Из-за значительного объема загрязненных стоков качество воды в регионах не отвечает нормативным требованиям. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты по России в целом, составляет более 60 км3, в том числе 22,4 км3 неочищенных и сильно загрязненных. Качество поверхностных вод большинства водных объектов Российской Федерации, несмотря на постоянный спад производства и уменьшение объема сброса загрязняющих веществ, по-прежнему не отвечает нормативным требованиям. Крупнейшие реки России, играющие ведущую роль в водоснабжении населения, промышленности и сельского хозяйства – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как «загрязненные», а их притоки – как «сильно загрязненные».
Нерациональное ведение сельского хозяйства и увеличение объема бытовых и промышленных стоков приводит к значительному росту количеств биогенных и органических веществ, поступающих в водоемы. Это ведет к увеличению трофического статуса водоемов, сокращению их биологического разнообразия, и ухудшению качества воды. Дополнительной причиной эвтрофирования является поступление биогенов на территорию водосборов с атмосферным переносом. Процесс эвтрофирования, начавшись в Западной Европе в 1950-1960 гг., пришел к нам с опозданием на 10-15 лет, и в 1970-1980-е годы охватил практически все водоемы Европейской части России.
В процессе эвтрофирования происходят принципиальные изменения в трофической структуре экосистемы, начиная от бактерио-, фито- и зоопланктона и кончая рыбами. На обогащение биогенными и органическими веществами водные экосистемы отвечают, прежде всего интенсивным развитием водорослей и цианобактерий, переводящих избыток питательных элементов в биомассу. Их бурное размножение вызывает «цветение» воды. Основными агентами «цветения» в большинстве случаев оказываются цианобактерии (aphanizomenon, microcystis, anobaena, oscillatoria). Избыточное развитие цианобактерий и водорослей имеет глубокие отрицательные последствия для пресноводных экосистем. Цианобактерии выделяют в воду метаболиты, токсичные для беспозвоночных, рыб, теплокровных животных и человека. Цветение воды приводит к дефициту кислорода и заилению грунтов водоемов. Создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей заболеваний, в том числе и холерного вибриона. В структуре зоопланктона и рыбного населения происходит замещение крупных и долгоживущих форм на мелкие и раносозревающие. Ценные промысловые рыбы с длинным жизненным циклом заменяются «сорными» рыбами с высоким уровнем воспроизводства и высоким приростом продукции. Смена рыбной части сообщества происходит, как правило, к следующей последовательности: лососевые → сиговые → корюшковые → окуневые → карповые. Глубокие перестройки происходят и в растительных компонентах экосистем. Суммарная продукция и биомасса увеличиваются, трофическая структура упрощается, видовое разнообразие падает.
Особая опасность этих процессов заключается в том, что они, видимо, носят необратимый характер.
Сегодня наметился процесс, обратный эвтрофированию водоемов – их ре-олиготрофизация. В водоемах России он связан со спадом промышленного производства в 1990-е годы и со снижением употребления удобрений в сельском хозяйстве. Прежде всего этот процесс замечен на малых реках в Европейской части России. Однако в процессе ре-олиготрофизации структура рыбного населения не возвращается в первоначальное состояние.
Токсификация водоемов. Особую опасность таит в себе поступление в водные экосистемы токсических веществ. В последние годы наблюдается усиленное загрязнение водоемов тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами и другими токсикантами. Химические показатели не могут дать полного представления о токсичности среды, они не учитывают синергетические, кумулятивные или антагонистические эффекты от одновременного присутствия многих загрязнителей и поэтому не могут служить надежной основой для прогнозирования экологических последствий загрязнения. Химический анализ дает представление о содержании веществ в воде или в организмах только в момент отбора проб, однако мало что говорит о воздействии загрязнителей на гидробионтов. В то же время хорошо известно, что состояние гидробионтов и интегральная биологическая оценка «здоровья» экосистемы может служить обобщенным показателем экологического состояния водоема.
Проблема токсификации становится актуальной еще тогда, когда концентрация токсикантов в воде не превышает установленных ПДК, поскольку подавляющее большинство гидробионтов обладает ярко выраженными аккумулятивными способностями. В силу этого они сами становятся токсически опасными. Коэффициенты накопления у многих гидробионтов крайне высоки.
