом десятиліть, включаючи органічні та неорганічні поживні речовини.

Починаючи з 1974 р. Концентрація азоту зросла вдвічі, а фосфор в озері збільшився втричі. Знаходиться вище того, що допускається на 146% для азоту та 250% для фосфору. Все це спричинило масштабне явище евтрофікації, яке зараз добре розвинене.

Список літератури

1. Band-Schmidt, CJ, Bustillos-Guzmán, JJ, López-Cortés, DJ, Núñez-Vázquez, E. та Hernández-Sandoval, FE (2011). Сучасний статус дослідження шкідливого цвітіння водоростей у Мексиці. Гідробіологічні.
2. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедія екології та екологічного менеджменту.
3. Маргалеф, Р. (1974). Екологія. Видання «Омега».
4. Odum, EP та Warrett, GW (2006). Основи екології. П’яте видання. Томсон.
5. Ромеро, Дж. (2017). Вивчення історичної поведінки органічних речовин та поживних речовин сприяли притоки річок озера Лос-Такарігуас. Університет Карабобо, інженерний факультет, дирекція досліджень для випускників, магістр екологічної інженерії.
6. Ruiz-Vanoye, JA та Díaz-Parra, O. (2015). Скупчення мертвих зон в морі. Науковий журнал.
7. Sar, EA, Ferrario, ME і Reguera, B. (Ред., 2002). Шкідлива водорость цвіте в американській південній шишці. Іспанський інститут океанографії. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000215417
8. Інтерактивна карта Інституту світових ресурсів, евтрофікація та гіпоксія. (Як бачили 7 лютого 2020 року). Взято з: https: //www.wri.org/our-work/project/eutrophication-and-hypoxia/interactive-map-eutrophication-hypoxia