Органическое загрязнение водных экосистем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

 

РЕФЕРАТ

 

«Органическое загрязнение водных экосистем»

 

Студент III курса, 301 группы,

Направление «ВБР и А»                                                 Чун Сергей Гванчерович

      

Научный руководитель,

ст. преподаватель кафедры 

экологии и природопользования                                           Колганова Т.Н.

   

  Допущен к защите:                                                        Защита состоялась:

 

«___»____________2013 г.                                         «____»____________2013г.

 

 

 

Южно-Сахалинск

2013

 

Содержание

№   п-п	Наименование разделов, подразделов	Стр.
	Введение	3
1	Понятие качества воды	4
2	Органические вещества и  их круговорот в водных экосистемах	6
3	Сапробность водных объектов	9
4	Самозагрязнение и самоочищение водоемов	12
	Заключение	16
	Список цитируемой литературы	17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - "вода - это жизнь". Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д. Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испаряющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца. Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном.

 

 

 

 

 

1 Понятие качества воды

 
Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей  природных вод.Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий и тепловых электростанций в реки и озера.

 
Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Нельзя не обращать внимания на эту  проблему, т.к. на следующих поколениях скажутся все последствия антропогенного загрязнения воды.

 
"Понятие качества воды неотделимо  от способа ее использования: по-видимому, невозможно определить, что такое "хорошая или плохая"вода вообще вне зависимости от того, для какой цели она предназначена"(В.Н.Максимов). В полном соответствии с этим мнением будем считать, что и требования к показателям качества вод для того или иного вида водоиспользования существенно различны. Существенно отличается и сам набор таких показателей. Так, для орошения сельскохозяйственных угодий первостепенное значение имеет общее содержание солей, соотношение в воде отдельных катионов и щелочность. А для оценки качества воды, расходуемой на производство бумаги, основное внимание обращают на цветность, содержание взвесий, железа и органических веществ. Наконец, при оценке достоинств воды, предназначенной для полива улиц, существенны ее санитарные показатели(содержание яиц гельминтов и др.санитарно-гигиенические показатели).

 
При всем разнообразии этих требований вода всегда рассматривается как  исходное сырье для того или иного  технологического процесса, в связи с чем устанавливают специальные стандарты, сопоставление с которыми и определяет качество воды для нужд человека. Контроль за качеством воды в нашей стране возлагается на водоиспользователя. Организован также производственный контроль за качеством воды водотоков, водохранилищ и территориальных вод. Например, на протяжении 80 км на р.Москве и по ее притокам систематически отбирают пробы в 10 точках с последующим анализом по 41-му показателю качества, из которых 21 ориентирован на нормы ПДК-предельно допустимые концентрации веществ и соединений. Решение о годности воды для конкретных целей принимается на основе показателей качества других типов. К первым относятся такие, для которых ГОСТом предусмотрено одно предельное значение, когда показатель качества в анализируемой партии воды не превышает стандартного критического значения. Примером такого рода оценок служат установленные нормы ПДК для отдельных загрязнителей. Показатели второго типа, чтобы соответствовать ГОСТу, должны находиться в интервале между двумя значениями, т.е. быть больше минимального, но меньше максимального допустимого уровня. Примером такого рода оценок может служить область концентрации кислорода в питьевой воде. Только тогда, когда все анализируемые показатели качества(отдельных свойств)оказываются в пределах, допускаемых ГОСТом, вода может считаться годной к употреблению. При этом принимают, что все рассматриваемые показатели качества одинаково важны для суждения о годности воды для того или иного назначения.

 

 
        2. Органические вещества и их круговорот в водных экосистемах

 

Одним из важнейших компонентов  водной среды, который определяет его экологическое качество, есть наличие в воде органических загрязнений. 
 
В процессе жизнедеятельности гидробионты выделяют в воду белки, аминокислоты, углеводы, мочевину, фосфаты и т.д. Фактически в водной среде находятся все органические вещества, из которых построено тело растений и животных. Кроме того органические вещества поступают в водные объекты с атмосферными осадками, с поверхностным стоком, который формируется па больших площадях сухих долин, из болот, торфянтков, орошаемых земель, промышленных и коммунальных предприятий. Все эти стоки приносят большое количество разнообразных по своей структуре и химическим составом органических веществ.

По происхождению органические вещества разделяются на аллохтонные, которые приходят с площади водосбора, и автохтонные, которые образуются в самой водной экосистеме. Наибольшую массу органического вещества создают фитопланктон и макрофиты в процессе фотосинтеза.

 
Значительную часть автохтонного органического вещества представляет собой детрит, или мертвое органическое вещество, которое образуется в следствии разложения остатков организмов растительного и животного происхождения и содержит 4-5% бактерий. К растворенному автохтонному органическому веществу принадлежат также продукты жизнедеятельности водных оргаеизмов, в частности, аминокислоты, органические кислоты и т.п. С водозборной площади могут приходить вещества, которые вымываются из лесного перегноя, торфяников, заболоченных мест черноземных почв и т.п. 

Органические вещества природных  вод - это сложные высокомолекулярные соединения типа белков, полисахаридов, аминов, и др., которые находятся в растворенном состоянии. Большинство с них являются субстратом для массового развития бактериального населения водных экосистем.

