Проблемы чистой воды

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..3

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР……………………………………………..4

1.1.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОБЛЕМЫ МАЛЫХ ВОДНЫХ 

ЭКОСИСТЕМ……………………………………………………………..4

2.ЭВТРОФИРОВАНИЕ  ВОДНОЙ СРЕДЫ…………………………….7

1.3.СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ  УГОДЬЯ КАК ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ  ПОСТУПЛЕНИЯ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ  В

 ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ……………………………………………..12

1.3.1.Влияние минеральных  удобрений на почву …………………….12

1.3.2. Влияние  минеральных удобрений на атмосферу……………….16

1.3.3.Влияние минеральных удобрений  на водные экосистемы……..19

1.3.4. Влияние  минеральных удобрений на качество 

сельскохозяйственной  продукции………………………………………22

1.4. ВЛИЯНИЕ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ  ОБЪЕКТОВ НА 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ…………………………………….27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………..31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ВВЕДЕНИЕ 

      Проблема  охраны окружающей среды в конце XX столетия стала одной из острейших  во всех государствах и достигла максимального  пика в наиболее развитых странах, где  прямое и косвенное воздействие на природу приобрело довольно широкие масштабы. Последствия вмешательства человека во все сферы природы нельзя игнорировать. «Природа не храм, а мастерская, и человек в ней работник...» - эти слова героя романа И. Тургенева «Отцы и дети» знакомы нам со школьной скамьи. Да, природа - это мастерская, где создаются все блага, необходимые для существования человека. Она требует бережного отношения к своим богатствам, которые, как известно, далеко не беспредельны.

      Ускорение процесса индустриализации повлекло за собой появление и развитие новых методов хозяйства, что привело в свою очередь к изменениям структуры ландшафта. Интенсивнее стали использоваться полезные ископаемые, водные запасы, леса, луга и пашни. Значительно расширились промышленные предприятия, сеть путей сообщения, выросли населенные пункты. Отходы от вредных предприятий, число которых значительно увеличилось, заражают воду, воздух и почву. Данная проблема охраны окружающей среды стоит не только перед высокоразвитыми странами, но и перед развивающимися, экономически слабыми странами.

      Цель: выяснить проблемы загрязнения окружающей среды

      Задачи:1.выявить экологические проблемы малых водных экосистем и методы их устранения;

      2.ознакомиться  с понятием, причинами и особенностями эвтрофирования водной среды;

      3.выявить  особенности влияния сельскохозяйственных  угодий на водные экосистемы;

      4.определить  роль животноводческих объектов  на загрязнение водной среды.

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР 

      В настоящее время при усиливающемся  антропогенном воздействии на агросистемы все большее значение приобретают приемы биологизации земледелия, включая рациональное применение навоза и других органических удобрений. Возрастает интерес к альтернативным системам, основанным на внесении одних органических удобрений и полном отказе от минеральных. Главный довод при этом – возможность получения чистой продукции и защите от загрязнения окружающей среды. В последнее время наметилось снижение объемов применения минеральных удобрений в ряде стран Европы, США, Японии. Но в этих странах даже 50% снижение их потребления сохраняет применение в расчете на гектар 200 – 300 кг. В связи с этим актуальна объективная характеристика различных систем: органической, минеральной и органоминеральной – при сравнительном изучении их влияния на урожайность, качество продукции, параметры почвенного плодородия,а также на экологические показатели. 

1.1.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МАЛЫХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ 

      Источниками загрязнения признаются объекты, с  которых осуществляется сброс или  иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

      Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности.

      Чёрная  металлургия. Объём сбрасываемых сточных вод составляет около 12 млрд. м3, сброс загрязнённых сточных вод достиг 850 млн. м3.     

         Цветная металлургия. Объём сброса загрязнённых сточных вод превысил 537,6 млн. м3. Сточные воды загрязнены минеральными веществами, флетореагентами (цианизы, ксантогенаты), солями тяжёлых металлов (медь, свинец, цинк, никель, ртуть и другие), мышьяком, хлоридами и другими веществами.

      Деревообрабатывающая  и целлюлозно-бумажная промышленность. Главный источник образования сточных вод в отрасли – производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелки.

      Нефтеперерабатывающая промышленность. В поверхностные водоёмы предприятиями отрасли было сброшено 543,9 млн. м3сточных вод. В результате в водоёмы попали в значительном количестве нефтепродукты, сульфаты, хлориды, соединения азота, фенолы, соли тяжёлых металлов и др.