Пагубные последствия токсификации водоемов проявляются на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. На организменном уровне нарушаются многие физиологические функции, изменяется поведение особей, снижается темп их роста, снижается резистентность различным стрессовым состояниям внешней среды, возникают повреждения в генетическом аппарате, происходит трансформация исходного генофонда. На популяционном уровне под воздействием загрязнения происходят изменения численности и биомассы, смертности и рождаемости, размерной, возрастной и половой структуры. На биоценотическом уровне происходит изменение видового разнообразия, смена доминантных видов, изменение видового состава, изменение интенсивности метаболизма биоценоза.
Каждый из токсикантов обладает специфическим механизмом действия. Например, тяжелые металлы и их соединения наряду с непосредственным токсическим действием на организм могут вызывать мутагенные, гонадотоксические, эмбриотоксические и другие эффекты. Тяжелые металлы имеют ярко выраженную способность повреждать ферментативные системы организмов. Так, ртуть, серебро и медь, блокируют многие ферментативные реакции. Цинк уже в концентрации 0,065 мг/л ингибирует фосфорилирущее дыхание. Соли тяжелых металлов способны накапливаться в воде и донных отложениях, сохраняя при этом в течение длительного времени активную форму. Тяжелые металлы крайне медленно выводятся из организма, что служит предпосылкой так называемого эффекта пищевой цели - нарастания концентрации в организмах последующих трофических уровней. Например, самые высокие концентрации ртути в пресноводных экосистемах найдены в рыбах.
Токсифицирование пресноводных экосистем связано также с поступлением в них пестицидов. Персистентные пестициды, интенсивно применявшиеся в СССР в 50-60-е годы, прочно вошли в круговорот веществ. По мере их вымывания из почв и накопления в водоемах они оказывают все более пагубное воздействие на водные экосистемы. Это воздействие часто носит скрытый характер и проявляется неожиданно в виде массовой гибели рыб и водных беспозвоночных. В трофических цепях концентрации пестицидов возрастают в среднем в 10 раз при каждом переходе с более низкого уровня на более высокий. Чем длиннее трофическая цепь, тем выше оказывается концентрация в последнем звене. Происходит биологическая концентрация пестицидов в воде и илах до миллиграммов и десятков миллиграммов на 1 кг веса рабы. Поэтому даже самые минимальные концентрации персистентных пестицидов в воде и донных отложениях представляют угрозу высшим трофическим звеньям.
Существенные негативные последствия для пресноводных экосистем имеет загрязнение водоемов и водотоков и другими токсикантами, например антисептиками, такими, как соединения мышьяка, соли фтористоводородной кислоты и т.п.
Смешанное загрязнение токсическими и органическими веществами. В зависимости от того какие компоненты – органические или токсические преобладают, в экосистеме на фоне эвтрофирования, даже при высоких концентрациях кислорода могут происходить процессы угнетения или полной гибели животных. В таких условиях – увеличение биомассы, или рост численности животных наблюдается лишь до класса «грязных» вод. В классе «грязных» вод наблюдается значительное снижение численности и биомассы животных, а следовательно и самоочистительной способности водоема.
Закисление водоемов. В последние годы проблема токсифицирования водоемов в большой степени осложняется подкислением озерной воды в результате выпадения кислых атмосферных осадков, механизм образования которых связан с вымыванием из атмосферы окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива и других видах хозяйственной деятельности человека. Подкислению озерной воды сопутствует повышение концентрации токсических металлов, таких, как алюминий, марганец, кадмий, свинец, ртуть, за счет их высвобождения из почв и донных осадков. В озерных водах с повышенной бикарбонатной щелочностью образуются дополнительные количества свободной угольной кислоты, оказывающей токсическое действие на гидробионтов. В России проблема подкисления озерных вод в результате трансграничного переноса с воздушными потоками и выпадения кислых атмосферных осадков, прежде всего окислов серы, наиболее четко обозначилась в Карелии и на Кольском полуострове. В Карельских и Кольских озерах, расположенных на кристаллических породах, вода наименее минерализована, содержит минимальные количества оснований, поэтому здесь процесс антропогенного подкисления вод происходит очень быстро. Из рыб, населяющих воды Карелии и Кольского полуострова, наиболее чувствительными к подкислению вод оказались благородные лососи, гольцы, сиги, хариусы.
При подкислении озерной воды резко снижается общая биомасса гидробионтов и величина первичной продукции водоема, происходит уменьшение видового разнообразия биоценозов. Прежде всего исчезают многие вида, являющиеся важными элементами кормовой базы ценных промысловых рыб. Уровень рН 5,0 и ниже бывает губительным для всех гидробионтов.
