Эвтрофизация

Совсем иначе, чем хлориды, на водные экосистемы действуют удобрения. Наряду с удобрениями источниками фосфатов служат и моющие средства. Нитраты и фосфаты попадают в воду также в результате микробиологической очистки бытовых стоков от органических загрязнений (см. выше). Обычно хорошо растворимые в воде удобрения вымываются обильными дождями, попадая в грунтовые воды и поверхностные водоемы. В наиболее распространенных удобрениях ионы К⁺ и Са⁺ можно считать безвредными, так как их концентрации в природной воде не опасны для живых существ и не наносят ущерба природной среде. Напротив, ионы NO₃^-, NH₄⁺, H₂PO₄^- способствуют эвтрофизации водоемов.

Чтобы понять суть этого явления, необходимо различать две жизненные формы водных растений: бентосную и фитопланктонную.

Бентосные растения развиваются, прикрепившись на дне. Они выживают в бедной биогенами воде, т.к. получают необходимые элементы, например, азот и фосфор, из донных отложений, но нуждаются в проникновении сквозь толщу воды достаточного для фотосинтеза количества света.

Фитопланктон состоит из множества видов водорослей, представляющих собой отдельные клетки, их скопления или «нити», которые держатся вблизи поверхности воды. Очевидно, что мутная вода мало на них влияет, а высокая численность планктона – сама по себе важнейшая причина ее помутнения. Фитопланктон не связан с дном, поэтому должен получать биогены из воды.

Естественные наземные экосистемы очень эффективно рециклизуют биогены, предотвращают поверхностный сток и эрозию. Таким образом, в природе с суши в водоемы попадает относительно небольшие количества биогенов. В результате в водоемах создаются олиготрофные, т.е. бедные биогенами условия. Это ограничивает рост фитопланктона, но позволяет бентосной растительности развиваться на большой глубине (рис. 1).

Атмосферный кислород очень медленно растворяется и смешивается с водой, особенно если поверхность водоема спокойная. Следовательно, бентосные растения не только обеспечивают нишу и убежище водным животным, но и поддерживают высокое содержание растворенного кислорода на глубине. Таким образом, в олиготрофном водоеме может существовать богатая разнообразная экосистема по всей его глубине.

В условиях усиленной эрозии прилегающих к водоему территорий и выщелачивания удобрений водоем постепенно заполняется наносами и обогащается биогенами. Уже 10 мг фосфата на 1 м³ воды приводят к заметному росту фитопланктона. Фитопланктон затеняет бентосную растительность, а кислородом обогащает лишь верхний слой водоема, откуда тот быстро улетучивается. Более того, у фитопланктона очень короткий жизненный цикл, что приводит к быстрому его отмиранию и опусканию на дно. Происходит накопление детрита в глубине водоема. Питаясь детритом, редуценты, в основном бактерии, также потребляют кислород, сокращая его содержание в воде. Запускается механизм опрокидывания аэробных условий в анаэробные со всеми вытекающими отсюда последствиями (см. выше).

Таким образом, эвтрофизацией называется обогащение водоема
биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски (рис. 2).

Растворимые соединения азота не только способствуют зарастанию водоемов. Попадая в питьевую воду, они могут оказывать токсическое действие на людей. Проникая в желудок и кишечник, нитраты микробиологически восстанавливаются до нитритов, которые, попадая в кровь, препятствуют связыванию кислорода гемоглобином. В результате возникают симптомы кислородной недостаточности. Особенно чутко на нитраты реагируют грудные дети. Кроме того, азотистая кислота, также образующаяся в кишечнике в результате попадания нитратов, обладает мутагенным эффектом.