Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 105)

Таблица 12.5. Основные проявления эвтрофизации в экосистемах и связанные с этим проблемы водопользования

1. Уменьшается видовое разнообразие и меняется состав доминирующих в биоте видов

2. Возврастают биомассы растений и животных

3. Уменьшается прозрачность водоема

4. Возврастает скорость седиментации, укорачивается продолжительность жизни озер

5. Могут формироваться бескислородные зоны

1. Очистка питьевой воды, усложняется, и поступающая к потребителю вода может иметь неприятный вкус или запах

2. Вода может быть опасна для здоровья

3. Вода утрачивает благоприятные для потребителя качества

4. Увеличивается масса растительности уменьшается проточность и препятствует навигации

5. Важные в коммерческом отношении виды (например, лососевые и сиговые рыбы) исчезают

Нитраты и фосфаты наиболее часто выступают в качестве питательных веществ, ограничивающих увеличение первичной продуктивности водных экосистем. Добавление нитратов и фосфатов способствует, таким образом, увеличению численности быстро растущих и являющихся более сильными конкурентами водорослей, например Oscillatoria rubescens, и уменьшению общего видового разнообразия фитопланктона. Подобные процессы в озерах нередко приводят к непропорциональному возрастанию доли несъедобных водорослей, т.е. водорослей, неподходящих в качестве пищи для консументов. Эта особенность доминирующих водорослей, а также более длительный жизненный цикл консументов (и соответственно — большее время реакции их на изменения в среде), приводят к тому, что не вся возросшая первичная продукция потребляется консументами. Отсюда и включение излишка образовавшегося органического вещества непосредственно в процессы разложения (минерализации). Поскольку для разрушения сложных органических веществ (и превращения их в простые минеральные) требуется кислород, содержание этого газа, растворенного в толще воды, может снизиться ниже уровня, необходимого для успешного роста и размножения таких чувствительных видов, как лосось или форель (Salmo spp.). В некоторых крайних случаях гибель рыб и последующее разложение их трупов приводит в свою очередь к дальнейшему снижению концентрации кислорода и ухудшению всей ситуации (по принципу положительной обратной связи). Непосредственные эффекты такой ситуации могут наблюдаться в географически отдаленных областях. Наличие зон пониженного содержания кислорода в реке бывает достаточно для того, чтобы даже при отсутствии других неблагоприятных воздействий нарушилось размножение таких мигрирующих видов, как лососи или угри.

Проблема снижения концентрации растворенного кислорода при эвтрофизации глубоких озер усугубляется наличием сезонной термической стратификации (т.е. расслоением водной толщи на эпилимнион — хорошо перемешиваемый и прогреваемый поверхностный слой, термоклин, в пределах которого наблюдается резкое падение температуры с глубиной, и гиполимнион-глубинные воды, сохраняющие низкую температуру с весны до осени). В умеренных широтах термическая стратификация, препятствующая проникновению кислорода в гиполимнион, устанавливается обычно в начале лета и держится до осени, а затем нарушается в результате охлаждения воды у поверхности и усиления ветрового перемешивания. Вода впадающих в озеро рек обычно теплая (так как реки мелкие), поэтому растворенные в речной воде питательные вещества и кислород попадают только в эпилимнион. Животные же, чувствительные к изменениям температуры, обычно обитают только в гиполимнионе. Масса фитопланктона, образовавшаяся в прогреваемом и богатом питательными веществами эпилимнионе, при отмирании попадает в гиполимнион, где в процессе ее разложения потребляются и без того ограниченные здесь запасы кислорода. Продувание воздухом гиполимниона может компенсировать возникший дефицит кислорода и тем самым сохранить обитающих там животных. Однако, если не следить внимательно за складывающейся ситуацией, то в конце лета может произойти внезапная катастрофическая гибель рыб вследствие наступившего дефицита кислорода.

