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 Oicomonasmutabilius.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.
В мезосапробных водных объектах степень загрязнения менее выражена,отсутствуют белки,больше кислорода.В этих водах живут организмы,которые выдерживают частично загрязненное органическими веществами.В отличии от полисапробов,мезосапробы более требовательны к наличию свободного кислорода в воде.В зависимости от уровня загрязнения органическими веществами и присутствия отдельных систематических групп гидробионтов,мезосапробные виды разделяются на α-и β-мезосапробные.
Воды α-мезосапробной зоны характеризуются наличем аммиака,нитритов,аминокислот.Минерализация органического вещества в таких водах происходит за счет аэробного окисления,особенно при участии бактерий.Среди мезосапробных организмов встречается много бактерий,некоторые грибы(Nematosporangium,Leptomitus lacteus),а также моллюски,личинки двукрылых,бентосные беспозвоночные.
В β-мезосапробных водах в значительно меньшем количестве встречается аммоний,нитратный азот.Ощущается некоторый дефицит кислорода в воде,но он выражен слабо.Организмы-индикаторы представлены разными водорослями:синезелеными,диатомовыми,зелеными и др.В таких водоемах распостранена рыба.
Олигосапробные-воды малозагрязненных рек,озер,водохранилищ,в которых происходит интенсивная минерализация органических веществ.В таких водных объектах вследствии высокой концентрации растворенного кислорода преобладают окислительные процессы.Из соединений азота содержатся нитраты,мало угольной кислоты и отсутствует сероводород.Среди олигосапробных организмов,которые обитают в чистых или слабозагрязненных органическими веществами водах,много водорослей,ракообразных,моллюсков,а из рыб представлены форель,судак,окунь.Среди бактерий олигосапробной зоны мало сапрофитов и организмов,которые питаются бактериями.
Особенно чистые воды по системе сапробности называются катаробными.Такие воды перенасыщены кислородом,у них отсутствует сероводород.Среди жителей таких вод(а это как правило,самые холодные горные речные воды)хорошо чувствует себя форель и другие гидробионты-оксифилы.
4.Самозагрязнение и самоочищение водоемов
Под самозагрязнением понимают надмерный уровень продукции органического вещества,которое вызывает ухудшение качества воды в водном объекте.Оно чаще всего связано с массовым рвзвитием фитопланктона до уровня "цветения"воды.Самозагрязнение вызывается самой биомассой водорослей и продуктами их деструкции.Разложение биомассы в таких случаях приводит к выходу в воду большого количества органических,минеральных,в том числе и токсических веществ,которые существенно ухудшают качество воды по многим показателям.Среди токсических веществ обнаруживают полипептиды,фенолы,сероводород и др.В отличии от аллохтонного прихода загрязнений,такое явление получило название биологического(вторинного)загрязнения,или самозагрязнения.Оно может происходить и вследствии десорбции органических и минеральных веществ,накопленных в донных отложениях.Такие процессы более интенсивно происходят при дифиците кислорода и подкислении водной среды в анаэробных условиях.В нормально функционирующихводных экосистемах течение процессов продуктирования,усвоения и деструкции автохтонных веществ при участии гидробионтов сбалансированное.Благодаря этому поддерживается определенный уровень качества воды
Процесс разложения и выведения загрязняющих веществ с круговорота водной среды вследствии взаимодействия механических,физических,физико-химических и биологических факторов получил название самоочищения вод.Механическое самоочищение-это процессы перетирания,механического раздробления отдельных частиц,фильтрации загрязненных вод через песчаные грунты.Физические процессы самоочищения включают осаждение(седиментацию) загрязняющих веществ под действием сил тяжести.
Химическое и физико-химическое самоочищение связано с оюразованием комплексных соединений,реакциями между отдельными веществами,сорбцией зависших частиц илом,глиной и другими донными отложениями,окислением не стойких веществ растворенных кислородом.Биологическое самоочищение вод включает такие составляющие:биофильтрацию,минерализвцию органических веществ,фотосинтетическую аэрацию-раэрацию,биоакумуляцию и биоиндикацию.
Биофильтрацию осуществляют организмы-фильтраторы,главным образом,двустворчатые моллюски и планктонные ракообразные.Пропуская через свое тело большое количество воды и очищая ее от зависших частиц,они используют органические и некоторые минеральные вещества как корм,а остаток выводят в воду в виде слизистых комков,которые оседают на дно.Благодаря этому происходит осветление воды и уменьшается концентрация загрязняющих веществ в ней.Гидробионты способны накоплять в организме загрязняющие вещества,которые находятся в воде.При этом коэффициент их накопленияКН загрязнителей может возрастать по сравнению с водой в тысячи-десятки тысяч и больше.Такое явление получило название биоаккумуляция,или биоконцентрирования.
Минерализация органических веществ связана с жизнедеятельностью гидробионтов,в первую очередь,бактерий разных физиологических групп.При органических загрязнениях численность бактерий возрастает.В частности,наличие кишечной палочки в воле сведетельствует не только об антропогенном загрязнении,а и про высокое содержание органических веществ,которое происходит путем отмирания гидробионтов,преимущественно фитопланктона и высших водных растений.