      Химическая  и нефтехимическая промышленность. В природные водные объекты сброшено за год 2467,9 млн. м3сточных вод, вместе с которыми в водоём попали нефтепродукты, взвешенные вещества, азот общий, азот аммонийный, нитраты, хлориды, сульфаты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенолы, поверхностно-активные вещества, карбамиды, пестициды, полуфабрикаты.

      Машиностроение. Сброс сточных вод травильных и гальванических цехов предприятий этой отрасли, например, в 1993 году составил 2,03 млрд. м3, в том числе загрязнённых – 0,95 млрд. м3, в первую очередь нефтепродуктами, сульфатами, хлоридами, взвешенными веществами, цианидами, соединениями азота, солями железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кадмия.

      Лёгкая  промышленность. Основное загрязнение водоёмов происходит от текстильного производства и процесса дубления кож. В сточных водах текстильной промышленности наличествуют взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения фосфора и азота, нитраты, синтетические поверхностно-активные вещества, железо, медь, цинк, никель, хром, свинец, фтор и другие. Кожевенное производство сбрасывает в водоёмы воду с высоким содержанием соединений азота, фенолов, синтетических поверхностно-активных веществ, жиров и масел, хрома, алюминия, сероводорода, метанола и фенальдегида.

      Бытовые сточные воды – это вода из кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, бытовых помещений промышленных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество составляет 58%, минеральные вещества – 42%.

      Производство  и широкое применение синтетических  поверхностно-активных веществ (ПАВ), особенно в составе моющих средств, обусловило поступление их со сточными водами во многие водоёмы, в том числе источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. Наряду с ПАВ широко распространёнными химическими загрязнениями водоёмов являются пестициды, которые поступают в водоёмы с дождевыми и талыми водами, смывающими их с растений и почвы, при авиа- и наземной обработке сельскохозяйственных угодий и лесов и со стоками предприятий производящих их.

      Проблемы  чистой воды и охраны водных экосистем  становятся все более острыми  по мере исторического развития общества, стремительно увеличивается влияние на природу, вызываемого научно- техническим прогрессом.

      Уже сейчас во многих районах земного  шара наблюдаются большие трудности  в обеспечении водоснабжения и водопользования вследствие качественного и количественного истощения водных ресурсов, что связано с загрязнением и нерациональным использованием воды.

      Загрязнение воды преимущественно происходит вследствие сброса в нее промышленных, бытовых  и сельскохозяйственных отходов. В  некоторых водоемах загрязнение  настолько велико, что произошла их полная деградация как источников водоснабжения.

      Небольшое количество загрязнений не может  вызвать значительное ухудшение  состояния водоема, так как он имеет способность биологического очищения, но проблема состоит в  том, что как правило количество загрязняющих веществ, сбрасываемых в воду, очень велико и водоем не может справиться с их обезвреживанием.

      Водоснабжение и водопользование часто осложняется  биологческими помехами: зарастание каналов снижает их пропускную способность, цветение водорослей ухудшает качество воды, ее санитарное состояние, обрастание создает помехи в навигации и функционировании гидротехнических сооружений.

      Поэтому разработка мер с биологическими помехами приобретает большое практическое значение и становится одной из важнейших проблем гидробиологии. Из-за нарушения экологического равновесия в водоемах создается серьезная угроза значительного ухудшения экологической обстановки в целом. Поэтому перед человечеством стоит огромная задача охраны гидросферы и сохранения биологического равновесия в биосфере. [1,с.56-62] 

2.ЭВТРОФИРОВАНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ 

      По  отношению к природным водоемам под эвтрофированием понимают процесс  роста общей продуктивности экосистемы водоема, включающей водные массы, донные отложения и населяющие их организмы. Этот процесс ведет к увеличению общего содержания органического вещества в воде водоема.

      Принято различать антропогенное и естественное эвтрофирование. Антропогенное эвтрофирование обусловлено возрастанием потоков биогенных веществ в биосфере в результате хозяйственной деятельности человека и протекает значительно быстрее, чем естественное. Естественное эвтрофирование водоемов обусловлено постепенным накоплением в водоемах органических и биогенных веществ в течение длительных геологических периодов времени. Следует заметить, что не все лимнологи согласны с таким разделением, отрицая наличие естественного эвтрофирования и рассматривая явление эвтрофирования природных вод как следствие исключительно деятельности человека. Еще в 80-е годы была высказана мысль, что естественное эвтрофирование не что иное, как обычная сукцессия фитопланктонного сообщества озера и колебания продуктивности водных экосистем обусловлены только колебаниями климата, а процесс увеличения продуктивности связан исключительно с влиянием человека.

