Экология СПРАВОЧНИК

Ухудшение водоемов при эвтрофировании может обусловить значительные экономические потери. Это привело к развитию методов контроля, чтобы замедлить, остановить указанный процесс или даже сделать его обратимым (см. главу 3). Эти методы основаны на правильном использовании информации по балансу биогенных веществ водоема, что достигается двумя путями. Нагрузка водоема специфичными биогенными веществами может быть снижена путем контроля источников фосфора и азота на водосборах. В принципе это легко сделать с точечными источниками, такими, как места сброса сточных вод, но рассредоточенные источники, например стоки с сельскохозяйственных угодий, намного труднее для контроля, хотя и здесь можно достичь определенных результатов. Там, где поступление биогенных веществ практически невозможно контролировать, альтернативой является удаление биогенных веществ из воды, сбрасываемой в водоем, хотя это только временная мера. Во многих программах по восстановлению озер оба метода предлагается использовать одновременно, что может приводить к быстрому улучшению качества воды. С помощью этих методов можно эффективно контролировать искусственное эвтрофирование большинства водоемов.

Далее

Второй по значению вклад в донные обложения вносит «дождь» отмершего органического вещества из водных масс озера. Его распределение зависит от морфометрических особенностей озера: это вещество накапливается в глубинной части озера, тогда как на мелководьях постоянное перемешивание вод (рис. 2.10) задерживает его в толще воды.

Далее

Доступность биогенных веществ и их потребление регулируются некоторыми гидрологическими процессами, а также биологическими факторами, которые обсуждались выше.Большая часть биогенных веществ поступает в озеро с поверхностным и подземным стоком (остальная часть непосредственно с осадками и выпадением различных частиц из атмосферы), поэтому важно понять взаимодействие между водой и биогенными веществами на водосборных территориях. Перенос воды через экосистему осуществляется за счет гидрологического цикла (рис. 2.12), поэтому биогенные вещества могут выноситься из среды обитания, через которую вода переносится. Весь процесс подразделяется на несколько стадий, рассмотренных ниже.

Далее

Пространственная изменчивость концентраций биогенных веществ происходит в водоемах в результате неравномерного расположения их источников и стоков. Хотя в озерах имеются неоднородности по горизонтали, однако более существенны, особенно летом, вертикальные изменения параметров. Это является результатом не только расположения источников и стоков, но определенного влияния переносов в толще воды, а также обменных процессов в слое вода—дно, регулируемых превалирующими температурными условиями. Многие современные методы исследования И моделирования рассматривают озеро как простой «черны-й ящик» или «хорошо перемешиваемый реактор» (рис.

Далее

Концентрацию растворенного кислорода (РК) можно непосредственно измерить с помощью специальных электродов, однако традиционно используется метод титрования Винклера. Результат можно представить либо в виде концентрации в кг/м3 или других приемлемых единицах СИ, либо в процентах насыщения.

Далее

В глобальном масштабе наиболее важным фактором при ■определении тенденций эвтрофирования водоемов является солнечная радиация, особенно в тропических районах. Однако в Европе или Северной Америке влияние цивилизации столь значительно, что «чистое» поступление биогенных веществ является доминирующим фактором, и поэтому восстановление озер во многих регионах основывается на контроле поступления специфических биогенных веществ.

Далее

При таких ситуациях профилактические методы могут быть-заменены или дополнены восстановительными методами, которые основаны на удалении биогенных веществ из воды и, таким образом, дают незамедлительные результаты. Но так как они не устраняют первопричину проблемы, их эффективность ограничена и действия необходимо повторять неоднократно. Следовательно, восстановительные методы не могут дать долговременных результатов без применения профилактических методов.

Далее

США) кратили сбрасывать в 1971 г.Шлирзе (ФРГ) 40 Частичный отвод в 1964 г., концентрация кислорода снизилась к 1967 г.С помощью отвода вод было успешно восстановлено оз. Вашингтон в США. В 1955 г. озеро получало 2,4-104 м3 стоков в сутки от 10 очистных сооружений, расположенных на водосборе, что привело к существенному эвтрофированию озера. Полный отвод этих вод в залив Тихого океана позволил полностью исйра-вить положение. Влияние отвода стоков из 16 озер Европы и США обобщено в табл. 3.1. В мелких озерах улучшения были незначительными; видимо, удаление биогенных веществ из истоков не приводит к снижению их содержания в толще воды, так как оно поддерживается процессами выделения из отложений.

