Эвтрофикация - Eutrophication

Цветение водорослей в реке недалеко от Чэнду , Сычуань, Китай.

Эвтрофикация (от греческого eutrophos , «хорошо питающийся») - это процесс, в результате которого весь водоем или его части постепенно обогащаются минералами и питательными веществами . Это также было определено как «увеличение продуктивности фитопланктона, вызванное питательными веществами ». Водоемы с очень низким содержанием питательных веществ называют олиготрофными, а водоемы с умеренным содержанием питательных веществ - мезотрофными . Развитую эвтрофикацию также можно отнести к дистрофическим и гипертрофическим состояниям. Эвтрофикация в пресноводных экосистемах почти всегда вызывается избытком фосфора.

До вмешательства человека это был и остается очень медленным естественным процессом, в котором питательные вещества, особенно соединения фосфора и органические вещества, накапливаются в водоемах. Эти питательные вещества образуются в результате разложения и растворения минералов в горных породах, а также под действием лишайников, мхов и грибов, активно поглощающих питательные вещества из горных пород. Антропогенная или культурная эвтрофикация часто является гораздо более быстрым процессом, при котором питательные вещества добавляются в водный объект из любого из широкого спектра загрязняющих веществ, включая неочищенные или частично очищенные сточные воды , промышленные сточные воды и удобрения от сельскохозяйственных культур. Загрязнение питательными веществами , форма загрязнения воды , является основной причиной эвтрофикации поверхностных вод , когда избыток питательных веществ, обычно азота или фосфора , стимулирует рост водорослей и водных растений .

Видимый эффект эвтрофикации часто заключается в нежелательном цветении водорослей, которое может вызвать существенную экологическую деградацию в водоемах и связанных с ними ручьях. Этот процесс может привести к кислородному истощению водоема после бактериального разложения водорослей.

Подходы к предотвращению и обращению вспять эвтрофикации включают: минимизацию загрязнения точечных источников из сточных вод и минимизацию загрязнения биогенными веществами от сельского хозяйства и других неточечных источников загрязнения . Также используются моллюски в устьях рек, выращивание морских водорослей и геоинженерия в озерах, причем некоторые из них находятся на экспериментальной стадии.

Механизм и место эвтрофикации

Эвтрофикация - это процесс увеличения образования биомассы в водоеме, вызванный увеличением концентрации питательных веществ для растений, чаще всего фосфатов и нитратов . Повышение концентрации питательных веществ приводит к увеличению плодовитости водных растений , как макрофитов, так и фитопланктона . По мере того как больше растительного материала становится доступным в качестве пищевого ресурса, увеличивается количество беспозвоночных и видов рыб . По мере продолжения процесса биомасса водоема увеличивается, но биологическое разнообразие уменьшается. При более сильном эвтрофикации бактериальное разложение избыточной биомассы приводит к потреблению кислорода, что может создать состояние гипоксии, по крайней мере, в донных отложениях и более глубоких слоях воды. Гипоксические зоны обычно встречаются в глубоководных озерах в летний сезон из-за стратификации на холодный бедный кислородом гиполимнион и теплый богатый кислородом эпилимнион . Сильно эвтрофные пресные воды могут стать гипоксичными на всей своей глубине после сильного цветения водорослей или чрезмерного роста макрофитов.

Согласно энциклопедии Ульмана, «основным ограничивающим фактором эвтрофикации является фосфат». Доступность фосфора обычно способствует чрезмерному росту и гниению растений, вызывая серьезное снижение качества воды. Фосфор является необходимым питательным веществом для жизни растений и является ограничивающим фактором для роста растений в большинстве пресноводных экосистем. Фосфат плотно прилипает к частицам почвы, поэтому переносится в основном эрозией и стоками. После переноса в озера извлечение фосфата в воду происходит медленно, отсюда и трудность обращения вспять эффектов эвтрофикации. В морских экосистемах азот и железо являются основными питательными веществами, ограничивающими накопление биомассы водорослей.

Источниками избыточного фосфата являются фосфаты в моющих средствах , промышленных / бытовых стоках и удобрениях. С прекращением использования фосфатсодержащих моющих средств в 1970-х годах промышленные / бытовые стоки и сельское хозяйство стали основными факторами, способствующими эвтрофикации.