Кислотные дожди сказываются также на воспроизводстве рыб. Особенно тяжелая ситуация складывается весной, когда масса сульфатов попадает в талые воды. Наблюдается так называемый, «рН-шок». Именно в этот период происходит выход личинок сиговых и лососевых рыб, проходит нерест хариуса, щуки и окуня. Подкисление особенно отрицательно воздействует на молодь рыб. Резкое снижение рН воды в сочетании с высокими концентрациями металлов имеет губительное влияние на рыб и все сообщество в целом. В некоторых озерах в результате закисления прекращается воспроизводство популяций рыб, и они вымирают. Многие озера России уже практически лишились населения рыб.
Одной из основных причин гибели рыбы в кислых водах является нарушение активного транспорта ионов Na и Сa через жаберный эпителий. Однако в ряде случаев гибель рыб начинается еще задолго до снижения рH до летальных величин и вызывается косвенными причинами, например отравлением алюминием, которое провоцируется увеличением кислотности воды. Алюминий в первую очередь поражает жабры и рыба начинает испытывать острое кислородное голодание. Один «кислотный толчок» может повлечь за собой в течение нескольких дней резкое повышение концентрации алюминия до летальных величин. Поэтому массовая гибель рыбы может произойти в водоеме, в котором средние величины рH не вызывают серьезных опасений.
Термофикация водоемов. В некоторых водоемах дополнительной предпосылкой эвтрофирования является изменение их естественного температурного режима, вызываемое поступлением подогретых вод с предприятий и прежде всего с тепловых и атомных электростанций. Повышение температуры воды способствует увеличению интенсивности метаболизма биоценозов, в частности первичного продуцирования, что является значительным фактором эвтрофирования пресноводных экосистем.
Термофикация водоемов и водотоков влечет за собой изменение их флоры и фауны, часто провоцируя глубокие сдвиги в структуре и функциях исходных экосистем в нежелательных направлениях. Повышение температуры до 35°С благоприятствует развитию токсичных цианобактерий, наиболее устойчивых к подогреву, при одновременном угнетении другого фитопланктона.
Расселение чужеродных организмов. В последние десятилетия резко возросли темпы вселения чужеродных организмов (биологическая инвазия) в водные экосистемы. Основными причинами этого являются интенсификация судоходства и нерегулируемый сброс балластных вод судами. Вселение чужеродных видов негативно влияет на биологическое разнообразие, структуру и функционирование водных экосистем, а патогенные организмы и токсические виды водорослей представляют собой прямую угрозу здоровью человека.
Актуальность этой проблемы в России обусловлена существованием многочисленных гидросооружений, широкой сетью водных коммуникаций, обширными внутренними водоемами. Все это способствует более свободному обмену фауной и флорой между различными, прежде изолированными водными системами.
Преднамеренная интродукция чужеродных видов в экосистемы также таит в себе большой экологический и экономический риск, поскольку вселение нового вида всегда ведет к коренной перестройке пищевых цепей.
Проникновение некоторых организмов в новые для них водные системы часто приносит большой вред рыбному хозяйству, водоснабжению городов, гидротехническим сооружениям, водному транспорту и т.д.
Так, например, благодаря каналам, широко расселился моллюск дрейссена. Этот моллюск во вновь заселяемых им пресноводных водотоках и водоемах быстро достигает высокой численности, что нарушает нормальную работу различных гидротехнических сооружений, в несметных количествах проникает в водопроводные трубы, закупоривает их, а погибая, становится причиной порчи питьевой воды. Вытеснение эти моллюском местных видов водной фауны может вызвать серьезные изменения на экосистемном уровне.
Ярким примером отрицательного влияния на пресноводные экосистемы является широкое расселения головешки-ротана (percottus glenii) во многих мелких водоемах Европейской части России, который практически вытеснил из них все другие виды рыб.
Другим примером такого вселения является появление корюшки (osmerus eperlanus) в Сямозере и вспышка её численности в 1970-1980-е года вместе с началом процессов эвтрофирования, которые привели к перестройке структуры рыбного населения и пищевых цепей озера. Корюшка является активным планктофагом в первые годы своей жизни и столь же активным хищником во взрослом состоянии. Поэтому, с одной стороны, корюшка стала мощным конкурентом в питании другим планктофагам (ряпушке, сигу и уклее), а, с другой, является конкурентом и для хищников, в частности судаку и крупному окуню. Раньше в 1950-е годы Сямозеро считалось ряпушково-окуневым водоемом, а в 1990-е годы трансформировалось в корюшково-окуневое озеро. Корюшка быстро распространилась по всему озеру, освоив все возможные биотопы, и заняла пищевую нишу основного планктофага – ряпушки.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему