10. Понятие антропогенного эвтрофирования, его отличие от природного эвтрофирования. Показатели антропогенного эвтрофирования.

Хотя эвтрофирование водоемов является природным процессом и его развитие оценивается в рамках геологических масштабов времени, однако за несколько последних веков человек существенно увеличил исп-ие биогенных веществ, особенно в сельском хозяйстве в качестве удобрений и детергентов. Во многих водоемах в течение нескольких последних десятилетий наблюдается возрастание трофии, сопровождающееся резким увеличением обилия фитопланктона, зарастания водной растительностью прибрежных мелководий и изменение качества воды. Этот процесс стали называть антропогенным эвтрофированием.

Шилькрот Г.С. (1977) определяет антропогенное эвтрофирование как увеличение первичной продукции водоема и связанного с этим изменение ряда его режимных характеристик в результате возрастающей добавки в водоем минеральных питательных веществ. На Международном симпозиуме по вопросам эвтрофирования поверхностных вод (1976) принята следующая формулировка - "антропогенное эвтрофирование - это увеличение поступления в воду питательных для растений веществ вследствие деятельности человека в бассейнах водных объектов и вызванное этим повышение продуктивности водорослей и высших водных растений".

Антропогенное эвтрофирование водоемов стали рассматривать как самостоятельный процесс, принципиально отличающийся от естественного эвтрофирования водоемов.

Естественное эвтрофирование - процесс очень медленный во времени (тысячи, десятки тысяч лет), развивается главным образом вследствие накопления донных отложений и обмеления водоемов. Антропогенное эвтрофирование - процесс очень быстрый (годы, десятки лет), отрицательные последствия его для водоемов проявляются зачастую в очень резкой и уродливой форме.

Показатели антропогенного эвтрофирования: Абиотические 1. Послойное распределение О2 в водоеме, выражающееся в форме "кислородной кривой" и дефицит О2 в гиполимнионе (наиболее широко исп-ся). Однако он не применим к тропическим водоемам, в которых в условиях высокого прогрева анаэробный гиполимнион устанавливается независимо от уровня трофии. Нарушение баланса О2 отражает изменения обеспеченности. 2. Снижение прозрачности воды. 3. Непосредственный показатель - содержание N и P. Биотические 1. Соотношение продукции и деструкции. 2. Изменение в структуре биоценозов. 3. Устойчивое "цветение" воды. 4. Быстро увеличивающееся зарастание прибрежных мелководий. 5. Массовое развитие нитчатых водорослей. 6. Засорение берегов остатками водной растительности. 7. Появление неприятного запаха в результате гниения массы отмирающих нитчатых водорослей и высшей водной растительности.

Как отмечают многие специалисты ни один из факторов не позволяет уверенно отличать антропогенное эвтрофирование от естественного. Единственным критерием по общему признанию - скорость развития эвтрофирования, которая может быть определена путем длительных наблюдений (мониторинг).

11. Антропогенное изменение круговорота органических и минеральных веществ. Последствия антропогенного эвтрофирования для природного круговорота.

Увеличение биогенной нагрузки и перестройка потоков P и N влекут за собой существенные нарушения в функционировании экосистем, что нарушает круговорот органического вещества в биосфере.

Современные планетарные круговороты органического вещества и биогенных элементов представляют собой результат длительного антроп-го вмешательства в природный круговорот. Можно выделить несколько основных аспектов такого вмешательства: 1. В круговорот, протекающий в биосфере, включается вещество литосферы в количествах, соизмеримых с основными биологическими потоками. 2. Производится постепенная искусственная замена естественных экосистем антропогенными с соответствующими изменениями характеристик локальных круговоротов (замена лесных и степных агроэкосистемами). 3. Нарушается замкнутость круговоротов - биологический круговорот переводится в транзитную схему движения: литосфера – хоз деятельность- гидросфера. 4. Нарушаются естественные геохимические барьеры, контролирующие миграцию элементов.

Выделено 6 этапов воздействия человека на круговорот вещества. 1. До 17 века - медленное развитие земледелия и животноводства, небольшое суммарное городское население, локальное изменение экосистем, вклад антроп=ых потоков в биол-ий цикл не превышал 1%. 2. 18-19 в. - активизация сведения лесов и их замещение аграрными экосистемами, рост городского населения. 3. Нач. 20-ого века. Быстрая урбанизация, расширение исп-ия запасов литосферы наряду с топливом и рудами. Начало применения литосферных запасов P,K,S, фиксация атмосферного N в пром-ых масштабах. 4. Конец 40-х - 60-е годы - бурное развитие хозяйств. Деят-ти в развитых странах, демографический взрыв, дальнейшая урбанизация, химизация с/х и быта, постепенное ухудшение качества природных вод, воздуха, почв: к концу периода объем антропогенных потоков Р сравнялся с потоками природного происхождения. 5. Сер. 60-х-сер. 80-х годов - значительный рост всех антроп-ых потоков, ухудшение экол-й ситуации на планетарном уровне - быстрый рост эвтрофирования водоемов, накопление CO2 в атмосфере, вызывающее парниковый эффект, начало истончения озонового слоя, начало активного поиска путей исправления ситуации за счет законодат-ых мер как в отдельных государствах, так и на уровне межгосударственных проектов. 6. Сер.- конец 80-х годов - критические ситуации с качеством воды и воздуха в отдельных регионах: начало инструментальных регистраций глобальных изменений, переход к технологиям с мах замкнутостью, попытки разработки международных механизмов регулирования хоз деятельности.

В дальнейшей эволюции биосферы последствия усиления круговорота, например углерода, через обогащение атмосферы диоксидом углерода и уменьшение запаса гумуса в почве может привести к противоречивым последствиям - к увеличению или уменьшению продуктивности наземной части биосферы при явном росте продуктивности гидросферы.

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 бывшего СССР). Поэтому в процессе обогащения поверхностных вод органическими веществами аллохтонная составляющая не играет доминирующей роли.

Особенности изм-ия хим характеристик водоемов замедленного водообмена в процессе антроп-го (эвтроф-ия) перераспределения ОВ можно в общем виде сформулировать следующим образом: 1. Увеличение содержания биогенных элементов в воде и донных отложениях. 2. Увеличение ОВ. Однако эта связь не всегда очевидна из-за маскирующей роли аллохтонных органических соединений, высокой вариабельности деструкции и утилизации синтезированного ОВ, а также величинами обменных процессов на границе вода-дно. 3. Для стратифицированных водоемов характерно увеличение контрастности хим состава воды между эпилимнионом и гиполимнионом. 4. Создание дефицита О2 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 Р органического и NH4-N в 2 раза. (По эффективности усвоения NH4-N превышает NO3-N в 10 раз).

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.