Далее

Эта часть книги посвящена биологическому сообществу. В частности, рассматривается влияние на первичную продукцию абиотических переменных, таких, как освещенность, температура, концентрация растворенного кислорода (РК) и доступность биогенных веществ. В последнем разделе оценивается реакция каждого из идентифицированных биотических типов на избыток биогенных веществ в водной среде.

Далее

Различие между этими двумя скоростями выражает «стойкость» окружающей среды.Следует заметить, что эти концепции применяются также к другим компонентам биологического сообщества. Подобные уравнения используются для описания роста макрофитов. На рис. 4.8 изображены лимитирующие функции, используемые в модели Лорбера с соавторами [82] для описания развития водного гиацинта.

Далее

На рис. 4.20 показана взаимосвязь между планктоном, рыбами, детритоядными животными и растворенными биогенными веществами. Детритоядные — это большая часть популяции бентоса Кроме того, биологическое сообществе в целом включает макро-фитные (корневые или плавающие) и эпифитные (прикрепленные к растениям) сообщества. Эти пять основных популяционных групп в озере различным образом будут реагировать на увеличение концентрации биогенных веществ; этот вопрос обсуждается ниже.

Далее

Вероятно, самым распространенным биогенным элементом в пресноводных водоемах является фосфор (Р), на втором месте находится азот (1М) (хотя освещенность и СОг могут вступать в синергизм с этими элементами). Поэтому концентрации азота и фосфора в воде часто являются решающими при прогнозировании цветения водорослей. Проведено много исследований для понимания биологии потребления фосфора и азота в водных экосистемах.

Далее

Направления потоков: / — основные; 2— второстепенные.В водной экосистеме можно идентифицировать несколько крупномасштабных форм фосфора: в составе клеточной ткани фито- и бактериопланктона, в растворенных неорганических и органических соединениях, во взвесях. Саймонс и Лом [102] выделяют только две основные формы фосфора: растворенный ортофосфат и органический фосфор; сумма этих форм представляет собой общий фосфор. Рекхау и Чапра [24] выделяют восемь возможных представлений форм фосфора, любое из которых может дать приемлемую картину кинетики трансформации фосфора в водоеме (рис. 5.6); наиболее часто используемая схематизация взаимодействия форм фосфора иллюстрируется рис. 5.6 а. Эта диаграмма служит примером использования в разделении форм фосфора двух основных характеристик — химических и биологических.

Далее

Потоки: / — основной; 2 — второстепенный.Увеличивающийся вклад фосфатов из точечных источников в основном стоки очистных сооружений) вследствие возрастающей урбанизации показан на рис. 5.14, хотя влияние рассредоточенных источников (преимущественно сельскохозяйственных, -среди которых важнейший связан с применением удобрений) также непрерывно увеличивается. Отмеченные проблемы контролирования этих источников будут обсуждаться подробно в главах 6 и 7. Роль главного источника фосфора для водоемов (т. е. удобрений) будет рассмотрена в главе 6.

Далее

Картина нарушается, когда человек производит основные изменения в землепользовании, например удаляет лесополосы или вырубает леса для посевов сельскохозяйственных культур. В результате часто увеличивается почвенная эрозия и вымывание вследствие снижения защиты почвы. Вырубка лесов и расширен ние участков земель увеличиваются в больших масштабах, в то время как задерживание воды и ее испарение листвой уменьшается. Этот процесс в дальнейшем усугубляется, так как почвы уплотняются и соответственно снижается скорость инфильтрации.

Далее

Азот в почвы поступает из атмосферы при участии нитрифицирующих бактерий и за счет деятельности гетеротрофных бактерий, разлагающих отмершее органическое вещество. Присутствует азот в почвах в четырех формах.

Далее

Нитрат аммония может быть совмещен с другим компонентом, таким, как сульфат или фосфат аммония. Эти удобрения более устойчивы при транспортировке и хранении.Аммонийно-нитратные известковые удобрения (25—26 % азота). Добавление извести противодействует закислению почв , в других отношениях эти удобрения не отличаются от нитрата аммония.

Далее

Коммунальные и промышленные сточные воды, а также канализационно-ливневые стоки, которые могут либо очищаться на очистных сооружениях, либо непосредственно попадать в водоприемники, составляют три основных источника поступления биогенных веществ в водоемы от городов, каждый из которых рассмотрен ниже.

Далее

Во многих промышленных процессах используется вода, но потребление ее относительно невелико. Та вода, которая полностью не использовалась, становится сточной водой; прослеживается несколько путей ухудшения ее качества. Сегодняшнее разнообразие технологических процессов приводит к тому, что промышленные сточные воды сильно различаются по составу, качеству и количеству. Загрязняющими компонентами обычно являются различные химические вещества, органические материалы, биологические ингредиенты, токсичные металлы и радиоактивные вещества. Могут меняться также такие характеристики воды, как pH, температура и концентрация растворенного кислорода (РК).

