Особое внимание заслуживают токсические метаболиты, в частности синезеленых водорослей. Альготоксины проявляют значительную биологическую активность по отношению к различным гидробионтам и теплокровным животным. Токсин синезеленых действует на центральную нервную систему животных. Уменьшение количества эритроцитов, угнетение тканевого дыхания вызывает гипоксию смешанного типа. Все это свидетельствует о недопустимости использования в питьевых целях воды из мест скопления водорослей и водоемов.

Установлена связь между возникновением детской метгемоглобинемии и содержанием нитратов в воде, в результате чего более чем в 2 раза повысилась смертность маленьких девочек, родившихся в те месяцы, когда уровень нитратов был высоким. Часто подземные воды не пригодны для питья. Возникновение менингоэнцефалита у подростков связывают после продолжительного купания в пруду или в реке в теплый летний день. Предполагается связь между заболеванием асептическим менингитом, энцефалитом и купанием в водоемах, что связано с усилением вирусного загрязнения воды.

Контакт с водорослями, употребление воды из водоемов, подверженных цветению или рыбы, питающейся токсическими водорослями, вызывает “гаффскую болезнь”, коньюктивиты и аллергии. Часто в последние годы вспышки холеры приурочивают к периоду " цветения" [5].

Самоочищение водоемов

В соответствии с ГОСТ – 17.1.1.01-77 самоочищением называют совокупность всех природных процессов в загрязненных водах, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды [1].

Процесс освобождения водоемов от различного рода загрязнений естественным путем называется самоочищением. Этот процесс представляет большой интерес с санитарной точки зрения. Самоочищение является суммой процессов, которые приводят загрязненную воду по содержанию органических веществ и наличию микроорганизмов к исходному состоянию. Самоочищение открытых водоемов протекает под влиянием разнообразных факторов:

• Гидравлический – разбавление и смешение загрязнений с основной массой воды;
• Механический – осаждение на дно взвешенных частиц и микроорганизмов;
• Физический – влияние солнечной радиации, температуры;
• Химический – превращение одних веществ в другие, главным образом, минерализация; угнетение или стимуляция определенных групп микроорганизмов, гидробионтов различными химическими веществами;
• Биологический – сложные процессы взаимодействия автохтонных водных микро- и макроорганизмов с аллохтонными организмами. Самоочищение воды от привнесенных бактерий (в том числе и патогенных) происходит за счет их гибели в результате антагонистического воздействия водных организмов (конкуренция, борьба за питательные вещества и т.д.).

Наиболее активно процессы самоочищения протекают в реках при наличии течения, и, чем течение сильнее, да еще при значительной ширине и глубине реки, тем успешнее река справляется с загрязнением. С зарегулированием стока реки плотиной меняется ее режим, который становится близким к режиму озер, и вся жизнь водоема. Основные черты изменения режима в водоемах озерного типа сводятся к замедлению скоростей течения и регулированию уровня. Водохранилища представляют собой отстойную накопительную систему, аккумулирующую вещества и энергию. Изменение режима водоема при зарегулировании сказывается на характере протекающих в нем биологических процессов (зарастании, цветении, накоплении биомассы водных организмов) и в связи с этим - на качестве воды.

Существуют три основных постулата при анализе механизма самоочищения воды (А.П. Пасичный, 1994 г.):

1. Самоочищение происходит в любой водной среде – даже в наиболее загрязненных водоемах, обычно именуемых «сточными канавами»;

2. Самоочистительная способность связана с продукционно-деструкционными процессами, которые обеспечивают общий круговорот веществ в водоеме в пределах его трофической сети.

3. Угнетение продукционного процесса и понижение самоочистительной способности водной среды происходит вследствие токсичности компонентов загрязнений (тяжелых металлов, пестицидов, поверхностно-активных веществ, биогенных элементов) при высокой концентрации или их несбалансированности.

Самоочищение – сложное многоплановое явление, в котором можно выделить несколько процессов, большей частью протекающих практически одновременно:

1. Распределение веществ – процесс включает растворение, осаждение, эмульгирование, всплытие и концентрирование веществ в поверхностной пленке и пене.