Эвтрофикация была признана проблемой загрязнения воды в озерах и водохранилищах Европы и Северной Америки в середине 20 века. Прорывные исследования, проведенные в районе экспериментальных озер (ELA) в Онтарио, Канада, в 1970-х годах, предоставили доказательства того, что пресноводные водоемы ограничены фосфором. ELA использует комплексный экосистемный подход и долгосрочные исследования пресной воды в масштабе всего озера, уделяя особое внимание эвтрофикации культур.

Трифосфат натрия , когда-то входивший во многие моющие средства, был одним из основных факторов эвтрофикации.
1. В почву вносятся излишки питательных веществ. 2. Некоторые питательные вещества проникают в почву, а затем стекают в поверхностные воды. 3. Некоторые питательные вещества стекают по земле в водоем. 4. Избыток питательных веществ вызывает цветение водорослей. 5. Цветение водорослей снижает проникновение света. 6. Растения, находящиеся под цветением водорослей, погибают, потому что они не могут получить солнечный свет для фотосинтеза. 7. В конце концов цветение водорослей умирает и опускается на дно озера. Сообщества бактерий начинают разлагать останки, используя кислород для дыхания. 8. В результате разложения вода становится обедненной кислородом. Более крупные формы жизни, такие как рыба, умирают.
Эвтрофикация в канале

Естественное эвтрофикация

Хотя эвтрофикация обычно вызывается деятельностью человека, она также может быть естественным процессом, особенно в озерах. Палеолимнологи теперь признают, что изменение климата, геология и другие внешние воздействия также имеют решающее значение для регулирования естественной продуктивности озер. Несколько озер также демонстрируют обратный процесс ( мейотрофикацию ), становясь менее богатыми питательными веществами со временем, поскольку бедные питательными веществами поступления медленно элюируют более богатую питательными веществами водную массу озера. Этот процесс можно наблюдать в искусственных озерах и водохранилищах, которые имеют тенденцию быть сильно эвтрофными при первом заполнении, но со временем могут стать более олиготрофными. Основное различие между естественным и антропогенным эвтрофикацией заключается в том, что естественный процесс протекает очень медленно и происходит в геологических временных масштабах.

Культурная эвтрофикация

Эвтрофикация культур вызвана избытком питательных веществ в воде, вызывающим чрезмерный рост водорослей, которые могут блокировать свето и воздухообмен. В конечном итоге водоросли разрушаются бактериями, вызывая бескислородные условия и «мертвые зоны».

Культурная или антропогенная эвтрофикация - это процесс, ускоряющий естественное эвтрофикацию из-за деятельности человека. Благодаря расчистке земель и строительству городов, сток с земли ускоряется, и больше питательных веществ, таких как фосфаты и нитраты , поступают в озера и реки, а затем в прибрежные эстуарии и заливы. Культурная эвтрофикация возникает, когда избыточные питательные вещества в результате деятельности человека попадают в водоемы, вызывая загрязнение питательными веществами, а также ускоряя естественный процесс эвтрофикации. Проблема стала более очевидной после внедрения химических удобрений в сельское хозяйство (зеленая революция середины 1900-х годов). Фосфор и азот - два основных питательных вещества, вызывающих эвтрофикацию культур, поскольку они обогащают воду, что позволяет некоторым водным растениям, особенно водорослям, быстро расти. Водоросли склонны к цветению в высокой плотности, и когда они отмирают, их разложение бактериями приводит к удалению кислорода, создавая аноксические условия. Эта бескислородная среда убивает аэробные организмы (например, рыбу и беспозвоночных) в водоеме. Это также влияет на наземных животных, ограничивая их доступ к зараженной воде (например, в качестве питьевых источников). Отбор видов водорослей и водных растений, которые могут процветать в условиях, богатых питательными веществами, может вызвать структурные и функциональные нарушения целых водных экосистем и их пищевых сетей, что приведет к потере среды обитания и биоразнообразия видов.

Существует несколько источников избыточного количества питательных веществ в результате деятельности человека, включая сточные воды с удобренных полей, лужаек и полей для гольфа, неочищенные сточные воды и сточные воды, а также внутреннее сгорание топлива. Культурное эвтрофикация может происходить в пресноводных и соленых водоемах, при этом мелководье является наиболее уязвимым. В прибрежных зонах и на мелководных озерах отложения часто ресуспендируются ветром и волнами, что может привести к выбросу питательных веществ в вышележащие воды, усиливая эвтрофикацию. Ухудшение качества воды, вызванное культурной эвтрофикацией, может, таким образом, негативно повлиять на использование человеком, включая питьевое снабжение для потребления, промышленное использование и отдых.

Источники антропогенного загрязнения биогенными веществами

Вид с воздуха на озеро Валенсия, испытывающее большой поток культурной эвтрофикации из-за сброса в озеро неочищенных сточных вод.
Загрязнение питательными веществами, вызванное поверхностным стоком почвы и удобрений во время ливня

Загрязнение питательными веществами, форма загрязнения воды , относится к загрязнению из-за чрезмерного поступления питательных веществ . Это основная причина эвтрофикации поверхностных вод , в которых избыток питательных веществ, обычно азота или фосфора , стимулирует рост водорослей . Источники загрязнения питательными веществами включают поверхностные стоки с сельскохозяйственных полей и пастбищ, сбросы из септиков и откормочных площадок , а также выбросы от сжигания. Неочищенные сточные воды вносят большой вклад в эвтрофикацию культур, поскольку сточные воды богаты питательными веществами. Сброс неочищенных сточных вод в большой водоем называется сбросом сточных вод и до сих пор происходит во всем мире. Избыточные химически активные соединения азота в окружающей среде связаны со многими крупномасштабными экологическими проблемами. К ним относятся эвтрофикация поверхностных вод , вредоносное цветение водорослей , гипоксия , кислотные дожди , насыщение лесов азотом и изменение климата .

После сельскохозяйственного бума в 1910-х и снова в 1940-х годах, чтобы удовлетворить рост спроса на продукты питания, сельскохозяйственное производство в значительной степени зависит от использования удобрений. Удобрение - это натуральное или химически модифицированное вещество, которое помогает почве стать более плодородной. Эти удобрения содержат большое количество фосфора и азота, что приводит к попаданию в почву избыточного количества питательных веществ. Азот , фосфор и калий являются основными питательными веществами «большой тройки» коммерческих удобрений, каждое из этих основных питательных веществ играет ключевую роль в питании растений. Когда азот и фосфор не используются полностью растущими растениями, они могут быть потеряны с полей фермы и отрицательно сказываются на качестве воздуха и воды ниже по течению. Эти питательные вещества могут в конечном итоге попасть в водные экосистемы и способствовать усилению эвтрофикации. Когда фермеры разбрасывают удобрения, будь то органические или синтетические, большая часть удобрений превратится в стоки, которые собираются ниже по течению, вызывая эвтрофикацию культур.

Подходы к смягчению последствий для сокращения выбросов загрязняющих веществ, содержащих питательные вещества, включают восстановление питательных веществ, торговлю питательными веществами и распределение источников питательных веществ.

Эффекты

Пресноводные системы

Одной из реакций на добавленное количество питательных веществ в водных экосистемах является быстрый рост микроскопических водорослей, вызывающих цветение водорослей . В пресноводных экосистемах образование плавающих цветков водорослей обычно обусловлено азотфиксирующими цианобактериями (сине-зелеными водорослями). Такой результат благоприятен, когда содержание растворимого азота становится ограниченным, а поступление фосфора остается значительным. Загрязнение питательными веществами является основной причиной цветения водорослей и чрезмерного роста других водных растений, что ведет к конкуренции за солнечный свет, пространство и кислород в условиях перенаселенности. Усиление конкуренции за добавленные питательные вещества может вызвать потенциальное нарушение целостности экосистем и пищевых сетей, а также потерю среды обитания и биоразнообразия видов.

Эвтрофикации озера Моно , который является цианобактерией -богатой Соды озера .

Когда макрофиты и водоросли умирают в чрезмерно продуктивных эвтрофных озерах, реках и ручьях, они разлагаются, а питательные вещества, содержащиеся в этом органическом веществе, превращаются микроорганизмами в неорганическую форму. Этот процесс разложения потребляет кислород, что снижает концентрацию растворенного кислорода. Низкий уровень кислорода, в свою очередь, может привести к гибели рыбы и ряду других эффектов, уменьшающих биоразнообразие. Питательные вещества могут концентрироваться в бескислородной зоне и могут снова стать доступными только во время осеннего цикла или в условиях турбулентного потока. Мертвые водоросли и органическая нагрузка, переносимая водными потоками в озеро, оседают на дно и подвергаются анаэробному перевариванию с выделением парниковых газов, таких как метан и CO 2 . Часть газообразного метана может окисляться анаэробными бактериями, окисляющими метан, такими как Methylococcus capsulatus, которые, в свою очередь, могут служить источником пищи для зоопланктона . Таким образом, может иметь место самоподдерживающийся биологический процесс для создания основного источника пищи для фитопланктона и зоопланктона в зависимости от наличия адекватного растворенного кислорода в водоеме.

