2. Роль биогенных элементов в процессах эвтрофикации

Развивающиеся в большом количестве растительные и животные организмы после отмирания также вызывают вторичное загрязнение водоема, способствуя повышению содержания органического вещества в водоеме (эвтрофикации).

Поступление биогенных элементов (азота, фосфора, калия) происходит при смыве удобрений с полей, со сбрасываемыми при орошении коллекторно-дренажными водами, с пылью, сдуваемой с поверхности почвы. Значительное количество биогенных веществ поступает в водоемы также со сточными водами после биологической очистки. Соединения азота могут мигрировать в грунтовые воды, вызывая их загрязнение. Повышение концентрации азота и фосфора в воде водоема вызывает усиленное развитие высших водных растений, что способствует зарастанию и засорению водохранилищ, каналов и других водоемов с замедленным стоком. Для массового развития планктона, водорослей, вызывающих цветение, достаточно повышение концентрации фосфора в воде до нескольких миллиграммов в литре. Изменение качества воды во время цветения и нарушение кислородного режима при массовом отмирании фитопланктона и водной растительности способствуют ухудшению санитарного режима водоема. В итоге этих процессов происходит увеличение органического вещества в донных отложениях и питательных веществ в толще воды, т. е. происходит эвтрофикация водоема.

Эвторификация водоёма приводит к зарастанию водохранилищ, каналов, водоводов высшей водной растительностью (макрофитами). В результате снижается пропускная способность сетей и каналов, наблюдается загрязнение водоема. В зарослях создаются условия для отложения личинок кровососущих насекомых, возникают трудности при ловле рыбы. Вторичное загрязнение водоема продуктами распада макрофитов сопровождается нарушением кисло­родного режима, сменой биоценозов, возникновением благоприятных условий для массового развития микроорганизмов планктона, обрастаний. Для борьбы с зарастанием водоемов рекомендуются различные физические методы: скашивание растений, затенение водоема путем посадки деревьев по берегам канала. Химические методы борьбы с зарастаниями заключаются в обработке водоемов пестицидами. Биологические методы заключаются в разведении таких травоядных рыб, как белый амур, толстолобики, и животных (ондатры, нутрии).

3. Система сапробности и ее применение для оценки степени загрязнения водоемов

Для оценки санитарного состояния водоема наряду с физико-химическими и бактериологическими методами исследования используется гидробиологический метод, основанный на изучении видового и количественного состава водных организмов биоценозов. На основании полученных данных можно сделать вывод о степени и продолжительности загрязнения водоема и о его способности к самоочищению.

Водоем представляет собой единую экологическую систему, поэтому для определения его санитарного состояния изучаются группы гидробиоитов, населяющие толщу воды (фито- и зоопланктон), донные отложения (бентос) и водные организмы обрастаний (перифтон). При санитарной оценке водоема наибольшее значение имеют организмы тех зон водоема, где с наибольшей напряженностью идут процессы самоочищения, т. е. население донных отложений и обрастаний.

Биологический метод исследования водоемов основан на том, что отдельные группы гидробионтов могут жить только при определенной степени загрязнения водоема органическими веществами. Способность гидробиоитов, обусловленную их физиологическими особенностями, жить в воде с определенной степенью загрязнения органическими соединениями принято называть сапробностью.

Экологическая характеристика различной степени загрязнения водоемов дается по зонам санробности. В зависимости от степени загрязнения воды выделяют следующие зоны санробности: полисапробпую (р); α-мезосапробную (αт), β-мезосапробную (βт) и олигосапробпую (о). Иногда выделяют пятую зону – катаробную (k), соответствующую самым чистым водам.

Полисапробная зона (зона сильного загрязнения) соответствует свежему загрязнению водоема бытовыми сточными водами. Она характеризуется наличием большого количества сложных белковых соединений. Свободный кислород отсутствует, поэтому протекают биохимические процессы, имеющие восстановительный характер. В результате разложения органических соединений образуются сероводород, метан, диоксид углерода, аммиак. Основное население этой зоны представлено большим количеством бактерий. Численность их может достигать миллиона и более в 1 мл воды. Наряду с бактериями в этой зоне развиваются бесцветные жгутиковые, грибы, в иле находятся малощетинковые черви – тубифициды. Общее количество видов 30 – 36, возможны колебания видового состава в зависимости от времени года.

α-Мезосапробная зона характеризуется большей степенью распада органических веществ. В воде появляется небольшое количество кислорода, который обусловливает протекание окислительно-восстановительных процессов. В результате распада белковых соединений содержится большое количество аминокислот, аммиака. Сероводород и диоксид углерода присутствуют в незначительном количестве. В этой зоне появляются фотосинтезирующие формы микроорганизмов. Количество бактерий исчисляется сотнями тысяч в 1 мл. Широко распространены жгутиковые, грибы, инфузории. Встречаются некоторые виды сине-зеленых и зеленых водорослей и коловратки. В иле находятся тубифициды. Общее число видов 70 – 76.

β-Мезосанробная зона характеризуется наличием продуктов минерализации органических соединений – аммонийных солей, нитратов, нитритов. Содержание органических веществ невелико. В воде имеется достаточное количество растворенного кислорода, характер протекающих процессов – окислительный. По сравнению с предыдущими зонами резко увеличивается количество видов (116 – 133) с одновременным уменьшением количества особей одного вида. Количество бактерий исчисляется десятками тысяч в 1 мл. Показательным для зоны является преобладание зеленых, диатомовых, сине-зеленых водорослей. Широко представлены ко­ловратки, инфузории, низшие ракообразные, насекомые, рыбы. Эта зона соответствует качеству воды прудов, водохранилищ со стабильным санитарным режимом, рек.

Олигосапробная зона – зона чистой воды – характеризуется окончанием окисления органических веществ, поступивших в водоем. Азот присутствует преимущественно в форме нитратов. Вода может быть пересыщена кислородом. Разнообразен видовой состав водных организмов (более 163). Количество бактерий невелико (до 1000 в 1 мл).

Катаробная зона отличается крайне незначительным содержанием органических веществ. К этой зоне относятся грунтовые, пластовые, минеральные воды, очищенные природные воды, обработанные хлором, озоном.

В классической системе сапробности не учитывается влияние токсичных веществ, попадающих в водоем, на жизнедеятельность микроорганизмов – биоиндикаторов загрязнения, так как зоны сапробности характеризуются отно­шением микроорганизмов к количеству растворенного кислорода. Поэтому для оценки влияния токсичных веществ на процесс самоочищения водоема В. И. Жадиным были предложены три шкалы оценки загрязнения: по степени сапробности, токсобности и сапро-токсобности. Токсобность характеризует свойство водных организмов выживать в водах с различной степенью загрязнения токсичными веществами. Аналогично зонам сапробности выделяются поли-, мезо- и олиготоксобные зоны. Водоемы или их зоны, в которых невозможна жизнедеятельность водных организмов из-за высокой степени загрязнения токсичными примесями, относятся к гипертоксобным.