2. Использование веществ организмами – этот процесс характерен не только для соединений, поступающих в водоем с бытовыми сточными водами, но и для промышленных сточных вод.

3. Абиогенное окисление – процесс включает распад веществ в фотохимических реакциях и экзотермических химических реакциях, идущих с низкой энергии активации.

4. Превращение веществ – стадия образования новых соединений их промежуточных продуктов распада. В реакциях синтеза, конденсации и полимеризации участвуют ферменты и активные химические частицы.

Оценку самоочищения дают по окислению органического вещества в биохимических процессах – БПК. В водоемах при антропогенных загрязнениях всегда имеются и трудно окисляемые вещества. Наряду с БПК определяется и ХПК (химическое потребление кислорода) – определение органического углерода и бихроматной окисляемости.

Вода является универсальным растворителем, поэтому загрязнения, сбрасываемые в любой тип ландшафта, оказываются в конечном итоге в воде.

Основная роль в самоочищении водоемов принадлежит биологическому фактору. Он представляет собой основное звено процесса самоочищения вод и рассматривается как одно из проявлений биотического круговорота веществ в водоеме. По Г.Г. Винбергу, биологическим механизмом самоочищения называют утилизацию и трансформацию веществ и энергии, запасенной водными организмами всех трофических уровней.

Последовательность процессов:

1. Использование органических веществ сточных вод гетеротрофными бактериями;

2. Рост и размножение зоопланктона и зообентоса за счет бактерий, взвешенного и растворенного органического вещества;

3. Развитие водорослей и стимулирование процесса фотосинтетической аэрации;

4. Развитие высшей растительности.

Как видим механизм самоочищения водоема, начинается именно с микроорганизмов. Они создают условия для появления и размножения зоопланктона и водорослей, которые участвуют в заключительных стадиях самоочищения. В биологическом самоочищении водоемов отмечается две фазы: аэробная и анаэробная.

Аэробная – участвуют почти все группы гидробионтов. Органическое вещество дна минерализуется разными группами организмов и с разной скоростью, в зависимости от содержания кислорода. В реке при незначительном развитии планктона процессы самоочищения более интенсивно протекают на дне. Доля атмосферной аэрации воды в реках более значительна, чем фотосинтетическая, за счет фитопланктона, фитобентоса и макрофитов.

Анаэробная – участвуют бактерии в бескислородных условиях с выделением CH₃,H₂S и продуктов неполного распада органических веществ (фенолы, меркаптаны и т.д.). Еще одно преимущество микроорганизмов (в частности бактерий) в том, что они могут выполнять свою роль в восстановлении водоема в бескислородных условиях, тогда как другие организмы просто отсутствуют.

Биологическое самоочищение можно рассматривать по двум направлениям:

- при загрязнении водоема минеральными формами биогенов, азота и фосфора;

-  органическими веществами, например углеводородами или отходами животноводства.

В первом случае процесс самоочищения начинается с усиленного развития водорослей (цветение водоема). По мере расходования биогенов и отмирания водорослей интенсивной первичное продуцирование сменяется не менее интенсивным деструкционными процессами, ведущую роль в которых играют бактерии в толще воды и на дне водоема. Бактерии подготавливают условия для развития зоопланктона, сами, являясь кормом для зоопланктеров вместе с водорослевым детритом. Вспышка численности и биомассы зоопланктона сменяется его отмиранием и деструкцией в толще воды и на дне. Высвобождающиеся биогены и прежде всего фосфор переходят в толщу воды, и при достаточном или повышенном содержании азота может иметь место новая, но затухающая волна цветения сине-зелеными или увеличение численности другой альгофлоры. В конце концов, при отсутствии нового возмущающего загрязнения, нарушенный продукционно-деструкционный баланс восстановится, и экосистема водоема примет свои исходные характеристики.

Во втором случае процесс самоочищения инициируется бактериями поверхности, толщи воды и дна водоема. Бактерии, разрушая и выедая органическое вещество, создают условия высокой обеспеченности кормом зоопланктона, нейстона и бентоса.