Интенсивный рост водной растительности, фитопланктона и цветения водорослей нарушает нормальное функционирование экосистемы, вызывая ряд проблем, таких как нехватка кислорода, необходимого для выживания рыб и моллюсков . Эвтрофикация также снижает ценность рек, озер и эстетических удовольствий. Проблемы со здоровьем могут возникнуть там, где эвтрофные условия мешают очистке питьевой воды .

Человеческая деятельность может ускорить попадание питательных веществ в экосистемы . Сточные воды от сельского хозяйства и застройки, загрязнение из канализационных систем и канализационных сетей , распространение осадка сточных вод и другие виды деятельности, связанные с деятельностью человека, увеличивают приток неорганических питательных и органических веществ в экосистемы. Повышенные уровни атмосферных соединений азота могут увеличить доступность азота. Фосфор часто рассматривается как главный виновник эвтрофикации озер, подверженных «точечному» загрязнению из канализационных труб. Концентрация водорослей и трофическое состояние озер хорошо соответствуют уровню фосфора в воде. Исследования, проведенные в районе экспериментальных озер в Онтарио, показали взаимосвязь между добавлением фосфора и скоростью эвтрофикации. Более поздние стадии эвтрофикации приводят к цветению азотфиксирующих цианобактерий, ограниченному исключительно концентрацией фосфора.

Прибрежные воды

Эвтрофикация - обычное явление в прибрежных водах. В отличие от пресноводных систем, где фосфор часто является ограничивающим питательным веществом, азот чаще является основным ограничивающим питательным веществом морских вод ; таким образом, уровни азота имеют большее значение для понимания проблем эвтрофикации в соленой воде. Эстуарии , как граница между пресной и соленой водой, могут быть ограничены как фосфором, так и азотом и обычно проявляют симптомы эвтрофикации. Эвтрофикация в эстуариях часто приводит к гипоксии / аноксии придонной воды, что приводит к гибели рыб и деградации среды обитания. Апвеллинг в прибрежных системах также способствует повышению продуктивности за счет переноса глубоких, богатых питательными веществами воды на поверхность, где питательные вещества могут усваиваться водорослями . Примеры антропогенных источников богатого азотом загрязнения прибрежных вод включают в себя промысловое рыбоводство и сбросы аммиака при производстве кокса из угля.

Институт мировых ресурсов выявил 375 гипоксических прибрежных зон в мире, сосредоточенных в прибрежных районах Западной Европы, восточного и южного побережья США и Восточной Азии , особенно в Японии .

Помимо стоков с суши, отходов рыбоводства и промышленных выбросов аммиака, фиксированный азот в атмосфере может быть важным источником питательных веществ в открытом океане. Исследование, проведенное в 2008 году, показало, что на это может приходиться около одной трети внешнего (не рециркулируемого) запаса азота в океане и до 3% ежегодной новой морской биологической продукции. Было высказано предположение, что накопление химически активного азота в окружающей среде может оказаться столь же серьезным, как выброс углекислого газа в атмосферу.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы подвержены аналогичному неблагоприятному воздействию эвтрофикации. Повышенное содержание нитратов в почве часто нежелательно для растений. Многие виды наземных растений находятся под угрозой исчезновения в результате эвтрофикации почвы, как, например, большинство видов орхидей в Европе. Луга, леса и болота характеризуются низким содержанием питательных веществ и медленнорастущими видами, адаптированными к этим уровням, поэтому их можно зарастить более быстрорастущими и более конкурентоспособными видами. На лугах высокие травы, которые могут использовать более высокие уровни азота, могут изменить территорию, так что естественные виды могут быть потеряны. Богатые видами болота могут быть заменены видами тростника или вейника . Лес подрост влияет стекания из соседнего оплодотворенной поля может быть превращен в крапивы и ежевики чащу.