Анализ конкретного случая

В бродах[18] Норфолка содержание нитратов и особенно фосфатов очень сильно возросло по сравнению с уровнем конца прошлого века, причем наиболее заметные изменения произошли за последние 40 лет (табл. 12.6). В то же время чистые прозрачные воды, характеризующиеся низкой продуктивностью фитопланктона и развитием прикрепленной растительности (например, водорослей Chara spp.), сменились водами непрозрачными, богатыми фитопланктоном, в которых произрастали только немногие прикрепленные растения. В 1973 г. прозрачность воды в Бартон-Брод, измеренная с помощью диска Секки[19], составляла только 11см. Хотя большая часть обитавшей здесь до 1800-х годов фауны (включая ценные виды промысловых рыб) позднее исчезла, к середине двадцатого века местность эта снова приобрела славу мирового центра спортивного рыболовства. Продолжающийся, однако, быстрый рост количества поступающих биогенных элементов, особенно фосфора, а также воздействие целого комплекса других факторов, означают реальную угрозу рыболовству. Дополнительные проблемы возникают из-за периодического затопления территории морской водой, которое к тому же усугубляется эрозией берега, нарушением структуры донных отложений и уничтожения тростниковых зарослей, не только защищающих речные берега, но и создающих удобные места для нереста рыб. Разрушение поясов прибрежной полупогруженной растительности (тростник, рогоз, камыш и т. д.) происходит вследствие расширяющейся и меняющей свой характер рекреационной нагрузки, в частности все большим вытеснением парусного спорта катанием на различного рода моторных лодках.

Таблица 12.6. Уровень фосфатов в озерах и 'бродах' Норфолка начиная с 1800 г.

Недавние эксперименты, проведенные на "бродах" Англии, свидетельствуют о том, что эвтрофизация может быть приостановлена и даже как бы обращена вспять. Так, например, когда два брода — Алдерфен и Кокшут — отгородили от речной системы запрудами, поступление в них воды, богатой биогенными элементами, прекратилось. В Алдерфене ничего более не предпринималось и вслед за наблю-давшимся вначале улучшением ситуации (увеличением прозрачности и т. п.) состояние водоема снова ухудшилось. Произошло это вследствие сложного взаимодействия процессов, протекающих, с одной стороны, в донных отложениях, а с другой — в толще воды при разложении фитопланктона, давшего весной вспышку численности ("цветение"). Результатом этого взаимодействия было высвобождение фосфатов из богатых биогенными элементами донных отложений. Если сразу после запруживания протоков рост водорослей в Алдерфене лимитировали нитраты, то позднее в нем развились формы, фиксирующие атмосферный азот, и летом 1985 г., спустя шесть лет после начала эксперимента, прозрачность воды снова стала крайне низкой из-за очень большого количества содержащихся в ней водорослей и цианобактерий. При отделении запрудой другого брода — Кокшута — было проведено драгирование и очистка водоема от богатых фосфором донных отложений. Постепенно здесь сформировались заросли прикрепленной водной растительности и возросла численность рыб. Стоимость дра-гирования Кокшута оценивалась в 75 тыс. фунтов стерлингов, но для большинства бродов, учитывая их размеры, она должна составлять примерно 250 тыс. фунтов стерлингов. К сожалению, во многих случаях действующие правила судоходства запрещают сооружение дамб и изоляцию бродов, особенно если это не временная мера.

Последствия эвтрофизации и меры борьбы с ней

Отделение водоемов от питающей их речной системы далеко не всегда осуществимо практически, но описанные выше эксперименты показывают, что улучшение сложившейся в таких водоемах ситуации реально возможно, хотя и достижимо порой только довольно сложным путем. Эти эксперименты помогают также лучше понять суть процесса эвтрофизации и возможных способов борьбы с ним. Изымание фосфатов из сточных вод сейчас нередко осуществляется в местах сброса стоков. Основывается оно на химическом осаждении фосфора известью и солями железа. Подобная процедура, особенно если она сопровождается предварительным драгированием, может заметно облегчить очистку протоков. Вынутые из водоемов донные отложения могут с успехом использоваться в качестве удобрения, по крайней мере при установлении на них льготных цен. В результате драгирования озёра и каналы углубляются, поэтому проточность всей системы улучшается, а толща воды обильно снабжается кислородом. В более глубоких стратифицированных озерах при этом увеличивается объем гиполимниона и соответственно растут запасы растворенного кислорода. Углубление водоемов приводит также к установлению в них стратификации, к ограничению тем самым притока биогенных элементов в эпилимнион, а следовательно, и к сокращению продукции фитопланктона. Содержание биогенов в воде может быть уменьшено и такими способами, как изолирование дна от толщи воды (например, полиэтиленовой пленкой), или же химическое осаждение (например, с помощью сульфата алюминия).

"Цветение" водоемов может также непосредственно подавляться альгицидами — химическими веществами, убивающими водоросли, но способ этот отнюдь не бесспорный, так как нельзя исключить возникновения трудно предсказуемых отрицательных последствий для других видов организмов.