Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Особенности пресноводных экосистем
Несмотря на то, что пресноводные экосистемы составляют довольно малую часть от водных экосистем биосферы (0,009 % от общего объёма воды планеты), они играют незаменимую роль в обеспечении существования человека и общества, являясь источником воды для различных сфер жизнедеятельности. Пресные воды образуют на поверхности континентов реки, болота, озера, ручьи, заполняют собой искусственные пруды, водохранилища и каналы. Таким образом, пресные воды находятся в трех состояниях: текучем, относительно неподвижном (стоячем) и промежуточном [55].
В водоемах хорошо развиты пищевые цепи. Организмы в таких системах удобно классифицировать по характеру местооби¬тания в водоеме.
Таким образом, можно выделить 4 крупные экологические группы [55]:
1. Бентос – это организмы, обитающие на дне водоема или водотока;
2. Перифитон – экологическая группа, представленная организмами, прикрепленными к стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема или водотока;
3. Планктон – экологическая группа, представители которой перемещаются в поверхностном слое воды;
4. Нектон – экологическая группа водных организмов, способных к свободному пере¬мещению в водяной толще.
Особое значение имеет распределение организмов по зональности водоема. Выделяют 4 зоны [28]:
1. Литоральная зона – зона водоема, в пределах которой солнечный свет достигает дна;
2. Лимническая зона – это предельная толща воды до глубины, куда доходит активный свет, ниже которого невозможно нахождение биомассы, в связи с прекращением фотосинтеза;
3. Эвфотическая зона – вся освещенная толща воды в литоральной и лимнической зонах;
4. Профундальная зона – та часть дна и толщи воды, куда не проникает солнечный свет.
По характеру передвижения водных масс водные экосистемы подразделяют на лентические и лотические.
Естественным представителями лентической экосистемы (состояние водных масс относительно неподвижное) является озеро. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее перемешивании и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по темпера¬турному режиму.
Стратификация — это слоистое строение водной массы, обусловленное различными физико-химическими свойствами слоев (температура, плотность, концентрация кислорода) на различных глубинах [28].
Различают прямую и обратную стратификацию. Прямой стратификацией называют распределение температуры от дна к поверхности. Обратной стратификацией называют повышение температуры к дну. Оба вида стратификации основаны на наличии максимума плотности при достижении 4 °C, что является одним из аномальных свойств воды.
Как правило, в годовой динамике водоема выделяют 4 фазы. Для летней фазы характерна нагретая верхняя часть, нижняя часть расположена преимущественно при 4° C. В этот период наблюдается прямая стратификация. В осенний период верхний слой начинает остывать. Выравнивание температуры позволяет смешивать верхний и нижний слои между собой (гомотермия). Зимой температура воды подо льдом колеблется от 0 до 1 °C дек. В этот период происходит обратная стратификация. Весной температура в толщине воды уравнивается и происходит гомотермия.
Верхний слой в водоеме, благодаря водорослям и высшей водной растительности, характеризуется продукцией органики. Нижний слой характеризуется разложением органического вещества в ходе процессов обмена веществ консументов и высвобождением неорганического вещества, которые в дальнейшем образуют новые органические вещества.
На границе верхнего и нижнего слоев находится металимнион, образованный из-за разницы в плотности между двумя слоями и характеризующийся скачком температуры – этот участок часто называют термоклином. Этот слой богат простейшими и бактериями, в связи с удержанием в термоклинной зоне взвешенного органического вещества после его образования в верхнем слое. Эта стратификация оказывает сильное влияние на химический состав воды [28].
Процессы перемешивания водных масс важны в формировании гидрологического режима водоёмов. Благодаря этому процессу происходит распространение кинетической и тепловой энергии, растворенных веществ, газов, органических и минеральных взвесей, планктонных организмов из слоя в слой, смешение различных по составу и происхождению водных масс и формирование из них собственной водной массы озера.
Водохранилища, создающиеся при возведении гид¬роэнергетических и гидромелиоративных комплексов, являются не природными, а природно-техническими системами. Распределение тепла и биогенов в них зависит от типа плоти¬ны. Если вода сбрасывается придонная, то в этом случае водо¬хранилище аккумулирует тепло и экспортирует биогенные вещества. Если сброс идет поверх плотины, то экспортируется тепло и аккумулируются биогены. Если через глубоководные шлюзы в реки будут поступать биогены, они вызовут эвтрофикацию участка реки.
Сами же реки относятся к лотическим (текущим) экосистемам. От стоячих водоемов их отличает три условия:
1) наличие течения – важный лимитирующий и контролирующий фактор;
2) в лотических экосистемах значительно более активен обмен между водой и сушей;
3) отмечается более равномерное распределение кислорода, в связи с практически отсутствием стра¬тификации.
В больших реках наблюдается продольная зональ¬ность: в верховьях – сообщества перекатов, в низовьях – пле¬сов, между ними местами возможно возникновение и тех, и других.
С точки зрения продуктивности водоемы подразделяются на олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные [35].