Химические формы азота чаще всего вызывают обеспокоенность в связи с эвтрофикацией, потому что растениям предъявляются высокие требования к азоту, поэтому добавление азотных соединений будет стимулировать рост растений. Азот недоступен в почве, потому что N 2 , газообразная форма азота, очень стабильна и недоступна непосредственно для высших растений. Наземные экосистемы полагаются на фиксацию азота микробами для преобразования N 2 в другие формы, такие как нитраты . Однако существует предел использования азота. Экосистемы, получающие больше азота, чем требуется растениям, называются азотонасыщенными. Таким образом, насыщенные наземные экосистемы могут вносить как неорганический, так и органический азот в процесс эвтрофикации пресноводных, прибрежных и морских вод, где азот также обычно является ограничивающим питательным веществом . То же самое и с повышенным уровнем фосфора. Однако, поскольку фосфор обычно гораздо менее растворим, чем азот, он вымывается из почвы гораздо медленнее, чем азот. Следовательно, фосфор гораздо важнее как ограничивающее питательное вещество в водных системах.

Общие экологические эффекты

Эвтрофикация проявляется в повышенной мутности в северной части Каспийского моря , полученной с орбиты.

Многие экологические последствия могут возникнуть в результате стимулирования первичного производства , но есть три особенно тревожных экологических воздействия: сокращение биоразнообразия, изменения в составе и преобладании видов и эффекты токсичности.

Снижение биоразнообразия

Когда в экосистеме увеличивается количество питательных веществ, первыми извлекают выгоду первичные производители . В водных экосистемах такие виды, как водоросли, испытывают увеличение популяции (так называемое цветение водорослей ). Цветение водорослей ограничивает доступ солнечного света для донных организмов и вызывает большие колебания количества растворенного кислорода в воде. Кислород требуется всем аэробно дышащим растениям и животным, и он пополняется при дневном свете за счет фотосинтезирующих растений и водорослей. В условиях эвтрофии растворенный кислород значительно увеличивается в течение дня, но значительно снижается после наступления темноты дышащими водорослями и микроорганизмами, которые питаются растущей массой мертвых водорослей. Когда уровень растворенного кислорода снижается до гипоксического уровня, рыба и другие морские животные задыхаются. В результате гибнут такие существа, как рыбы, креветки и особенно неподвижные обитатели дна. В крайних случаях возникают анаэробные условия, способствующие росту бактерий. Зоны, в которых это происходит, называются мертвыми зонами .

Вторжение новых видов

Эвтрофикация может вызвать конкурентное высвобождение, делая изобилие обычно ограничивающим питательным веществом . Этот процесс вызывает сдвиги в видовом составе экосистем. Например, увеличение содержания азота может позволить новым конкурентоспособным видам вторгнуться и вытеснить первоначальные обитающие виды. Было показано, что это происходит в солончаках Новой Англии . В Европе и Азии карп часто обитает в естественных эвтрофных или гиперэвтрофных районах и приспособлен к жизни в таких условиях. Эвтрофикация территорий за пределами их естественного ареала частично объясняет успех рыб в колонизации этих территорий после того, как они были завезены.

Токсичность

Цветение некоторых водорослей в результате эвтрофикации, иначе называемое «вредоносным цветением водорослей», токсично для растений и животных. Токсичные соединения могут попасть в пищевую цепочку , что приведет к гибели животных. Цветение пресноводных водорослей может представлять угрозу для домашнего скота. Когда водоросли умирают или съедаются, выделяются нейро- и гепатотоксины , которые могут убивать животных и представлять угрозу для человека. Примером того, как токсины водорослей проникают в организм человека, является отравление моллюсками . Биотоксины, образующиеся во время цветения водорослей, поглощаются моллюсками (мидиями, устрицами), что приводит к тому, что эти человеческие продукты становятся токсичными и отравляют людей. Примеры включают паралитическое , нейротоксическое и диарейное отравление моллюсками. Другие морские животные могут быть переносчиками таких токсинов, как в случае сигуатеры , где обычно хищная рыба накапливает токсин, а затем отравляет людей.

Оценка

В самых крайних случаях эвтрофикация определяется по внешнему виду и запаху.

Когда условия становятся отталкивающими и требуются решительные меры для борьбы с неприятными разрастаниями водорослей, тогда больше не нужно привлекать экспертов или научное оборудование для объяснения того, что произошло.

Однако по мере того, как водные объекты меняют свой химический и биологический статус, определение масштаба и причин проблемы является предварительным условием для определения стратегии восстановления.

Внутри эвтрофных водоемов биогенные вещества находятся в постоянном потоке, и определение концентраций N и P не может служить надежным доказательством текущего состояния эвтрофности. В ранних исследованиях Великих озер общие твердые вещества, кальций, натрий, калий, сульфаты и хлориды предоставили убедительные подтверждающие доказательства эвтрофикации, хотя сами они не были вовлечены. Эти ионы свидетельствовали об общих антропогенных поступлениях и являлись хорошим заменителем поступлений питательных веществ.

Качественные оценки воды, основанные на очевидных признаках эвтрофикации, таких как изменение видов присутствующих водорослей или их относительной численности, обычно будут слишком поздно, чтобы избежать ущерба, нанесенного эвтрофикацией биотическому разнообразию.

Регулярные количественные оценки ключевых химических и биологических индикаторов могут предоставить статистически достоверные данные для определения самого раннего начала эвтрофикации и мониторинга ее развития. Типичные используемые параметры включают хлорофилл-а, общий азот, общий и растворенный фосфор, биологическую или химическую потребность в кислороде и уровень глубины по Секки .

Масштабы проблемы

Исследования показали , что 54% озер в Азии являются эвтрофные ; в Европе - 53%; в Северной Америке - 48%; в Южной Америке - 41%; а в Африке - 28%. В Южной Африке исследование CSIR с использованием дистанционного зондирования показало, что более 60% обследованных водохранилищ были эвтрофными. Некоторые южноафриканские ученые полагают, что эта цифра может быть выше, поскольку основным источником являются дисфункциональные очистные сооружения, которые производят более 4 миллиардов литров в день неочищенных или, в лучшем случае, частично очищенных сточных вод, которые сбрасываются в реки и водохранилища.

Глобальные цели

Организации Объединенных Наций рамки для целей устойчивого развития , признает повреждающее воздействие эвтрофикации , на морских условиях и установил сроки для создания индекса прибрежной эвтрофикации и Плавающий пластикового мусора Плотность (ICEP).

Цель устойчивого развития 14 конкретно имеет цель , чтобы предотвратить и значительно уменьшить загрязнение всех видов , включая загрязнение питательных веществ (эвтрофикацию) к 2025 году.

Профилактика и обращение

Эвтрофикация представляет собой проблему не только для экосистем , но и для людей. Снижение уровня эвтрофикации должно стать ключевой задачей при рассмотрении будущей политики, и жизнеспособное решение для всех, включая фермеров, возможно. Хотя эвтрофикация действительно создает проблемы, люди должны знать, что естественный сток (который вызывает цветение водорослей в дикой природе) является обычным явлением в экосистемах и, таким образом, не должен обращать концентрации питательных веществ выше нормального уровня.

Сведение к минимуму точечного загрязнения сточными водами

Меры по удалению фосфора в Финляндии начались в середине 1970-х годов и были нацелены на реки и озера, загрязненные промышленными и муниципальными стоками. Эти усилия дали эффективность удаления 90%. Тем не менее, некоторые целевые точечные источники не показали снижения стока, несмотря на усилия по сокращению.

Есть несколько различных способов исправить культурную эвтрофикацию, когда неочищенные сточные воды являются точечным источником загрязнения. Например, очистные сооружения можно модернизировать для биологического удаления питательных веществ, чтобы они сбрасывали гораздо меньше азота и фосфора в принимающий водоем. Однако даже при хорошей вторичной очистке большинство конечных стоков от очистных сооружений содержат значительные концентрации азота в виде нитратов, нитритов или аммиака. Удаление этих питательных веществ - дорогостоящий и часто сложный процесс.

Законы, регулирующие сброс и очистку сточных вод, привели к резкому сокращению количества питательных веществ в окружающих экосистемах. Поскольку основной причиной неточечной нагрузки биогенных веществ на водные объекты являются неочищенные бытовые сточные воды, необходимо обеспечить очистные сооружения в сильно урбанизированных районах, особенно в развивающихся странах , в которых очистка бытовых сточных вод является недостаточной. Технология безопасного и эффективного повторного использования сточных вод , как из бытовых, так и из промышленных источников, должна стать первоочередной задачей политики в отношении эвтрофикации.

