Причины и контроль антропогенного эвтрофирования

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Факультет химии и экологии

Кафедра химии 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ   РАБОТА

по дисциплине «Химия окружающей среды»

на тему «Причины и контроль антропогенного эвтрофирования»

                                                        Выполнила:

                                                        студентка 4 курса,

                                                        группы Хб-107

                                                        Тимофеева Е.А.  

                                                        Проверила:

                                                        Чернова О.Б. 
 
 
 

Владимир  – 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………....3

1. Причины и агенты эвтрофирования……..………………………………..4
2. Стадии эвтрофирования …………...………………………………………4
3. Хозяйственные последствия эвтрофирования ……………………….…..5
4. Мониторинг и контроль антропогенного эвтрофирования

1. Подсистема мониторинга антропогенного эвтрофирования…..…6
2. Формирование сети наблюдений………………………………....11
3. Программа наблюдений…………………………………………...13
4. Частота и сроки отбора………………………………………….…14
5. Проведение наблюдений……………………………………….….15
6. Основные принципы оценки уровня

антропогенного  эвтрофирования………………………………….16

5. Борьба с эвтрофированием ……………………………………………....17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..…..20

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ………….…………………………………………...……...21 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

      В конце прошлого века стало очевидным, что ухудшение качества поверхностных  вод и потеря ими своей ресурсной  ценности связаны не только с прямыми  загрязнениями водных объектов, поступающими от различных источников, но и с  нарушением экологического равновесия, приводящего к ломке механизмов самоочищения и появлению вторичных  негативных эффектов. Одной из главных причин деградации водных объектов является недостаточная изученность влияния деятельности человека на внутриводоемные процессы и функции биоценозов[1].

     Наиболее  очевидным проявлением экологического дисбаланса в поверхностных водах  является антропогенное эвтрофирование (в быту «цветение воды»), которое во второй половине прошлого века стало проблемой глобального масштаба, поскольку последствиями этого процесса являются вторичное загрязнение воды и нарушение всех других видов водопользования.

     Эвтрофирование в перечне экологических проблем поставлено на первое место, как наиболее очевидная угроза экологической безопасности и ресурсной ценности поверхностных вод. Поэтому основное внимание в курсовой работе уделено причине и контролю водных ресурсов именно этого вида экологических последствий деятельности человека. Коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов, вызывающие бытовое загрязнение. Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование водоемов и водотоков.

     Сущность  эвтрофирования заключается в накоплении органического вещества, фотосинтезируемого водорослями (пищевых ресурсов) при избыточном поступлении в водные объекты биогенных (питательных) веществ из антропогенных источников. Избыточная биомасса водорослей разлагается, вызывая ухудшение качества воды и нарушение всех видов водопользования, а в итоге может приводить к полной деградации водной экосистемы[1]. 
 

1. Причины и агенты эвтрофирования

     Главными  агентами эвтрофирования могут выступать соединения азота и фосфора, главным образом в виде нитратов и фосфатов.

     В конце 1960-х гг. было широко распространено убеждение о загрязнении рек, озер и подземных вод нитратами бытовых сточных вод, сточных вод животноводческих комплексов и, особенно, возделываемых полей. Наибольшие опасения вызывал тот факт, что высокое содержание нитратов в воде может вызвать заболевания. Например, метгемоглобинемию, или синдром «blue-baby» – у детей младше 6 мес. Заболевание это чрезвычайно редкое, но между 1945 и 1960 гг. в мире было зарегистрировано 2000 случаев. В США погиб 41 младенец, в Европе – 80.

     Главной угрозой, которую представляют нитраты для окружающей среды, является эвтрофирование водоемов.

     Источники поступления агентов эвтрофирования:

• естественное вымывание питательных веществ из почвы и выветривание пород;
• сбросы частично очищенных или неочищенных бытовых сточных вод, содержащих органические соединения азота и фосфора, нитраты и фосфаты;
• смыв неорганических удобрений, содержащих нитраты и фосфаты;
• смыв с ферм навоза, содержащего органические соединения азота и фосфора, нитраты, фосфаты и аммиак;
• смывы с нарушенных территорий (шахты, отвалы, стройки, неправильное использование земель);
• сбросы реагентов, содержащих фосфаты;
• поступление нитратов из атмосферы[2].

 

2. Стадии  эвтрофирования

     При эвтрофировании водная экосистема последовательно проходит несколько стадий. Сначала происходит накопление минеральных солей азота или фосфора в воде. Эта стадия, как правило, непродолжительна, так как поступающий лимитирующий элемент немедленно вовлекается в кругооборот и наступает стадия интенсивного развития водорослей. Нарастает биомасса фитопланктона, увеличивается мутность воды, повышается концентрация кислорода в верхних слоях воды[2].

     Затем наступает стадия отмирания водорослей, происходят аэробная деградация детрита, резкое изменение характеристики химического состава воды[3]. Интенсивно отлагаются донные илы с повышенным содержанием органики.  Отмечаются изменения зооценоза (замещение лососевых рыб карповыми).

     Наконец, наступает полное исчезновение кислорода  в глубинных слоях и начинается анаэробное брожение. Характерно образование  сероводорода, сероорганических соединений и аммиака.

     Опасности эвтрофирования подвергаются даже моря. Так, в настоящее время Северное море получает азота в 4 раза больше фонового уровня, фосфатов – в 7 раз больше фонового. От этого прироста 37 % азота и 68 % фосфата – из бытовых сточных вод, 60 % азота и 25 % фосфатов – из сельскохозяйственных смывов[2]. 

3. Хозяйственные последствия эвтрофирования

     Обильная  растительность может препятствовать движению воды и водного транспорта, вода может стать непригодной для питья даже после обработки, рекреационная ценность водоема может снизиться, могут исчезнуть коммерчески важные виды рыб (такие как форель). Наконец, эвтрофирование приводит к вспышкам «цветения» (массового развития) водорослей.

     Цветение  водорослей наносит двоякий ущерб водной системе. Во-первых, оно снижает освещенность, вызывая гибель водных растений. Тем самым нарушаются естественные местообитания многих гидробионтов – организмов, в ходе эволюции приспособленных к обитанию в водной среде[3]. Во – вторых, при отмирании водорослей потребляется много кислорода, что может привести к тем же последствиям, что и прямое внесение органики в воду.

     Кроме обогащения воды легкоокисляемой органикой, приводящей к заморам, водоросли способны продуцировать в токсические вещества (так называемые альготоксины). Так, Alexandrium tamarense вырабатывает сакситоксин нервно-паралитического действия, аккумулируемый съедобными моллюсками. Prymnesium parvum выделяет вещества, высокотоксичные для рыб. Токсины,  образуемые Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, действуют на печень и могут быть нейротоксичны. Например, в 1989 г. при массовом развитии сине-зеленых водорослей в английских озерах погибло несколько собак[2]. 

4. Мониторинг  и контроль антропогенного эвтрофирования

1. Подсистема мониторинга антропогенного эвтрофирования

     Одним из серьезных затруднений при  оценке последствий антропогенного эвтрофирования водоемов и водотоков является то, что благодаря механизмам гомеостаза изменения в функционировании экосистем оказываются на первом этапе незаметными. Чаще такие нарушения сложно отличить от природных вариаций в развитии экосистем. К последним могут быть отнесены сезонные, межгодовые колебания гидродинамических процессов, климатические изменения и другие[1].

     Оценки  последствий антропогенного эвтрофирования и выявление его масштабов на фоне естественной изменчивости могут быть определены только на базе результатов режимных наблюдений за особенностями функционирования отдельных сообществ водных организмов в условиях антропогенного эвтрофирования. Причем для получения достаточно достоверного результата необходимы наблюдения за ряд лет и даже десятилетий.

     Серьезные структурные преобразования происходят за счет усиления и ускорения процесса антропогенного эвтрофирования и периодического токсического воздействия на биоту многих загрязняющих веществ, поступление которых в водоемы и водотоки остается по-прежнему высоким. Причем эффект токсического воздействия может проявляться как при прямом поступлении в водоемы токсичных веществ, так и на определенных стадиях процесса антропогенного эвтрофирования.

     Несмотря  на то, что обогащение поверхностных  вод биогенными веществами вызывает усиление развития всех фотосинтезирующих  организмов, прямым следствием процесса антропогенного эвтрофирования может быть либо "цветение" воды, либо усиление развития высшей водной растительности, и последнее будет определяться в первую очередь типом водного объекта. Практически во всех водохранилищах процесс их эвтрофирования начинался по типу фитопланктонного.

     Характерными  чертами водоемов с фитопланктонным  типом эвтрофирования являются:

• всегда положительный биотический баланс хотя бы верхней части слоя летом;
• заметные изменения в течение лета интенсивности фотосинтеза, содержания кислорода, свободной углекислоты, карбонатов, активной реакции воды.

     Уже на ранней стадии процесса антропогенного эвтрофирования проявляются следующие общие для всех водоемов природные модификации в развитии фитопланктона:

• изменение видового состава доминирующего комплекса;
• изменение значимости отдельных видов в составе доминирующего комплекса и целых систематических групп в общей численности и биомассе фитопланктона;
• нарастание абсолютных значений численности всех основных групп;
• снижение относительной численности фитопланктона;
• сдвиг баланса крупно- и мелкоклеточных видов, особенно на ранней стадии эвтрофирования, в сторону мелкоклеточных[4].

     Наиболее  острые конкурентные отношения складываются в летний период. Подавляющее большинство  водорослей из числа летних вытесняется  в весенний и осенний планктон, летом же массовыми оказываются  синезеленые, зеленые, желтозеленые водоросли. К числу наиболее наглядных проявлений последствий фитопланктонного эвтрофирования водных объектов может быть отнесено "цветение" воды, возникающее как результат нарушения процессов саморегуляции в экосистеме и выхода на доминирующее положение в биоценозе одного или нескольких наиболее приспособленных видов водорослей[1].