1.Wstęp

Tematem naszej prezentacji będzie „Wpływ działalności człowieka na eutrofizację wód”. By lepiej można było jednak zrozumieć ten temat, należy na początku zapoznać się z kilkoma ważnymi pojęciami dotyczącymi tego zagadnienia. Zacznę, zatem od pojęcia trofii. Trofia jest to termin określający produktywność biologiczną zbiorników wodnych. Pod pojęciem trofia zbiornika (trofizm) rozumie się także zespół czynników środowiskowych decydujących o żyzności zbiornika wodnego. Trofizm uzależniony jest od wielu czynników, np. ilości nawozów dostających się do wód, składu i liczebności organizmów itp. Najczęściej trofia zbiornika utożsamiana jest z zawartością biogenów w toni wodnej. Trofizm odnoszony jest najczęściej do jezior.

Ze względu na intesywność trofii wyróżniamy następujące wody:

• Oligotroficzne

• Mezotroficzne

• Eutroficzne

• Politroficzne

• Saprotroficzne

Teraz, zatem warto zapoznać się z pojęciem eutrofizacji, który jest głównym tematem naszej prezentacji. Eutrofizacja to wzrost trofii, czyli jak już zostało wcześniej wspomniane żyzności wód. Jest to wzrost pierwiastków biogennych, głownie związków azotu i fosforu. Związki te dopływają do wód w postaci mineralnej, bądź też, jako materia organiczna, która ulegając rozkładowi dostarcza przyswajalnych dla roślin form mineralnych tych pierwiastków. Eutrofizacja jest etymologicznie rzecz biorąc terminem mylącym, gdyż przedrostek „Eu” znaczy „dobry”, podczas gdy przeważnie mamy do czynienia właśnie z `niedobrą', nadmierną trofią. Eutrofizacja jest efektem nadmiernego dopływu substancji odżywczych, które w nadmiarze stanowią jeden z rodzajów zanieczyszczeń. Eutrofizacja jest procesem w pełni naturalnym, to działalność człowieka spowodowała, że zaczęto ją uważać za proces antropogeniczny. Stąd też teraz proces eutrofizacji można podzielić na:

Naturalny- występująca w jeziorach polodowcowych, których misy wypełniały się słabo mineralizowanymi wodami pochodzącymi z roztapiającego się lądolodu a następnie z wolna użyźniane i wypełniane materiałem wnoszonym przez zasilające je wody i produkowanym w ich toni wodnej.

Antropogeniczny- inaczej określana, jako „sztuczna”, odbywa się w jeziorach znajdujących się w zlewniach zasiedlonych przez ludzi, związanych z wylesieniem terenu, rozwojem gospodarstw wiejskich, osiedli i miast. Ten rodzaj eutrofizacji trwa od kilku do kilkunastu lat. My skupimy się właśnie na eutrofizacji antropogenicznej, gdyż to ona stanowi jak dotąd największe zagrożenie dla zbiorników wodnych.W następstwie jeziora stają się bagnami, a w końcu ekosystemami lądowymi. Proces ten trwa setki a nawet tysiące lat.

2. Eutrofizacja

2.1 Przyczyny eutrofizacji wynikające z działalności człowieka

Działalność człowieka w bardzo dużym stopniu przyspiesza eutrofizację wód. Główną przyczyną jest wzrost ładunków biogennych, w szczególności fosforu, który zawarty jest w detergentach, które docierają do wód wraz ze ściekami komunalnymi.

Kolejną przyczyną wzrostu eutrofizacji jest wzrost emisji tlenków azotu do atmosfery między innymi przez rozwój motoryzacji i dużą ich ilością w opadach atmosferycznych.

Także rozwój rolnictwa przyczynia się do zwiększenia eutrofizacji przez użycie dużej ilości nawozów np. azotowych, z których deszcze wypłukują azot do zbiorników wodnych.

Warto zwrócić uwagę na rozwój hodowli zwierząt, ponieważ w ich odchodach znajduje się duża ilość pierwiastków biogennych np. w hodowli ściółkowej zwierzęta produkują około 100-150kg azotu i 20-25kg fosforu na 1000kg biomasy zwierzęcia rocznie.