Сведение к минимуму загрязнения питательными веществами в сельском хозяйстве

Есть много способов помочь исправить культурную эвтрофикацию, вызванную сельским хозяйством. Безопасные методы ведения сельского хозяйства - это способ номер один решить проблему. Некоторые меры предосторожности:

  1. Методы управления питательными веществами - любой, кто использует удобрения, должен вносить удобрения в правильном количестве, в нужное время года, с правильным методом и правильным размещением.
  2. Год - Круглый почвопокровная культура - покровная культура предотвращает периоды голой земли, тем самым устраняя эрозию и сток питательных веществ даже после окончания вегетационного периода.
  3. Посадка полевых буферов - сажая деревья, кустарники и травы по краям полей, чтобы помочь поймать сток и поглотить некоторые питательные вещества, прежде чем вода достигнет ближайшего водоема.
  4. Сохраняющая обработка почвы - уменьшение частоты и интенсивности обработки земли увеличит вероятность поглощения питательных веществ почвой.

Минимизация неточечного загрязнения

Неточечное загрязнение - самый сложный источник питательных веществ. Однако в литературе предполагается, что, когда эти источники находятся под контролем, эвтрофикация снижается. Следующие шаги рекомендуются для минимизации количества загрязнения, которое может попасть в водные экосистемы из неоднозначных источников.

Прибрежные буферные зоны

Исследования показывают, что улавливание неточечных загрязнений между источником и водой является эффективным средством предотвращения. Прибрежные буферные зоны представляют собой границы раздела между проточным водным пространством и сушей и были созданы около водных путей в попытке отфильтровать загрязняющие вещества; отложения и питательные вещества откладываются здесь, а не в воде. Создание буферных зон возле ферм и дорог - еще один возможный способ предотвратить слишком большой перенос питательных веществ. Тем не менее, исследования показали, что последствия загрязнения атмосферы азотом могут распространяться далеко за пределы буферной зоны. Это говорит о том, что наиболее эффективные средства профилактики исходят из первоисточника.

Политика предотвращения

Необходимо ввести политику, регулирующую использование удобрений и отходов животноводства в сельском хозяйстве . В Японии количество азота, производимого животноводством, достаточно для удовлетворения потребностей сельского хозяйства в удобрениях. Таким образом, вполне разумно приказать животноводам собирать с поля отходы животноводства, которые, если их оставить в застойном состоянии, вымываются в грунтовые воды.

Политику предотвращения и сокращения эвтрофикации можно разделить на четыре сектора: технологии, участие общественности, экономические инструменты и сотрудничество. Термин «технология» используется в широком смысле, имея в виду более широкое использование существующих методов, а не присвоение новых технологий. Как упоминалось ранее, неточечные источники загрязнения являются основными причинами эвтрофикации, и их последствия можно легко минимизировать с помощью общепринятой сельскохозяйственной практики. Уменьшение количества загрязняющих веществ, попадающих в водораздел, может быть достигнуто за счет защиты его лесного покрова, уменьшая количество эрозии, проникающей в водораздел. Кроме того, за счет эффективного контролируемого использования земель с использованием устойчивых методов ведения сельского хозяйства для сведения к минимуму деградации земель можно уменьшить количество почвенного стока и азотных удобрений, попадающих в водораздел. Технология удаления отходов является еще одним фактором предотвращения эвтрофикации.

Роль общественности - главный фактор эффективного предотвращения эвтрофикации. Для того, чтобы политика имела какой-либо эффект, общественность должна осознавать свой вклад в проблему и способы уменьшения ее воздействия. Программы, созданные для содействия участию в переработке и удалении отходов, а также обучение по вопросам рационального использования воды необходимы для защиты качества воды в городских районах и прилегающих водных объектах.

Экономические инструменты, «которые включают, среди прочего, права собственности, рынки воды, фискальные и финансовые инструменты, системы сборов и системы ответственности, постепенно становятся существенным компонентом набора инструментов управления, используемых для принятия решений по борьбе с загрязнением и распределению водных ресурсов». Стимулы для тех, кто практикует чистые, возобновляемые технологии управления водными ресурсами, являются эффективным средством поощрения предотвращения загрязнения. Интернализируя затраты, связанные с негативным воздействием на окружающую среду, правительства могут поощрять более чистое управление водными ресурсами.