Вспышка численности групп зоопланктона (простейшие, коловратки и рачковый планктон – фильтраторы, а за ними и хищники) и последующее его отмирание может вызвать увеличение первичного продуцирования за счет усиления фона биогенов. При разовом, относительно кратковременном и не сильном загрязнении мы можем наблюдать усиление трофо-ценотической структуры водной экосистемы (повышение трофности).

При сильном загрязнении, например, нефтепродуктами, вслед за вспышкой фитопланктона вплоть до цветения, процесс самоочищения может продолжаться с затуханием через подъем биомассы зоопланктона. Дальнейшая картина может в общем, виде повторять процесс по первому варианту, но, вероятно, более пестрый и длительный. И в первом и во втором случае загрязнение может быть токсичным, и экосистема претерпит структурный и функциональный ущерб, процесс самоочищения будет замедлен, но при кратковременном, даже токсичном воздействии экосистема восстановится при наличии биофонда (приток организмов из бассейновой системы водоемов). При длительном загрязняющем воздействии, а тем более его усилении, экосистема водоема будет деградировать по пути увеличения трофности и сапробности, например, от олигосапробной до полисапробной. Что и наблюдается в водоемах, куда сбрасываются сточные воды промышленных и сельскохозяйственных предприятий. При этом микроорганизмы могут развиваться и даже увеличивать свою численность и биомассу при очень высоких концентрациях органических веществ в воде, особенно в условиях достаточного поступления биогенных элементов.

Изучив механизм самоочищения водоема, можно ответить на главный вопрос – какова же роль микроорганизмов в самовосстановлении водоема. Как мы видим, ключевую роль в нем играет биологический фактор, самоочищение в результате жизнедеятельности гидробионтов. В процессе самовосстановления водоема принимают участие и водоросли, и зоопланктон, и зообентос – они фильтруют, стимулируют процесс фотосинтетической аэрации, т.е. восстанавливают кислородный баланс. Но условия для жизнедеятельности этих организмов создают именно бактерии, простейшие, микроскопические водоросли.

Особенно ценны микроорганизмы, в частности бактерии тем, что они способны изменяться, для того чтобы трансформировать новые ранее не известные органические соединения, которые сегодня синтезируются и в результате потребления человеком попадают в водоемы, заражая не только гидросферу, но и живые организмы, в том числе и человека [5].

Заключение

В реферате рассмотрены понятие антропогенного эвтрофирования и его основные характеристики. Поставленные задачи в ходе работы были решены полностью. Подводя итог, можно сказать, что нарушение или искажение механизмов самоочищения водоемов приводит к эвтрофикации (заболачиванию) и деградированию водоема - постепенной смене типов водной экосистемы, когда каждый последующий тип экосистемы представляет собой более примитивную модель по сравнению с предыдущим. Для спасения и восстановления водоема необходима интенсивная очистка воды и донных отложений от гниющей органики и биогенных элементов, восстановление кислородного режима и механизмов биологического самоочищения водоема. Борьба с загрязнением водоема, эвтрофикацией, массовым ростом сине-зеленых водорослей, тины, ряски не должна рассматриваться отдельно от очистки водоема от органического и биогенного загрязнения, восстановления биологического баланса и самоочищения.

Библиографический список

1. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. - М: Гос. ком. СССР по стандартам, 1977.

2. Гапоненко А.В. Общая экология Лекции для студентов I курса. — М.: РГСУ, факультет охраны труда и окружающей среды, 2006. — 188 с.

 3. Науменко М.А. Эвтрофирование озёр и водохранилищ. Учебное пособие — СПб.: изд. РГГМУ, 2007. — 100 с.

4. Хаустов А.П., Редина М.М. Нормирование антропогенных воздействий и оценки природоемкости территорий: Учеб. пособие. М.: РУДН, 2008. – 282 с.

5. Хрисанов Н.И., Осипов Г.К., Управление эвтрофированием водоемов. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. — 276 с.

6. Чернова Н. М., Былова А. М. Общая экология. Учебник для биологических факультетов педвузов. — М.: Дрофа, 2004. — 412 с.