2.2. Stopniowe zarastanie jezior- etapy eutrofizacji

Jak już wiemy eutrofizacja jest procesem zachodzącym naturalnie lub antropogenicznie. Jednak użyźnianie naturalne zachodzi bardzo powoli mianowicie przejście zbiornika ze stanu oligotrofii czyli stanu niskiej żyzności do eutrofii (wysoka żyzność) trwa setki a nawet tysiące lat. Na skutek działalności człowieka jeziora zarastają dziesiątki a nawet setki razy szybciej.

Proces eutrofizacji początkowo powoduje umiarkowany wzrost produkcji biologicznej do której zaliczamy produkcje ryb (jest to zjawisko zdecydowanie pozytywne), jednak po przekroczeniu pewnej granicy wywołuje wiele niekorzystnych zmian. Na podstawie tych zmian możemy zakwalifikować wody do: oligotroficznych, mezotroficznych, eutroficznych i hipertroficznych (saprotroficznych).

Większość jezior w chwili powstania była oligotroficzna. Jezioro na tym etapie charakteryzuje się niską zawartością substancji odżywczych rozpuszczonych w wodzie oraz dobrym natlenieniem. Cała wyprodukowana materia organiczna podlega procesowi mineralizacji i powraca do obiegu, stąd mała ilość osadów. Dla tych zbiorników charakterystyczna jest duża głębokość do której dociera światło oraz mała ilość pierwiastków biogennych. Wskutek naturalnego procesu użyźniania, jezioro oligotroficzne przechodzi przez kolejne etapy eutrofizacji. Proces ten znacznie przyspiesza dopływ zanieczyszczeń antropogenicznych jak już wspomniałam wcześniej.

Gdy jezioro przechodzi w stadium wczesnej mezotrofii wzrasta żyzność wody ale także wzrasta produkcja na wszystkich poziomach łańcucha troficznego co zapewnia równowagę. Zwiększa się produkcja ryb, co powoduje zwiększoną ilość odłowów.

Jezioro przechodzi w dalsze stadia od eutroficznego do saprotroficznego podczas których zachodzą stopniowe zmiany (trudno jest określić konkretne granice danego stadium trofii na podstawie tych zmian, aby to uczynić stosuje się specjalne wskaźniki jakim jest np. krążek Secchiego). Teraz przedstawię kolejne zmiany zachodzące podczas wzmożonej eutrofizacji:

1. Obserwujemy nadmierny rozwój glonów fitoplanktonowych (czyli tzw. „zakwity wód”) które zmniejszają przezroczystość wody, pogarszając jej właściwości organoleptyczne. Zwykle wzrasta także udział sinic. Jest to grupa, której wiele gatunków utrzymuje się blisko powierzchni, tworząc kożuchy. Pod wpływem wiatru zostają one spychane do brzegu, wpychane do zatok. Niewykorzystana przez roślinożerców biomasa obumiera i opada na dno, tworząc opady organiczne. Często sinice przyżyciowo, a także w efekcie rozkładu wydzielają substancje toksyczne. Intensywne zakwity glonów występują nie tylko w zbiornikach, ale i w rzekach, gdzie są powodowane zwykle przez okrzemki i zielenice.

2. W strefie litoralu z powodu nadmiernego rozwoju fitoplanktonu pogarszają się warunki świetlne co z kolei powoduje ustąpienie roślinności zanurzonej.

3. Masowo rozwijają się w litoralu glony nitkowate, które tworzą maty na dnie, na roślinności zanurzonej, a także na młodych pędach roślinności wynurzonej. Rozwój tych glonów przyśpiesza zanikanie wymienionej roślinności. Co za tym idzie: ustępują ryby fitofilne, które odbywały tarło w roślinności zanurzonej oraz ginie fauna naroślinna będąca pokarmem wielu gatunków ryb. Powstające kożuchy uniemożliwiają także rekreacyjne użytkowanie strefy litoralu.

