Эвтрофные водоёмы

Эвтрофные водоёмы — это водные экосистемы (озёра, пруды, водохранилища, медленно текущие реки), характеризующиеся высоким уровнем биологической продуктивности, обусловленным повышенным содержанием биогенных элементов (прежде всего, фосфора и азота). В таких водоёмах активно развивается фитопланктон, высшая водная растительность и бактериопланктон, что приводит к интенсивному цветению воды, заилению дна и, в конечном итоге, к дефициту кислорода в придонных слоях.

Классификация и трофический статус

Трофический статус водоёма — это мера его биологической продуктивности, определяемая концентрацией биогенов, прозрачностью воды и биомассой планктона. Эвтрофные водоёмы занимают промежуточное положение между мезотрофными (умеренная продуктивность) и гипертрофными (чрезвычайно высокая продуктивность, часто антропогенная). Существует несколько классификаций, но наиболее распространённой является шкала OECD (Организация экономического сотрудничества и развития), основанная на трёх параметрах:

Концентрация общего фосфора (TP): > 35–100 мкг/л.
Концентрация хлорофилла «а» (Chl-a): > 8–25 мкг/л.
Прозрачность по диску Секки: < 1–2 м.

Природные эвтрофные водоёмы (например, старицы рек, мелководные озёра в поймах) существуют в естественном цикле развития экосистемы. Однако в XX–XXI веках резко возросла доля антропогенно-эвтрофированных водоёмов, где ускоренный приток биогенов вызван деятельностью человека.

Причины эвтрофикации

Эвтрофикация — это процесс обогащения водоёма биогенными элементами. Основные причины:

Естественная эвтрофикация

Поступление органики и минералов с водосбора: вынос из почв, разложение отмерших растений, поступление из подстилающих пород.
Заиливание и заболачивание: естественное старение водоёма, при котором накапливается сапропель, а глубина уменьшается.
Деятельность водоплавающих птиц и рыб: экскременты, богатые азотом и фосфором.

Антропогенная эвтрофикация

Сельское хозяйство: смыв с полей минеральных удобрений (нитратов, фосфатов) и органики (навоза). Особенно опасны стоки с животноводческих комплексов.
Коммунальные стоки: неочищенные или недостаточно очищенные бытовые сточные воды, содержащие детергенты (фосфаты в стиральных порошках) и продукты жизнедеятельности человека.
Промышленные сбросы: стоки пищевых, целлюлозно-бумажных и химических производств.
Атмосферные выпадения: осаждение оксидов азота (NOx) и аммиака (NH3) из выхлопных газов и промышленных выбросов.
Строительство и рекреация: эрозия почв на стройплощадках, смыв с дорог, сброс с яхт и лодок.

Характерные признаки

Эвтрофный водоём имеет ряд отличительных черт, которые заметны как визуально, так и при химическом анализе:

Цветение воды: массовое развитие цианобактерий (сине-зелёных водорослей), которые образуют плёнки, хлопья или «кашицу» на поверхности. Вода приобретает зелёный, сине-зелёный или бурый оттенок.
Низкая прозрачность: диск Секки исчезает из виду на глубине менее 1–2 метров. Вода мутная, часто с запахом тины или гнили.
Высокая первичная продукция: интенсивный фотосинтез в верхних слоях, особенно в тёплое время года.
Дефицит кислорода (гипоксия/аноксия): в придонных слоях, особенно ночью и в конце лета, кислород практически отсутствует. Это приводит к «заморам» рыбы и других гидробионтов.
Накопление органического ила (сапропеля): дно покрыто толстым слоем тёмного, часто пахнущего сероводородом ила.
Изменение видового состава: доминируют виды, устойчивые к низкому содержанию кислорода (карась, ротан, линь, некоторые виды зоопланктона). Исчезают лососёвые, сиговые, форель. Среди макрофитов преобладают роголистник, элодея, ряска, а не харовые водоросли.

Экологические последствия

Эвтрофикация, особенно антропогенная, приводит к серьёзным нарушениям в экосистеме:

Токсичность: некоторые цианобактерии (например, Microcystis aeruginosa) выделяют токсины (микроцистины), опасные для животных и человека при попадании в организм (через воду или при контакте с кожей).
Снижение биоразнообразия: вытеснение редких видов растений и животных, упрощение пищевых цепей.
Ухудшение качества воды: появление неприятного запаха и вкуса, повышение цветности, рост концентрации органических веществ (ХПК, БПК).
Экономический ущерб: снижение рекреационной ценности водоёмов, затраты на очистку воды для питьевых нужд, гибель рыбы в товарных хозяйствах.

Методы борьбы и управления

Борьба с эвтрофикацией — сложная и дорогостоящая задача. Основные подходы делятся на превентивные (снижение поступления биогенов) и восстановительные (удаление уже накопленных веществ).

Превентивные меры

Снижение сброса фосфора: запрет или ограничение использования фосфатных стиральных порошков (введено в ряде стран Европы, России — частично).
Строительство эффективных очистных сооружений: внедрение технологий глубокого удаления азота и фосфора (биологическая очистка, реагентное осаждение).
Водоохранные зоны: создание буферных полос из растительности вдоль берегов для фильтрации стоков с полей.
Нормирование внесения удобрений: точное земледелие, использование медленнорастворимых форм.

Восстановительные меры

Механическое удаление ила (дноуглубление): удаление слоя сапропеля, содержащего накопленный фосфор.
Аэрация: насыщение придонных слоёв кислородом с помощью компрессоров или аэраторов для предотвращения заморных явлений и ускорения разложения органики.
Химическая обработка: внесение коагулянтов (например, солей алюминия — Al2(SO4)3) для связывания фосфора в донных отложениях в нерастворимую форму.
Биоманипуляция: изменение структуры пищевой цепи (например, вселение хищных рыб для контроля численности планктоноядных, которые поедают зоопланктон, очищающий воду от водорослей). Этот метод даёт временный эффект.
Удаление высшей водной растительности: выкашивание зарослей роголистника, элодеи, ряски.

Примеры эвтрофных водоёмов

Озеро Эри (Северная Америка): классический пример антропогенной эвтрофикации в 1960–1970-х годах из-за сброса фосфатных стоков. После принятия мер (запрет фосфатов в США и Канаде, модернизация очистных) состояние озера улучшилось, но проблема цветения сохраняется.
Озеро Байкал (Россия): в прибрежной зоне, особенно в районе посёлков и туристических баз, наблюдается локальная эвтрофикация, вызванная неочищенными стоками и смывом с водосбора. Массовое развитие нитчатых водорослей (спирогиры) — один из симптомов.
Цимлянское водохранилище (Россия): испытывает сильную антропогенную нагрузку из-за сбросов с сельхозугодий и промышленных предприятий Ростовской и Волгоградской областей. Характеризуется частым цветением воды и заморами рыбы.
Многие пруды и малые озёра в черте городов: например, пруды в парках Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, где из-за рекреационной нагрузки и сбросов ливневых стоков вода цветёт каждое лето.

Источники

Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х. Р. Умирающие озёра. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990.
Остроумов С. А. Эвтрофикация и её роль в экологии водных экосистем. // Экологическая химия, 2002.
OECD (1982). Eutrophication of Waters: Monitoring, Assessment and Control. Paris: OECD.
Smith, V. H., & Schindler, D. W. (2009). Eutrophication science: where do we go from here? Trends in Ecology & Evolution, 24(4), 201–207.
ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →