WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 31 |

К физическим факторам относятся такие процессы, как седиментация взвешенных веществ, ветровые перемешивания, течения, колебания температур и др. Химические процессы самоочищения – это окисление и распад органических веществ в водоеме, которые приводят к появлению в среде относительно простых соединений (аммиак, углекислота, нитраты, сульфаты, фосфаты, метан). Последние в дальнейшем утилизируются различными гидробионтами. Биологическое самоочищение водоемов осуществляется за счет жизнедеятельности растений, животных, грибов, бактерий и тесно связано с физико-химическими процессами.

Самоочищение водоемов осуществляется в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробно протекают процессы разрушения органических веществ с преимущественным участием бактерий, грибов и простейших. В этом случае в процессе распада органического материала в среде накапливают промежуточные продукты (аммиак, сероводород, низкомолекулярные жирные кислоты и др.), которые при наличии кислорода окисляются далее.

В аэробных условиях разрушение органического субстрата осуществляется в присутствии кислорода до простых соединений, которые в дальнейшем вовлекаются в биотический круговорот. В этом процессе принимают участие практически все население водоемов. Большую роль в процессах самоочищения загрязненных вод играют прибрежно-водные растения.

Прибрежно-водная растительность, выделяя при фотосинтезе кислород, оказывает благотворное влияние на кислородный режим прибрежной зоны водоема. Обитающие на поверхности растений бактерии и водоросли (перифитон) выполняют активную роль в очистке воды. В зарослях прибрежноводных растений развивается фитофильная фауна, которая также принимает участие в самоочищении воды и донных отложений; организмы бентоса утилизируют органическое вещество илов и обитающих там бактерий. Под влиянием всех этих процессов в воде повышается содержание растворенного кислорода, возрастает ее прозрачность и содержание биогенных веществ, снижается минерализация воды и количество промежуточных продуктов распада органического вещества (Кузнецов, 1970).

В последние годы макрофиты стали успешно использоваться в практике очистки вод от биогенных элементов, фенолов, ароматических углеводородов, микроэлементов, нефти и нефтепродуктов, тяжелых металлов, различных минеральных солей из сточных и природных вод, в обеззараживании животноводческих стоков от разных форм патогенных микроорганизмов.

Роль прибрежно-водных растений в самоочищении водоемов в общем виде можно свести к следующему:

1. Механическая очистительная функция, когда в зарослях растений задерживаются взвешенные и слаборастворимые органические вещества;

2. Минерализация и окислительная функция;

3. Детоксикация органических загрязнителей.

Механическая очистительная функция. Вместе с поверхностными стоками в водоемы поступает большое количество взвешенных и слаборастворимых органических и минеральных веществ. Прибрежно-водная растительность вместе с животными-фильтраторами (моллюсками, зоопланктоном) выполняет роль механического фильтра. Роль животныхфильтраторов в этом процессе достаточно велика. Так, в Волгоградском водохранилище двухстворчатые моллюски (при численности порядка экз./м2) за вегетационный период отфильтровывают около 840 млрд. м3 воды.

При этом они извлекают из толщи воды 96 млн. тонн взвешенных веществ, из которых 1/3 осаждают на дне (Кондратьева, 1970). Интенсивность фильтрации воды ракообразными такова, что они способны профильтровать весь объем воды всего за несколько суток (Гутельмахер, Садчиков, Филиппова, 1988).

Эффективность действия фильтрующего барьера определяется густотой фитоценоза (то есть, количеством побегов на единицу площади), наличием у растений водных корней и степени их развития, формой и величиной листьев и общей поверхностью растений. Это приводит к уменьшению скорости течения в зоне зарослей и оседанию взвешенных частиц.

Оседанию взвеси способствует слизь на поверхности растений.

Исследования показали, чем больше поверхность растений и их ослизненность, тем эффективнее осуществляется очистка воды от взвешенных частиц. Растения способны утилизировать и включать в свой метаболизм некоторое количество осевших на их поверхности органических и минеральных взвесей, в том числе и токсических соединений. Часть их инактивируется в растительных тканях и аккумулируется в надводных и подземных органах растений. Некоторые соединения, такие как фенолы, ароматические углеводороды выделяются в атмосферу через устьица. Стебли и листья растений образуют огромную поверхность для развития перифитона, который выполняет активную роль в очистке воды.

Большое значение имеет наличие у некоторых растений водных корней. У тростника, к примеру, они образуются под водой в узлах побегов. Общая поверхность этих корней в зависимости от числа побегов может в 10-15 раз превышать площадь, занимаемую растениями. Роль водных корней в очистке воды от растворенных и взвешенных частиц чрезвычайно велика. Так, в лабораторных экспериментах заросли тростника и рогоза задерживали водными корнями до 90% взвешенных веществ, содержащихся в животноводческих стоках (Кроткевич, 1982). Эти исследования свидетельствуют о больших возможностях использования прибрежно-водной растительности для защиты водоемов от взвешенного материала, содержащегося в сточных водах.

На растениях хорошо задерживаются не только взвешенные частицы, но и органические эмульсии, жировые и нефтяные пленки. Они вместе с минеральными частицами и органическими суспензиями образуют более крупные агрегаты, которые в дальнейшем разрушаются уже донными организмами. К примеру, разложение нефти в присутствии растений протекает в 3-5 раз интенсивнее, чем без них (Морозов, 2001).

В летнее время при снижении уровня воды в реках и водохранилищах часть прибрежной растительности оказывается на суше.

Поверхностные стоки, попав в такие заросли макрофитов, частично задерживаются ими, частично просачиваются в почву, и продвигаются дальше к реке подземным стоком. При этом практически все взвешенные и многие растворенные загрязняющие вещества задерживаются почвой и корнями прибрежных растений. Корнями растений, в первую очередь поглощаются органические вещества и биогенные соединения (азот, фосфор, калий и др.).

В зарослях имеет место и переработка осевшей на растениях взвеси.

Органические и минеральные компоненты используются в процессе метаболизма самих растений и их обрастателей.

Под влиянием фитофильтрации увеличивается прозрачность воды, снижается ее минерализация. Основная роль в этом процессе принадлежит прибрежным (тростнику, рогозу, камышу, маннику и др.) и погруженным растениям (рдестам, элодее, роголистнику, урути и др.).

Высшая водная растительность оказывает благоприятное влияние на кислородный режим водоема. В фотосинтетической аэрации водоемов макрофиты играют не меньшую роль, чем фитопланктон. Содержание кислорода в воде под влиянием растений, особенно погруженных, увеличивается, в результате чего происходит быстрое окисление органического вещества, ускоряется процесс нитрификации, усиливается потребление фотосинтетиками свободной углекислоты.

Минерализация сложных органических соединений происходит в присутствии кислорода. При сильном загрязнении запасы растворенного кислорода быстро расходуются, отчего самоочищение воды замедляется.

Прибрежно-водные растения оказывают благотворное влияние на кислородный режим водоема и тем самым ускоряют процесс самоочищения. Некоторые исследователи считают, что чем богаче водоем растениями, тем выше его минерализующая способность. Это происходит не только за счет выделенного растениями кислорода, но и за счет того, что макрофиты своим присутствием создают благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий, перифитона, обитателей толщи и дна водоема.

Крупные макрофиты (такие как тростник, рогоз, рдесты, роголистник и др.), затеняя поверхность воды и поглощая биогеннные и другие минеральные соединения, являются мощным антагонистом синезеленых и иных водорослей, подавляют их развитие и этим они устраняют вредное для гидробионтов «цветение» водоемов.

В процессе метаболизма высшие водные растения выделяют в среду физиологически активные вещества, типа фитонцидов и антибиотиков. Это приводит к снижению численности патогенной микрофлоры. Показано, что в зарослях макрофитов коли-титр бывает значительно ниже, чем в открытых участках водоема. Кроме того, растения выделяют в среду различные метаболиты, органические кислоты, полифенолы, которые оказывают благоприятное воздействие на жизнедеятельность гетеротрофных бактерий и других организмов. Стебли растений представляют собой огромную поверхность для развития различных микроорганизмов, которые выполняют активную роль в деструкции органического вещества и очистке воды.

Учитывая положительное влияние растений на минерализацию органического вещества в водоемах, некоторые исследователи предлагают культивировать их с целью повышения очистительной способности водоемов различного назначения, борьбы с «цветением» вод и размывом берегов (Мережко, 1973; Кроткевич, 1976, 1982; Морозов, 2001).

Каким же требованиям должны удовлетворять прибрежно-водные растения Они должны быть максимально устойчивы к сильно загрязненным стокам, иметь мощную корневую систему, способную поглощать и перерабатывать многие загрязнения, хорошо расти в загрязненных водоемах, образовывать высокорослые и густые заросли, продуцировать большую биомассу, способную аккумулировать многие минеральные и токсичные вещества, легко возобновляться при скашивании.

В первую группу входят такие прибрежные растения, как тростник, рогоз, камыш, ирис, аир, манник, ежеголовник и др.

Вторую группу представляют растения, плавающие на поверхности воды: ряски, кубышка, кувшинки, сальвиния, водокрас и др. Они используются для доочистки стоков, прошедших полную биологическую очистку. Определенный интерес представляют ряски, хорошо растущие на разбавленных животноводческих стоках.

Третья группа – это полностью погруженные растения. Их роль сводится к механическому задерживанию взвесей и поглощению из воды минеральных и органических веществ. Наиболее типичные виды – рдесты, уруть, роголистник, элодея. Они образуют густые заросли на глубине 2-метра. Исследования показали, что скорость поглощения фосфора погруженными растениями в 2-10 раз выше, чем - полупогруженными (такими как стрелолист, манник, рогоз и др.) (Дмитриева, Эйнор, 1987).

Многие специалисты считают, что именно прибрежно-водная растительность является основным фактором формирования и регулирования качества воды природных водоемов, поскольку растения в больших количествах поглощают не только биогенные, балластные, но и токсичные вещества минерального и органического происхождения. К тому же воздушноводные растения способны расти и развиваться при недостатке и даже при полном отсутствии кислорода в илах благодаря аэренхимному строению корней и других органов.

Кроме того, водная растительность, прежде всего высокорослая, оказывает механическое и физико-химическое воздействие на водную среду, в которой она развивается.

Аккумуляция растениями химических элементов. Растения способны извлекать из воды многие жизненно важные для них элементы и органические соединения и этим снижают степень эвтрофирования водоемов. Так, полупогруженные тростник, рогоз, камыш, ежеголовник, аир в больших количествах извлекают из воды азот, фосфор, кальций, калий, серу, железо, кремний. Для азота и фосфора обнаружена четкая корреляция между их содержанием в воде и в растениях. Растения накапливают в сотни и тысячи раз больше биогенных веществ по сравнению с их содержанием в окружающей среде.

К примеру, по данным П.Г.Кроткевича (1970) один гектар густых зарослей тростника может аккумулировать в своей биомассе до 6 тонн различных минеральных веществ, в том числе калия – 860 кг, азота – 170 кг, фосфора – 120 кг, натрия – 450 кг, серы – 280 кг, а кремния – 3700 кг. Кремний придает прочность стеблю и другим тканям тростника. По другим данным тот же тростник при урожае 44 т/га (сухого вещества) аккумулирует в своей массе до 670 кг азота, 280 кг фосфора, 420 кг калия, 200 кг кальция, 400 кг хлора и многие другие вещества (Якубовский, Мережко, Шиян, 1975). Погруженные растения на 1 кг сухой массы аккумулируют в среднем 50 г азота, 3 г фосфора и 45 г калия (Гигевич и др., 2000).

Скорость потребления биогенных веществ достаточно высока. К примеру, болотник и камыш уже через 6 часов потребляли до 60% внесенного в среду фосфора. Тростник обыкновенный, рогоз узколистный и рогоз широколистный с такой же скоростью потребляют нитратный и аммонийный азот, который в значительных количествах присутствует в хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах. При этом развитие растений происходит лучше при нитратной форме азота;

биомасса их в этом случае в 7 раз выше по сравнению с контролем.

В дневное время фосфор поглощается в два раза интенсивнее, чем ночью, что указывает на участие этого элемента в фотосинтетических процессах (Дмитриева, Эйнор, 1987).

Биогенные вещества, прежде всего, накапливаются в листьях и генеративных органах. Наиболее высока их концентрация в побегах ранней весной (за счет перемещения из корневой системы). По мере роста биомассы концентрация постепенно снижается, а к концу вегетации (начиная с августа) происходит отток элементов минерального питания в подземные запасающие органы растений. Так, к концу вегетационного сезона содержание азота в корневой системе тростника возрастало в 3-4 раза. Однако значительная часть элементов все же остается в отмерших остатках растений и при их разложении снова возвращается в водоем, вторично загрязняя его. Поэтому для поддержания водоема в «здоровом» состоянии требуется систематическое выкашивание водных растений.

Концентрация многих химических элементов в тканях растений напрямую зависит от их содержания в грунтах и в воде. Консервация биогенных элементов в подземных органах имеет немаловажное значение для формирования качества воды (Кроткевич, 1976).

Растения, имеющие развитую корневую систему, большей частью черпают запасы биогенов из донных отложений, так как грунты всегда имеют значительно большую концентрацию питательных веществ, чем вода. Однако содержание биогенных веществ даже в донных отложениях в несколько раз ниже их содержания в органах растений. В целом погруженные растения являются резервуаром-накопителем биогенных веществ, изымая их из воды на длительный срок.

Эксперименты с полупогруженными растениями показали, что в поглощении биогенных и иных элементов существенную роль играет корневая система. Растения с обрезанными корнями теряют способность к потреблению биогенов (в частности, фосфора), тогда как при удалении надводных частей скорость потребления фосфора не изменяется (Дмитриева, Эйнор, 1987). В лабораторных экспериментах (Кроткевич, 1970) корневая система ириса ложноаирного, камыша озерного и рогоза узколистного после суточной экспозиции задерживает более 90% взвешенных веществ, содержащихся в животноводческих стоках. Слой песка, через который осуществлялась фильтрация, составлял всего 15 см.

Эти результаты свидетельствуют о больших возможностях использования фильтрационного метода для защиты водоемов от поступающих в них с поверхностными стоками загрязняющих и токсичных веществ.

Помимо хозяйственно-бытовых сточных вод в водоемы поступает значительное количество промышленных стоков, содержащих «букет» самых разнообразных соединений, многие из которых являются токсичными для животных и растений. Ряд микроэлементов, присутствующих в водоемах в малых концентрациях, играют положительную роль в жизни растений (влияют на их рост, дыхание, обмен, питание, размножение и др.). При увеличении концентрации этих веществ они становятся токсичными практически для всех гидробионтов.

Прибрежно-водные растения извлекают из воды и грунта не только необходимые им биогенные элементы, но и соединения тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества и многое другое. Поглощение растениями минеральных веществ характеризуется видовой специфичностью и может достигать довольно существенных величин. Так, для ряда водохранилищ Украины содержание цинка в растениях составляло (максимальные значения;

выражено в мг/кг сырого веса): камыш озерный – 10, рогоз узколистный – 19, тростник обыкновенный –10, рдест блестящий – 22, рдест гребенчатый – 20, ряски – 192, нитчатые водоросли – 108, фитопланктон – 144 (Варенко, 1977).

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 31 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.