Олиготрофные водоемы – это водоемы, которые содержат малое количество биогенных элементов, в результате чего они бедны планктоном. Часто это глубокие водоемы, обладающие литоралью и водной растительностью, которые слабо развиты. Они отличаются большой прозрачностью и зеленовато-голубоватыми оттенками воды. Вода насыщена кислородом (у дна не менее 60 – 70%), поэтому органические остатки интенсивно минерализуются и донные отложения бедны ими. Для развития гидробионтов на любых глубинах условия будут являться благоприятными.
Мезотрофные водоемы – это водоемы, занимающие промежуточное положение между олиготрофными и эвтрофными водоемами. В этом типе систем средний уровень первичной продукции и средний уровень биогенной нагрузки.
Эвтрофные водоемы – это водоемы со значительным содержанием биогенных элементов. В таких озерах рост водорослей лимитируется светом или температурой, а не количеством питательных веществ. Подобный тип продуктивности соответствует водоемам с медленным движением вод [50].
Эвтрофные водоемы в большей мере испытывают влияние со стороны болот. Берега таких водоемов сильно заболочены, широко распространены сплавины. Слабо развита растительность. В воде могут обнаруживаться высокие концентрации фосфора и азота [41].
Дистрофные водоемы – это водоемы, характеризующиеся малым количеством питательных веществ. Преобладающие органические вещества – гуминовые кислоты. В водоемах подобного трофического типа практически отсутствуют фитопланктон и высшая водная растительность. Отмечается низкое содержание растверенного кислорода, так как он затрачивается на разложение гуминовых веществ. Подобный тип характерен для болотных ландшафтов.В толще ила обнаруживаются сероводород и метан. В результате нарастания сплавины или зыбуна, которые образуются из живых и отмерших растений, возникает процесс заболачивания. Впоследствии, остатки сплавины могут осесть на дно и заполнить котловину полностью [27].
1.2 Вопросы комплексной оценки среды и экологического нормирования
Нормирование качества окружающей среды (ОС) – это установление пределов, допустимых для изменения ее природных свойств. Норма может определяться с помощью реакций чуткого к изменениям среды вида – так называемого индикатора. Также в результате нормирования качества окружающей среды могут быть установлены экономически обоснованные и санитарно-гигиенические стандарты.
Экологическое нормирование – научная, правовая, административная деятельность, которая направлена на установление предельно допустимых норм воздействия на окружающую среду [43].
Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимальное количество вредного вещества (воды, воздуха или других жидкостей и материалов), которое при воздействии на организм ежедневно и в течение продолжительного времени не вызывает каких-либо отклонений патологического характера и свойства, в том числе не вызовет неблагоприятных изменений у потомства [43].
Для того чтобы установить величину ПДК пользуются расчетными методами, результатами экспериментов и материалами, полученными при наблюдении за состоянием здоровья лиц, которые подверглись неблагоприятному воздействию вредных веществ в динамике. Основой для обоснования ПДК является некоторое множество (n) порогов хронического действия (Limch ), оцененных для различных видов (i) биологических объектов (подопытные животные, рыбы, зеленые насаждения) и разных путей транспортировки вещества к рецепторам живого организма:
ПДК = min ( Limch i) / Kз , " i = 1,2,…, n,
где Kз – коэффициент запаса, учитывающий видовую чувствительность, реальную опасность интоксикации, кумулятивные свойства вещества, вероятность канцерогенного или иного специфического действия, возможность отдаленных последствий на генетическом уровне и т.д.
В реальных условиях многокомпонентного загрязнения окружающей среды возникает проблема учета различных синергических эффектов:
• комбинированного (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления),
• комплексного (поступления одного вредного вещества в организм различными путями и с различными средами – воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды [29].
Экспериментально обосновываются ПДК для водоемов двух классов:
• Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) — это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [23];
• Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых [3].
ПДКвр представляет собой норматив качества воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей; прежде всего, к этой группе относятся водные объекты по сохранению и воспроизводству ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода.
Таким образом, введение ПДКвр можно считать определенным шагом на пути экологического нормирования состояния водной среды, учитывающего не только интересы человеческой деятельности, но и, в некоторой степени, предполагающего ограничение воздействия на гидробионтов (условия, приемлемые для промысловых рыб, как правило, благоприятны и для всего биоценоза).
Экспериментально ПДКвр устанавливается по наиболее чувствительному звену трофической цепи водоема и, как правило, существенно меньше, чем ПДК для питьевой воды [54].
Показатели, обеспечивающие экологическое благополучие водных объектов и необходимые условия для охраны здоровья населения и водопользования, зафиксированы в нормах охраны вод [2].
Эти нормы предусматривают создание водоохранного комплекса. Важная роль в этом принадлежит водоохранным зонам (территории, на которых устанавливается особый режим, способствующий предотвращению истощения, загрязнения и засорения водных объектов).
Водоохранная зона рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ устанавливается от границы водного объекта [2].
Ширина водоохранной зоны рек или ручьев зависит от их протяжённости и составляет:
1. Пятьдесят метров – при протяжённости менее десяти километров;
2. Сто метров – при протяжённости от десяти до пятидесяти километров;
3. Двести метров – при протяжённости от пятидесяти километров и более.
Для реки, ручья протяженностью менее десяти километров от истока до устья водоохранная зона, таким образом, совпадает с прибрежной защитной полосой.
Весь текст будет доступен после покупки