      На  самом деле концепция естественного  эвтрофирования  не базируется на тенденциях климатических изменений, и озера  проходят различные стадии своего развития от олиготрофной до эвтрофной при  стационарном состоянии климата. Как  известно, озера в ландшафте играют роль накопительных систем, аккумулируя приносимые с притоками минеральные и органические вещества. При длительной эволюции озера такой фактор как изменение глубины в результате заиления озера оказывает влияние не только на характеристики водообмена, но и на особенности гидрологической структуры водных масс, следствием изменения которой выступают изменения термического режима, условий вертикального перемешивания, стратификации озера, т.е. важные абиотические факторы первичной продуктивности экосистемы озера. Поэтому процесс эвтрофирования озер протекает постоянно, даже в условиях теоретически полного отсутствия антропогенного влияния.

      В ХХ веке быстрый рост населения и  хозяйственная деятельность  человека привели к заметным изменениям глобального материально-энергетического обмена и потоков химических веществ. С позиций геохимии, наибольшие изменения миграционных потоков должны происходить для элементов с высокими коэффициентами технофильности (отношения годовой добычи элемента величине Кларка этого элемента), в частности, для фосфора - одного из главных элементов, контролирующих продуктивность водных экосистем.

      Таким образом, эвтрофирование – это процесс  перехода от стадии олиготрофного состояния  экосистемы водоема через мезотрофную  к эвтрофной – наиболее биологически продуктивной. Но при превышении биогенной нагрузки некоторого критического, индивидуального для конкретной экосистемы значения наступает стадия гипертрофии, выражающаяся в резком снижении продуктивности и в ухудшении качества воды.

      Главной причиной антропогенного эвтрофирования водных объектов служит избыточное поступление  биогенных элементов, создающих  потенциальную возможность ускоренного  развития продукционных процессов  при прочих благоприятных условиях. Концентрация биогенных элементов в воде представляется исходным показателем процесса эвтрофирования, развитие же продукционных процессов выступает следствием, зависящим отряда абиогенных факторов, в первую очередь гидрологических и радиационно-термических особенностей водоема. При избытке биогенных веществ на определенной стадии процесса может произойти нарушение сбалансированности экосистемы. В первую очередь, это проявляется в нарушении естественного баланса между продукцией и деструкцией органического вещества в водоеме и, как следствие,  накоплении органического вещества в экосистеме. В водоеме начинает происходить отставание развития гетеротрофных организмов, - водных беспозвоночных и даже бактерий, что определяется верхним пределом скорости ассимиляции ими питательных веществ. Отставание деструкции от продукции сопровождается изменением качественного состава органического вещества – происходит накопление трудноразлагаемого органического вещества вследствие вытеснения соответствующих видов бактерий.

      При антропогенном эвтрофировании водоема его экосистема начинает развиваться в сторону более низкого разнообразия и направленного перехода к иным доминантным группам организмов. Сообщество фитопланктона изменяется от стадии с преобладанием диатомовых водорослей через стадию, когда диатомовые сочетаются с обилием динофлагеллят и синезеленых водорослей, к стадии высокопродуктивного фитопланктона при значительном количестве цианобактерий (синезеленых водорослей). Последние хорошо адаптируются как к недостатку, так и к избытку света, а также обладают механизмом фиксирования растворенного в воде большого количества атмосферного азота. В процессе эвтрофирования прямолинейная связь численности и биомассы фитопланктона переходит в экспоненту, а затем резко увеличивается численность клеток и их агрегированность в крупные колонии непригодные для зоопланктона. Таким образом, чем выше трофность водоема, тем более мелкие организмы преобладают. В зоопланктоне возрастает численность коловраток, в зообентосе исчезают олиготрофные организмы. Когда экосистема водоема достигает высокоэвтрофного и гипертрофного состояния, начинается доминирование крупных колониальных форм синезеленых водорослей и крупных динофитовых водорослей, не пригодных для пищи зоопланктона, при этом роль последнего в трофическом круговороте заметно снижается. Радикальные изменения в структуре зоопланктона и ихтиоценозе выражаются в замене длинноцикловых и крупных форм на короткоцикловые и мелкие. В эвтрофных водоемах из групп зоопланктона доминируют кладоцеры, вытесняющие более крупные копеподы, эффективней усваивающих питание лишь в условиях олиготрофии. В ихтиофауне происходит замена ценных видов рыб малоценными, обладающими в этих условиях большей скоростью воспроизводства.

