Самоочищение водоемов, роль фотосинтезирующих организмов.

Основной источник загрязнения водоемов — спуск в них хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Хозяйственно-бытовые сточные воды характеризуются большим содержанием азотистых органических веществ, промышленные имеют самый разнообразный состав. При поступлении сточных вод в водоемы в последнее происходят как изменения физических свойств и химического состава, так и состава и количества водных организмов, изменяется вся биологическая структура.

Особой формой загрязнения является евтрофирование водоемов, т. е. обогащение их биогенными элементами. Способность фотосинтезирующих организмов к накоплению и использованию этих веществ (прежде всего фосфора и азота); делает их активными участниками процесса самоочищения природных вод.

Под самоочищением водоемов понимается весь комплекс взаимодействия физических, химических, и биологических; процессов, в результате деятельности которых качество воды приходит к первоначальному состоянию. К физическим факторам самоочищения относятся такие процессы, как седименттация взвешенных нерастворимых веществ, скорость течения» ветровое перемешивание, плотность воды, температура и т. д.. Химические процессы самоочищения — это распад и окисление органических веществ в воде на аммиак, углекислоту, метан, нитраты, сульфаты, фосфаты. Биологические факторы самоочищения тесно связаны с физико-химическими условиями водоема.

При оценке общего загрязнения водоемов необходимо различать автохтонное — собственное, и аллохтониое — вносимое загрязнение. Автохтонное загрязнение происходит в результате отмирания растений и животных и поступления в воду их метаболитов, аллохтоное загрязнение — при поступлении в водоемы сточных вод. Самоочищение происходит в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробно протекают процессы разложения органических субстратов при брожении и гниении. Ряд простейших организмов и бактерии в процессе распада органического материала накапливают промежуточные продукты. При наличии кислорода они могут окисляться дальше. Сероводород, аммиак, метан, низкомолекулярные жирные кислоты и др. — важнейшие промежуточные вещества, образующиеся и накапливающиеся в результате деятельности микроорганизмов в условиях анаэробного самоочищения. В аэробных условиях организмы разрушают органический субстрат в присутствии кислорода. При этом не происходит накопления промежуточных продуктов. В анаэробном самоочищении вод участвуют преимущественно бактерии и грибы, а в аэробном — практически все население водоема.

Большое влияние на процессы самоочищения оказывают фотосинтезирующие организмы. Важность изучения роли фотосинтезирующих организмов в процессе самоочищения отмечалась еще в 1914 г. С. Н. Строгановым. Он подчеркивал, что при самоочищении биологических прудов фитопланктон поддерживает достаточное количество кислорода, поглощает нестойкие органические вещества и подавляет развитие бактерий. Положительные результаты в очистке сточных вод в рыбоводных прудах были получены инженером В. А. Дроздовым (1914) и В. А. Мейеном (1932). В США и других зарубежных странах вошел в практику метод очистки сточной жидкости в био-прудах с небольшой глубиной и значительным периодом обмена (30 сут), где организмам фитопланктона принадлежит главенствующая роль. Долгое время био-пруды не получали широкого развития, поскольку основное внимание обращалось на строительство крупных очистных сооружений. В середине пятидесятых годов были развернуты исследования по изучению роли фотосинтезирующих организмов в процессе самоочищения сточной жидкости.

В целях ускорения процессов минерализации и дезинфекции сточных вод было предложено использовать в биопрудах альгологический полиинокулят, что позволило расширить географический диапазон применения биологических прудов.

С помощью биологических методой можно управлять процессами очистки воды (особенно п контактных био-прудах), преодолеть барьер сезонности, создать сооружения «малой канализации» даже в полярных районах. Необходимое условие эксплуатации био-прудов своевременное удаление из них минеральных и органических веществ для предотвращения вторичного загрязнения и евтрофикации природных вод, утилизация в народном хозяйстве фитопланктона, высших водных растений и своевременный вылов рыбы.

Большой интерес представляют работы, проведенные кафедрой гидробиологии МГУ, касающиеся изучения новых путей борьбы с загрязнениями водоемов. Изучение развития биоценозов на различных субстратах показало возможность использования их в качестве метода очищения вод от органических загрязнений и продуктов распада в условиях протока — модель био-поглотителя.