Далее

Городская среда является потенциальным загрязнителем вод из-за влияния хозяйственно-бытовых, торговых, промышленных отходов, которые объединяются и образуют сточные воды. Их необходимо очистить, чтобы удалить загрязняющие вещества перед выпуском -этих вод в природные водоемы, иначе можно нанести окружающей среде непоправимый вред. Такая очистка проводится на очистных сооружениях, где применяется множество традиционных методов очистки, основанных на физических, химических и биологических процессах. Однако пока мало таких очистных сооружений, в которых удаление биогенных элементов является частью обычной процедуры очистки сточной воды (хотя, вероятно, эпизодически удаляется до 20 % этих веществ).

Далее

Как отмечалось в главе 1, концепция трофического состояния, (см. рис. 1.1) представляет собой качественное описание водной? массы определенным набором параметров; в действительности процесс эвтрофирования водоемов представляется непрерывно1 сглаженным от состояния, когда водная среда бедна биогенными веществами (олиготрофное состояние) до состояния избытка биогенных веществ (эвтрофное состояние). Выделение дискретных, состояний позволяет предложить общие положения об экосистемах и, в частности, о трофическом состоянии водоемов. Согласно трофическому состоянию, выделяют озера олиготрофные, мезо-трофные и эвтрофные, хотя иногда используют и дополнительные категории (см. дальнейшее обсуждение).

Далее

Был установлен минимум требований мониторинга, чтобщ ■обеспечить максимально возможный вклад каждой из страи участниц; была разработана простая и практичная, но достаточно! надежная процедура отбора проб. Для получения однородны данных, чтобы иметь возможность проводить поиск значимы корреляционных. зависимостей, были разработаны аналитические методы.

Далее

Из множества индикаторов, которыми можно отразить трофическое состояние водоемов, наиболее приемлемы как для прямой спецификации соответствующих категорий трофности, так и длят использования в математических моделях [20], следующие.

Далее

Эти исследования основываются на использовании осреднен-ных для лета значений С1а, однако отметим, что максимальное значение концентрации С1а в летний период тоже связано с наиболее неблагоприятными условиями цветения водорослей, и, следовательно, имеется регрессионная связь между максимальными и средними значениями С1а в летний период в эпилимнионе (см. уравнения (4.7) и (8.5)).

Далее

Модели, учитывающие фосфорную нагрузку, могут быть в широком смысле подразделены на два класса: модели, которые представляют озеро как черный ящик и рассматривают только поступление (вход), вынос (выход) и общую массу фосфора в озере, и модели, в которых дифференциальные уравнения воспроизводят интенсивность изменения концентрации фосфора на разных участках и для различных его форм к ним относятся концептуальные модели, которые будут обсуждаться в п. 9.3). Каждый класс может быть представлен в виде стационарных либо сезонных или годовых моделей; моделей, описывающих обменные процессы в слое вода — дно; моделей, учитывающих перемешивание вод; многослойных моделей. Применение каждой из этих моделей зависит от цели исследования и состояния неопределенности, с которой выполняются модельные прогнозы. Например, для замерзающих зимой озер годовая изменчивость фосфорной нагрузки наиболее выражена, так как фосфор может задерживаться во льду до тех пор, пока он «почти мгновенно» не выделится в воду при таянии льда и снега весной.

Далее

Однако модель, содержащая только два слоя (часто до определенных глубин), воспроизводящих эпи- и гиполимнион соответственно, должна по определению применяться только к стратифицированным ситуациям, т. е. для летнего сезона. Период года, когда озеро нестратифицировано (приблизительно с сентября— октября и до марта — апреля), не может быть достоверно имитирован моделью. Оправдание для использования модели состоит в том, что в течение периода стратификации действительно имеет место цветение водорослей. Однако более надежной моделью, которая может предсказать изменчивость концентрации фосфора в течение года и от одного года к дру-рому, является многослойная модель, которая предусматривает развитие во времени процесса термической стратификации (см. п. 2.5). Следовательно, одним из главных направлений совершенствования моделей является разработка многослойных моделей стратификации путем введения в них химических и биологических компонентов. Так как обычно это выполнялось с чисто инженерным подходом, то модели объединяли вместе различные биотические компоненты с относительно небольшим числом переменных. Например, уравнения для РК и ВПК были введены в одномерную модель термического режима, разработанную в Массачусетском технологическом институте.

Далее