            Общим следствием снижения эффективности утилизации первичной продукции органического вещества последующими звеньями трофической цепи становится смена пастбищного цикла трофической цепи на детритный, доминирующий в гипертрофных водоемах. В таких водоемах роль аллохтонного (приносимого с водосбора) вещества в общем балансе органического вещества по сравнению с автохтонным, создаваемым экосистемой в процессе фотосинтеза, становится крайне малой. Преобладание детрита в экосистеме, с окислением которого не могут справиться бактерии, резко увеличивает поток неразложившегося органического вещества в донные отложения, в результате чего последние становятся едва ли не ключевым звеном в дальнейшем развитии эвтрофирования.

            Вследствие увеличения содержания органического вещества в воде и, соответственно, в донных отложениях интенсифицируются процессы его деструкции, усиливается расход растворенного в воде кислорода, изменяются окислительно-восстановительные условия среды (снижается рН воды и поровых растворов), увеличивается содержание в донных отложениях лабильных (подвижных) минеральных форм азота и фосфора. Усиливается поток этих соединений из дна в воду. В эвтрофных водоемах этот поток становится важным источником дополнительного (вторичного) загрязнения вод водоема биогенными веществами и поэтому процесс эвтрофирования начинает  самоускоряться.

            Все эти процессы протекают относительно медленно и  даже в условиях высокой антропогенной  нагрузки занимают десятилетия, но именно в этом заключается главная опасность  эвтрофирования. Изменения экосистемы водоема достаточно глубоки и периоды возможного восстановления экосистем оказываются очень длительными.

      Явление эвтрофирования водоема характеризуется  накоплением автохтонного (созданного в водоеме) органического вещества в виде, прежде всего, увеличивающейся массы водных растений в процессе осуществляемого фотосинтеза. Этот процесс происходит только в светлую часть суток в сравнительно тонком слое воды, поглощающем солнечный свет. Толщина этого слоя, который называют фотическим, зависит от прозрачности воды. В олиготрофных озерах с прозрачной водой толщина фотического слоя достигает 40-50 м (например, в Байкале она составляет 0.3% его максимальной глубины). В эвтрофных водоемах она сокращается до 1-2 м, составляя при этом не менее 10% глубины. Под фотическим слоем до самого дна водоема находится афотическая толща воды, где фотосинтез невозможен из-за полного отсутствия света (как и в поверхностном слое ночью).  

     Таблица 1

     Градации  кислородного индекса для различных  типов трофности водоемов умеренной  зоны.

      [2,с.113-116] 

1.3.СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УГОДЬЯ КАК ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ 

      1.3.1.Влияние минеральных удобрений на почву  

      В настоящее время в сельском хозяйстве  остро стоят проблемы улучшения  состояния почв, возможных путей  повышения ее биологической активности, сохранения и улучшения ее плодородия. Анализ литературы показывает, что повсеместно происходит изменение физико-химических свойств, приводящих к разрушению структуры почвы, нарушению ее водно-воздушного и органического состава. В числе главных причин, вызывающих снижение гумуса в почвах, можно назвать усиленную минерализацию органических компонентов почвы, вследствие интенсивной обработки, применения минеральных удобрений и пестицидов.

      Минеральные удобрения — неорганические соединения, содержащие необходимые для растений элементы питания. Минеральные удобрения  содержат питательные вещества в виде различных минеральных солей. В почвах обычно имеются все необходимые растению питательные элементы. Но часто отдельных элементов бывает недостаточно для удовлетворительного роста растений. На песчаных почвах растения нередко испытывают недостаток магния, на торфяных почвах – молибдена, на черноземах – марганца и т. п. Применение минеральных удобрений – один из основных приемов интенсивного земледелия. С помощью удобрений можно резко повысить урожаи любых культур на уже освоенных площадях без дополнительных затрат на обработку новых земель.

      Загрязнение почв и нарушение нормального  круговорота веществ происходит в результате неправильного применения минеральных удобрений. Вместе с  навозом и фекалиями в почву  нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее. Вместе с удобрениями в почву вносятся тяжелые металлы и их соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

      Изменения внесения удобрений и пестицидов, произошедшие за 10 последних лет, можно оценить по динамике производства этих химикатов в Беларуси. Если принять во внимание существенную переориентацию химических производств с внутреннего рынка на внешний, произошедшее на фоне практически полного прекращения импорта удобрений и средств защиты растений, то можно утверждать, что реальный спад был еще более значительным. Поскольку форма спада у минеральных и органических удобрений совпадает, можно утверждать, что основные причины спада лежат в особенностях экономических тенденциях в деревне. Спад в производстве удобрений объясняется, в основном, спадом покупательной способности сельского хозяйства. Сложившаяся ситуация положительно сказалась на природной среде сельскохозяйственных регионов.