Большую роль в процессах самоочищения загрязненных вод играют высшие водные растения, которые в значительном количестве развиваются на литорали озер и водохранилищ, мелководных речных плесах и прудах (в том числе и биологических, служащих для очистки сточных вод). По данным Кабанова (1958, 1961), заросли высших водных растений могут служить барьером при поступлении в водоем рассеянных загрязнений, а также угнетающе влиять на сапрофитную микрофлору. Так, например, элодея обладает ясно, выраженными антагонистическими свойствами по отношению к сапрофитным бактериям; ее развитие может также усиливать скорость отмирания дизентерийной палочки в воде.

Водные растения часто играют значительно большую роль, чем фитопланктон, в процессах фотосинтетической деаэрации.

На чистом и загрязненном участках р. Москвы (район Звенигородской биостанции МГУ и Южный порт г. Москвы) нами были проведены исследования по выяснению роли растений в фильтрации речных вод. Часто взвешенные вещества создают значительную мутность воды, что резко ухудшает ее санитарные качества и затрудняет очистку на водопроводных сооружениях. В незагрязняемых водоемах взвеси образуются за счет жизнедеятельности и отмирания гидробионтов, попадают в водоемы с поверхностным стоком, особенно в паводки.

В загрязняемых водоемах взвешенные вещества попадают с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Характеристика взвешенных веществ, оседающих на поверхности растений, приводится в таблице.

Как видно из приведенных выше данных, количество взвешенных веществ, оседающих на водных растениях неодинаково. Это, очевидно, связано с их формой и величиной поверхности. Высшая водная растительность является барьером для взвешенных минеральных и органических веществ. При фильтрации воды через заросли погруженных растений ее прозрачность увеличивается. Влияние высших водных растений на гидрохимический режим р. Москвы наиболее четко прослеживается на загрязненном участке (таблица).

Таблица: Состав и количество взвешенных веществ на растениях рек Москвы.

* — р. Москва у Звенигородской биостанции МГУ.
** — р. Москва у Южного порта.
К*** — отношение сухого веса взвешенных веществ к сухому весу растений.

Таблица: Химический состав воды рек Москвы на середине реки и по мере прохождения через заросли погруженных растений.

Примечание. 1, 2, 3, 4 — номера станций.

В зарослях погруженных водных растений значительно увеличивается содержание растворенного кислорода, резко снижается количество солевого аммиака и нарастает азот нитритов. Усиление нитрификации на участках, сильно заросших водной растительностью, отмечалось и в некоторых сибирских озерах, что связано в основном с активной деятельностью автотрофных нитрификаторов. Снижение количества свободной углекислоты в зарослях объясняется ее потреблением как источника углеродного питания. В зарослях растений значительно снижается БПК5 (биохимическое потребление кислорода за 5 сутки).

В зарослях высшей одной растительности и зообентоса развивается фотофильная фауна, которая также участвует в самоочищении воды и донных отложений от органических веществ, продуктов их распада и бактерий.

Следующий этап в исследовании роли высших водных растений в процессах самоочищения загрязненных вод заключается в углубленном изучении физиолого-биохимических особенностей растений, взаимосвязи их с физико-химическими процессами в водоемах. Именно такой комплексный подход позволит подойти к направленному регулированию самоочищения водоемов, разработке мер по улучшению качества воды.

Помимо хозяйственно-бытовых сточных вод в водоемы поступает значительное количество промышленных загрязнений. Это прежде всего нефть и нефтепродукты, пестициды, соли тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), радиоактивные отходы и др. Рассмотрим некоторые аспекты проблемы промышленного загрязнения вод и роли высших растений в их самоочищении.

• Адаптация - эволюционно выработанные, наследственно закрепленные особенности живых организмов
• Биохимическое самоочищение воды
• В морских водоемах довольно существенную роль в жизни рыб играют иглокожие
• Ведущую роль в определении осмолярности крови как у пресноводных, так и у морских рыб играет Na
• Живое и мертвое. Еще раз об определении «живого». Живая часть в организме. Минимальный размер организмов
• Использование генетически модифицированных организмов в сельском хозяйстве
• Контроль за качеством питьевой воды
• Контроль уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах. Система контроля
• Контрольная сортировка обеззараженных ТБО. Извлечение черных металлов
• Межвидовые связи рыб и других организмов
• Миграции — перемещения организмов
• Минимальный размер организмов. Каковы же наименьшие размеры организмов
• Млекопитающие играют в жизни рыб немаловажную роль
• Насекомые играют значительно большую роль в жизни рыб в пресных водах, чем в морских
• Неблагоприятные эффекты генно-инженерных организмов на здоровье человека, методы их оценки