Поскольку водоем может оказывать воздействие на людей, выходящих далеко за пределы водораздела, необходимо сотрудничество между различными организациями для предотвращения проникновения загрязняющих веществ, которые могут привести к эвтрофикации. За предотвращение эвтрофикации водных объектов несут ответственность самые разные агентства, от правительств штатов до органов управления водными ресурсами и неправительственных организаций, вплоть до местного населения. В Соединенных Штатах наиболее известной межгосударственной инициативой по предотвращению эвтрофикации является Чесапикский залив .

Азотные испытания и моделирование

Тестирование почвенного азота (N-тестирование) - это метод, который помогает фермерам оптимизировать количество удобрений, вносимых в посевы. Проведя испытания полей с помощью этого метода, фермеры увидели снижение затрат на внесение удобрений, уменьшение потерь азота в окружающие источники или и то, и другое. Путем тестирования почвы и моделирования необходимого минимального количества удобрений фермеры получают экономические выгоды при одновременном сокращении загрязнения.

Органическое земледелие

Было проведено исследование, которое показало, что поля, удобренные органическими удобрениями, «значительно снижают вредное вымывание нитратов» по ​​сравнению с полями, удобренными обычным способом. Однако более недавнее исследование показало, что воздействие эвтрофикации в некоторых случаях выше от органического производства, чем от традиционного.

Моллюски в устьях рек

Одним из предлагаемых решений для остановки и обращения вспять эвтрофикации в устьях рек является восстановление популяций моллюсков, таких как устрицы и мидии . Устричные рифы удаляют азот из водной толщи и отфильтровывают взвешенные твердые частицы, что снижает вероятность или степень вредоносного цветения водорослей или бескислородных условий. Считается, что фильтрующая активность влияет на качество воды за счет контроля плотности фитопланктона и связывания питательных веществ, которые могут быть удалены из системы во время добычи моллюсков, захоронены в отложениях или потеряны в результате денитрификации . Фундаментальная работа над идеей улучшения качества морской воды за счет выращивания моллюсков была проведена Оддом Линдалом и др. С использованием мидий в Швеции. В Соединенных Штатах проекты восстановления моллюсков осуществляются на восточном, западном побережье и побережьях Персидского залива. См. « Загрязнение питательными веществами» для более подробного объяснения восстановления питательных веществ с помощью моллюсков.

Выращивание морских водорослей

Аквакультура морских водорослей дает возможность смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним. Морские водоросли, такие как водоросли, также поглощают фосфор и азот и, таким образом, полезны для удаления избыточных питательных веществ из загрязненных частей моря. Некоторые культивируемые водоросли обладают очень высокой продуктивностью и могут поглощать большие количества N, P, CO2, производя большое количество O2, что оказывает прекрасное влияние на снижение эвтрофикации. Считается, что крупномасштабное выращивание морских водорослей должно стать хорошим решением проблемы эвтрофикации в прибрежных водах.

Геоинженерия в озерах

Применение сорбента фосфора в озере - Нидерланды

Геоинженерия - это манипулирование биогеохимическими процессами, обычно циклом фосфора , для достижения желаемой экологической реакции в экосистеме . В геоинженерных технологиях обычно используются материалы, способные химически инактивировать фосфор, доступный для организмов (например, фосфат) в водной толще, а также блокировать высвобождение фосфата из отложений (внутренняя нагрузка). Фосфат является одним из основных факторов, способствующих росту водорослей, в основном цианобактерий, поэтому после снижения уровня фосфата водоросли не могут разрастаться. Таким образом, геоинженерные материалы используются для ускорения восстановления эвтрофных водоемов и управления цветением водорослей. В литературе описано несколько сорбентов фосфатов из солей металлов (например, квасцов , сульфата алюминия ), минералов, природных глин и местных почв, промышленных отходов, модифицированных глин (например, бентонита, модифицированного лантаном ) и других. Сорбент фосфата обычно наносится на поверхность водоема, и он опускается на дно озера, снижая уровень фосфатов, такие сорбенты применялись во всем мире для борьбы с эвтрофикацией и цветением водорослей.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки