Причины и контроль антропогенного эвтрофирования

     Наиболее  широкую известность приобрело "цветение" воды в результате массового размножения  отдельных видов синезеленых водорослей.

     Особого внимания заслуживает тот факт, что "цветение" воды возникает в  результате антропогенного воздействия  на экосистему и является ответной приспособительной реакцией последней  и может рассматриваться как  новый этап ее существования в  изменившихся условиях среды. Как показывают многолетние исследования, обильному "цветению" синезеленых водорослей благоприятствует ослабленное течение, высокая прозрачность, большое содержание подвижных форм растворенного органического вещества, усиленное поступление биогенных элементов. Не менее важную роль в стимуляции развития водорослей играет увеличение степени восстановленности среды и снижение уровня кислородного насыщения.

     "Цветение" является косвенным показателем  ухудшения общего санитарного  состояния водоема. С другой  стороны, оно само является  источником биологического загрязнения  водоемов со всеми вытекающими  отсюда отрицательными гигиеническими, а порой и эпидемиологическими  последствиями. 

     Интенсивно  нарастающий процесс антропогенного эвтрофирования водоемов и водотоков, а также своеобразие этого процесса предъявляют особые требования к выбору путей и методов контроля и защиты водных экосистем.

     Специфика процесса антропогенного эвтрофирования, принципиальные различия между процессами эвтрофирования и загрязнения требуют особых подходов к расположению и срокам отбора проб и перечню определяемых показателей, и особенно к разработке систем оценки уровня эвтрофирования экосистем.

     Подсистема  мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем (ПМАЭПЭ) входит в качестве специального вида в состав системы мониторинга поверхностных вод суши.

     Для оценки уровня антропогенного эвтрофирования необходимо иметь большие ряды комплексных наблюдений (статистически достоверные многолетние данные) за изменением специфических показателей, характеризующих направление и скорость природных модификаций биоценозов с учетом региональных особенностей экосистем.

     Задачей ПМАЭПЭ является обеспечение наблюдений и оценка:

• совокупного эффекта эвтрофирования при антропогенном воздействии на экосистемы;
• природного экологического состояния водоемов и водотоков и возможных его изменений при антропогенном эвтрофировании;
• направлений изменений структурной организации сообщества водных организмов в условиях внешнего кратковременного или хронического воздействия.

     Эвтрофирующиеся экосистемы делятся не только по категориям в зависимости от их ценности и путей использования, но и по своим особенностям приспособления к усиливающимся процессам эвтрофирования.

     Особенности экосистемы, обеспечивающие устойчивость каждого конкретного водного  объекта, складываются в результате индивидуальной истории данной экосистемы и отражают ее индивидуальные свойства. Поэтому неизбежна их типизация, требующая умения отличить типовые  свойства экосистем от индивидуальных.

     ПМАЭПЭ  в России создается впервые. Первая очередь этой подсистемы организована исходя из возможностей действующей  в настоящее время гидрохимической  и гидробиологической сети глобальной системы наблюдений (ГСН). В ее состав вошли пункты действующей сети, на которых обеспечен длительный ряд наблюдений по комплексу гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей, и по результатам наблюдений на которых уже в настоящее время можно оценить последствия антропогенного воздействия путем:

• сопоставления по пунктам и срокам приоритетных гидрохимических и гидробиологических показателей;
• оценки их пространственно-временной изменчивости;
• выявления специфических особенностей в развитии сообществ водных организмов при усилении антропогенного воздействия;
• ранжирование участков реки по уровню загрязненности с эвтрофирующим и регрессирующим эффектами антропогенного воздействия.

     Поскольку в современных условиях одной  из основных причин усиления процесса эвтрофирования чаще всего является фактор накопления в водной среде биогенных веществ, то режим биогенных элементов рассматривался как исходный показатель потенциального эвтрофирования, а характер развития фитопланктонного сообщества - как следствие последнего[4].

     В качестве основы для интегральной оценки последствий антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем рекомендуется использовать сравнительный метод, основанный на сопоставлении результатов обобщения многолетней гидробиологической информации, полученной на пунктах режимных наблюдений с разным уровнем антропогенного воздействия, в том числе и на условно "фоновом".

     В качестве основы количественной оценки уровня антропогенного эвтрофирования предлагается использовать приоритетные показатели природных модификаций структурной организации фитопланктонных сообществ.

     Использование в первую очередь показателей  развития фитопланктона можно объяснить  тем, что фитопланктон является одним  из важнейших элементов водных экосистем, участвующих в формировании качества вод, поскольку свободно парящие  в толще воды организмы фитопланктона  осуществляют такой мощный процесс, как фотосинтез[1].

     Индикаторные  свойства фитопланктонного сообщества определяются не только фактом присутствия  или отсутствия определенных сапробных видов, но и степенью их количественного развития. Поэтому изучение таких показателей, как видовой и групповой состав, численность, биомасса, их пространственно-временная изменчивость, имеет большое практическое значение.

     Многочисленными исследованиями последних лет установлено, что фитопланктону принадлежит  ведущая роль в индикации изменения  качества воды водных объектов.

     Достоверность и объективность оценки уровня антропогенного эвтрофирования достигается соблюдением следующих условий:

• в качестве исходной базы необходимо использовать многолетнюю гидробиологическую информацию, представляющую результаты анализа проб, отобранных в назначенных пунктах при строгом соблюдении сроков отбора;
• оценку необходимо проводить по результатам режимных наблюдений, выполняемых в лабораториях контроля за загрязнением поверхностных вод;
• непременным условием использования результатов гидробиологического анализа является единая методическая основа его проведения;
• при проведении сравнительной оценки эвтрофирования различных участков водных объектов или различных водных объектов необходимо использовать материалы равной представительности, т.е. должны быть идентичными показатели оценки, число результатов анализа и сроки отбора проб[4].

2. Формирование сети наблюдений

     Формирование  сети наблюдений за процессом антропогенного эвтрофирования необходимо производить на основе анализа размещения действующих пунктов контроля.

     При этом необходимо исходить из следующих  общепринятых положений:

• наиболее благоприятные условия для усиления процессов антропогенного эвтрофирования создаются на мелководных участках озер и водохранилищ, в прудах и на зарегулированных водотоках, где принципиально меняются гидрологические условия функционирования экосистем;
• неравномерность антропогенного воздействия, а следовательно, и физико-химических условий водной среды приводят к образованию в пределах одной экосистемы специфических микроэкосистем.

     Так, например, в поверхностном слое эвтрофирующихся водоемов отмечается гетерогенность, особенно заметная в период массового "цветения" фитопланктона и обусловленная так называемыми пятнами "цветения", которые могут иметь самую разнообразную форму и размер.

     Поэтому в первую очередь необходимо изучать  наиболее характерные участки водоемов, поскольку обстоятельная характеристика экосистем крупных водоемов и  водотоков невозможна без характеристики их основных частей.

     Выбор сети пунктов наблюдений проводится на основе характеристики гидролого-экологического состояния водного объекта.

     При обследовании водоемы изучаются  на всем их протяжении с целью выявления  пространственных неоднородностей  распределения величин, характеризующих  как функционирование экосистемы водоема  в целом, так и отдельных его  биотопов.

     Учитывая  высокую пространственно-временную  неоднородность и изменчивость показателей  экологического состояния водных экосистем, вопрос отбора представительных проб приобретает особое значение. При проведении обследования водного объекта особенно важно провести отбор проб по всей акватории за время, много меньшее временной и пространственной изменчивости ее состояния, с пространственным интервалом, исключающим пропуск характерных аномальных участков водного объекта[4].

     При выборе пунктов режимных наблюдений предпочтение отдается таким участкам водных объектов:

• где наиболее ярко проявляются различия в структурно-функциональной организации сообществ водных организмов, что наглядно отражает последствия антропогенного воздействия;
• которые находятся под влиянием как существующих, так и проектируемых источников поступления веществ, за счет которых потенциально возможно усиление процессов эвтрофирования пресноводных экосистем[4].

3. Программа наблюдений

     Программа наблюдений за антропогенным эвтрофированием должна обеспечить комплексную (по набору показателей) и интегральную (по пространственным координатам) оценку экологического состояния пресноводных экосистем.

     Поскольку уровень эвтрофирования и его последствия зависят от "биографии" водных экосистем, весьма разнообразных на обширной территории России, для контроля за антропогенным эвтрофированием предусматривается проведение согласованного гидрохимического и гидробиологического контроля воды, взвешенных веществ и донных отложений по ряду приоритетных показателей.

     В современных условиях определяющую роль в усилении процесса эвтрофирования играет фактор накопления биогенных элементов в водной среде больших и малых водоемов, поэтому режим биогенных элементов рассматривается как исходный показатель потенциального эвтрофирования. Характер развития фитопланктона является следствием последнего. Формирование и развитие фитопланктона, в свою очередь, определяется комплексом факторов, характеризующих физико-географическую, гидрологическую, гидрохимическую, гидробиологическую структуру водоема.

     В программу исследований включают показатели, характеризующие состав органического  вещества с точки зрения соотношения  в нем углерода, азота и фосфора. Это вызвано тем, что скорость и направленность антропогенного эвтрофирования определяются не только минеральными соединениями азота и фосфора, но и качественным составом органического вещества. При этом целый ряд органических веществ антропогенного и биогенного происхождения способны играть роль стимуляторов в биотических процессах.

     На  основе результатов изучения антропогенного эвтрофирования экосистем разных физико-географических зон было принято в число обязательных при систематическом контроле за антропогенным эвтрофированием включать следующие гидрохимические показатели их состояния:

• растворенный кислород;
• биохимическое потребление кислорода (БПК5);
• азот аммонийный;
• азот нитритный;
• азот нитратный;
• азот общий;
• фосфор фосфатный;
• фосфор общий.

     Из  гидробиологических показателей в  число обязательных рекомендовано  включать:

• качественные и количественные показатели развития фитопланктона;
• общую численность бактериопланктона;
• первичную продукцию и деструкцию органического вещества;
• качественные и количественные показатели развития макрозообентоса[4].

4. Частота и сроки отбора проб

     При определении частоты и сроков отбора проб необходимо:

• исходить из того, что система наблюдений должна быть "биологически эквивалентной", т.е. учитывать естественную периодичность развития водных сообществ, определяемую региональными особенностями водного объекта, причем сроки наблюдений должны быть приурочены к периодам достаточного количественного развития биоты;
• учитывать степень стабильности экосистемы, определяемую по данным многолетних исследований;
• учитывать наиболее жесткие условия (сроки) поступления в водную среду веществ, стимулирующих процессы эвтрофирования.