 
Гуминовые и фульвокислоты придают воде специфическую окраску. Фульвокислоты являются высокомолекулярными соединениями ароматического ряда, они растворимы в воде и легко вымываются грунтовыми водами. Гуминовые кислоты труднорастворимы в воде, характеризуются более высоким, по сравнению с фульвокислотами, содержанием углерода и азота. Воды с большим содержанием таких кислот имеют бурый или черный цвет. Большое распостранение в природных водах имеют углеродные соединения, которые входят в состав всех живых организмов. В водах морей и океанов основную массу органических веществ составляют растворенные и каллоидные формы, которые могут проникать через фильтры с диаметром пор 0,45-1 мкм. Органические вещества континентальных вод, которые находятся в растворенном состоянии, имеют размер частиц до 0,001 мкм, в каллоидном-0,001-0,1 мкм, а частицы величиной до 150-200 мкм принадлежат зависшим веществам.

 
Для мирового океана количество всего  органического вещества(живых и мертвых составляющих)оценивается в 2-4·10¹² т С;75% приходится на легкоусваемые формы и 25%-на труднорастворяемые соединения(в основном водный гумус).В морских экосистемах наибольшое количество органического вещества(30-40%)синтезируется фитопланктоном. Вместе с речным стоком выносится в мировой океан приблизительно 6·10⁸ растворенного органического вещества. Оседая на дно морей и океанов, отмершие организмы и другие органические вещества создают огромные отложения органической массы, которая оценивается в 3·10⁹ т углерода. Самым важным внутриводоемным процессом образования органического вещества,с которым связано и самозагрязнение водоемов,есть фотосинтез фитопланктона,фитобентоса и высшей водной растительности.Считается,что в пределах всего Мирового Океана вклад водорослей в образование органического вещества в 10 раз больше,чем всех остальных групп организмов,не считая бактерий.Последним принадлежит исключительно важная роль не только в разложении,а и в образовании органического вещества.В процессе функционированияводных экосистем значительная часть растворенного и зависшего органического вещества аллохтонного и автохтонного происхождения выносится с стоком воды и разлагается в процессе деструкции(минирализации).Продукция и деструкция органического вещества характеризуют состояние водных экосистем.Уровень и направленность продукционно-деструкционных процессов зависят прежде всего от степени развития фитопланктона и условий его вегетации.В морских и континентальных водоемах образование первичного органического вещества связано с жизнедеятельностью планктонных и донных водорослей,макрофитов и эпифитов,которые формируют автотрофную ступеньку водных экосистем.Синтезированное органическое вещество является основой трофической пирамиды,согласно которой разделяются потоки энергии в водных экосистемах.Именно органическое вещество автотрофных организмов обеспечивает функционирование высших трофических уровней,биотический круговорот веществ и поток энергии в экосистемах.В конечном счете формируется биологическая продуктивность водных экосистем.В зависимости от уровня образования первичной продукции их разделяют на олиготрофные(малопродуктивные),мезотрофные(среднепродуктивные),эвтрофные(высокопродуктивные)и гиперэвтрофные(слишком продуктивные).

 

 

 

 

3. Сапробность водных объектов

Степень загрязнения водных объектов органическими веществами оределяет их сапробность(sapros-гниющий),а роздел гидроэкологии,который изучает такие загрязнения-сапробиология.

Водные организмы разных систематических групп проявляют  не одинаковую чувствительность к содержанию в воде органических веществи продуктов их разложения.Возможность приспособления гидробионтов к существованию в среде с разным уровнем органического загрязнения обуславливается комплексом физиолого-биохимических процессов,которые постоянно протекают в их организме.Гидробионты,которые живут в загрязненных органическими веществами водах и принимают участие в процессах их разложения,называются сапробионтами или сапротрофами.Они являются важным звеном в биологическом круговороте веществ и энергии.К этой группе проиадлежат бактерии,грибы,отдельные виды водорослей,способных усваевать органические вещества.Среди водных животных есть такие,которые питаются растворенными органическими веществами,гниющими остатками,экскрементами и могут жить в воде с невысоким содержанием кислорода(Tubiflex tubiflex).

Видовая структура группировок  гидробионтов в зависимости от их чувствительности к органическому  загрязнению водоемов четко выявлена на биоценотическом уровне.Выходя из этого, в 1908 г.немецкие исследователи К.Кольквитц и Р.Марссон предложили оценивать интенсивность загрязнения водоемов органическими веществами по наличию в водоемах представителей отдельных систематических групп гидробионтов с разной степенью гетеротрофности и оксифильности-показательных организмов,или биоиндикаторов сапробности.По степени загрязнения вод органическими веществами их разделяют на поли-,мезо-,и олигосапробные,а гидробионты,которые в них обитают,называются поли-,мезо-,и олигосапробами.Обитателей особенно чистых вод называют катаробами,или катаробионтами,а особенно грязных-гиперсапробами.Эти организмы являются показательными относительно соотвецтвующих условий сапробности или биоиндикаторами.

Одним из основных показателей  при оценке сапропробности водных объектов или их отдельных зон является количественная характеристика наличия или отсутствия в воде свободного кислорода.Чем больше степень загрязнения органическими веществами,тем больше количество кислорода используется на окисление и тем меньшая его концентрация остается в воде.

Степень сапропробности определяется прежде всего по видовому составу бактерио-,фито-и зоопланктона,бентоса и перифитона.

Полисапробные воды характеризуются  наличием значительного количества белков,полипептидов,углеводов.В таких водах преимущественно живут гидробионты-полисапробы,которые выдерживают высокий уровень загрязнения,среди них бактерии Sphaerotilus natans,серобактерии рода Beggiatoa, жгутиковые Oicomonas mutabilius.Полисапробные воды формируются в речках и замкнутых водоемах,в которые спускаются хозяйственно-бытовые и сточные воды предприятий пищевых и др.предприятий.Численность видов гидробионтов,которые могут жить в такихводах,очень ограничена.В этих водах может встречаться кишечная палочка и довольно часто.