      Влияние минеральных удобрений на почвенную  мезофауну изучено слабо. Имеются  данные об их отрицательном воздействии  на дождевых червей. Агрохимические средства оказывают существенное влияние на устойчивость растений к болезням и вредителям. Такое влияние связано с прямым или косвенным воздействием агрохимсредства на культурное растение или на патоген, при  последующем стимулировании или ингибировании его развития. Часто голодание растения от недостатка того или иного питательного элемента одновременно вызывает развитие патогена, например, бактериоз у льна при дефиците бора.

      Основные  макроэлементы (N,P,K) по-разному действуют  на развитие патогена. Избыточное одностороннее  внесение азота или в составе  с другими удобрениями часто  увеличивает развитие многих грибных болезней. Оптимизация же доз азота с учетом вида, сорта и возраста растения, гидротермических условий, уровня содержания азота в почве, форм азотного удобрения, уровня окультуренности и других условий может существенно снизить или вовсе предотвратить ход патологического процесса.

      Фосфор  в одностороннем порядке или  в сочетании с азотом и калием в большинстве случаев снижает  вредоносность заболевания. Это  объясняется тем, что фосфор способствует усиленному развитию корневой системы, что повышает устойчивость растений к неблагоприятным условиям их роста. Кроме этого оптимальное фосфорное питание усиливает синтез органических соединений в растениях, в том числе и склеренхимных тканей, что повышает сопротивляемость растений к внедрению паразита.

      Калийные  удобрения существенно сдерживают развитие грибных болезней, так как  калий утолщает клеточные стенки, повышает прочность механических тканей, увеличивает рост  и дифференциацию клеток камбия у высших растений. Все  эти процессы способствуют повышению физиологической устойчивости растений против инфекционного поражения. Поэтому систему удобрения в севообороте необходимо строить и с учетом оптимального калийного питания растений.

      Действие  микроудобрений на развитие или торможение различных грибных заболеваний у растений изучено недостаточно. Однако известно, что микроэлементы оказывают существенное влияние на физиолого-биохимические процессы у микроорганизмов, в том числе и грибов, действуют на ферментативную активность дегидрогеназы, каталазы, протеолитических и амилолитических ферментов. Для успешного развития многих грибов необходимо присутствие в питательной среде железа, цинка, марганца, меди, бора.

      В связи с тем, что на разных типах  почв имеется соответствующий набор  подвижных микроэлементов, создаются и предпосылки для развития определенных групп и видов микроорганизмов, которые не будут обнаруживаться в других биогеоценозах или агрофитоценозах из-за избытка или недостатка того или иного микроэлемента.

      Неблагоприятное влияние минеральных удобрений на почву сводится к следующему:

      1.Попадание питательных элементов удобрений из почвы в грунтовые воды и водоемы с поверхностным стоком приводит к эвтрофикации водоемов (усиленному развитию водорослей и образованию планктона). В результате эвтрофикации водоемов в глубинной зоне усиливается анаэробный процесс, накапливаются сероводород, аммиак, возникает дефицит кислорода. Это приводит к гибели рыб и растений. Вода становится непригодной для питья.

      2.Неправильное применение минеральных удобрений ухудшает круговорот и баланс питательных веществ, агрохимические свойства и плодородие почвы (повышается кислотность почвы).

      3.Нарушение оптимального питания растений макро- и микроэлементами приводит к различным заболеваниям растений, развитию фитопатогенных грибов.

      4.Нарушение технологии применения удобрений способствует накоплению в растениеводческой продукции нитратов. Очень важно, чтобы содержание нитратов и токсических веществ в почве и сельскохозяйственной продукции не превышало ПДК.

      В последние годы наблюдается тенденция к увеличению производства растениеводческой продукции (особенно овощей) с содержанием нитратов, превышающим ПДК. Количество такой продукции составляет около 30 %, что связано с применением минеральных, в основном азотных, и органических удобрений в высоких дозах, нарушением технологии внесения удобрений. Воздействию нитратов особенно подвержены дети. [3,с.26-29] 

      1.3.2. Влияние минеральных  удобрений на атмосферу