4. Rozkład osadów organicznych przez mikroorganizmy prowadzi do deficytów tlenowych, które z kolei powodują wyginięcie wielu gatunków zwierząt. Przy dalszym wzroście trofii w hypolimnionie w coraz większym stężeniu występuje siarkowodór.

5. W skrajnych przypadkach ( hypertrofia, saprotrofia) zupełne wyczerpanie tlenu i występowanie siarkowodoru zachodzi także w warstwach powierzchniowych (zwłaszcza w okresach bezwietrznych i wysokiej temperaturze). Siarkowodór może się także utleniać co prowadzi do zatrucia atmosfery.

Wszystkie te objawy można stosować do określenia poziomu trofii. Jednak bardziej precyzyjnie określa się go przez pomiar stężenia fosforu całkowitego w wodzie, o czym powiemy za chwile.

2.3 Pierwiastki odpowiedzialne za eutrofizację.

Azot to pierwiastek będący podstawowym składnikiem białek, jeden z makroelementów.

Jest on bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie dlatego też występuje w wodach powierzchniowych w postaci: N_2, NO₃, NH_4, NO₂. Dochodzi on do nich ze zlewni, atmosfery oraz z osadów dennych( ok. 90% zasobów) i organizmów. „Azot organiczny dopływa głównie z erodowanymi cząstkami gleby, ale również w postaci substancji organicznej rozpuszczonej. Ze ściekami nieoczyszczonymi mogą dopływać głównie formy organiczne oraz amonowe, z oczyszczalni - forma amonowa i azotanowa.”.[Hydrobiologia-limnologia Ekosystemy wód śródlądowych” Zdzisław Kajak, str. 191]

Forma w jakiej występuje azot w wodach powierzchniowych zależy także od sezonu, np. w sezonie wegetacyjnym dominuje zazwyczaj forma organiczna i azotanowa, natomiast w sezonie zimowym forma amonowa. Amoniak występuje od listopada do marca ponieważ jest wtedy dość chłodno co powoduje, że małe jego ilości są zużywane przez organizmy również nitryfikacja przebiega dość wolno. Jon ten występuje też w odtlenionych wodach głębinowych.

Warto zwrócić uwagę na to że forma azotynowa jest dość nie trwała, w warunkach tlenowych przechodzi w formę azotanową, a w beztlenowych w amonową. Dlatego przy dobrym natlenieniu dominują azotany.

Forma cząsteczkowa azotu jest pobierana z rozpuszczonego w wodzie powietrza przez sinice, bakterie planktonowe, denne i litoralne.

Fosfor to również jeden z makroelementów, jest gorzej rozpuszczalny niż azot i jest go niewiele w wodach powierzchniowych w stosunku do innych pierwiastków. Dopływa do wód powierzchniowych podobnie jak azot ze zlewni i atmosfery, a do mas wodnych tych ekosystemów dostaje się z osadów dennych i organizmów. W naturalnych warunkach mało fosforu dociera d wód, ponieważ jest on wiązany przez wapń(w środowisku zasadowym), żelazo, mangan i glin(w środowisku kwaśnym). Na lądzie pierwiastek ten występuje gównie w apatytach( stosuje się do wytwarzania nawozów oraz środków do prania i mycia) i fosforytach. W surowych ściekach fosfor występuje w formie substancji organicznej rozpuszczonej jak fosforany, w oczyszczonych ściekach natomiast w formie fosforanowej , łatwo przyswajalnej dla roślin. Dlatego można wyróżnić dwie grupy:

1. postać cząstkowa: seston

2. postać rozpuszczona, koloidalna

„1 mg fosforu wystarcza do wyprodukowania 100mg suchej ,masy glonów”

Przeciwnie niż azot w sezonie wegetacyjnym fosforu prawie nie ma w wodach, gdyż jest wychwytywany przez organizmy(forma biosestonowa).

„Procesy zwiększające ilość fosforu w wodzie to:

a) dopływ ze zlewni

b) mieszanie wody wprowadzające do wód powierzchniowych fosfor z wód przydennych, wód interstycjalnych i z cząsteczkami osadów dennych,

c) przeciwdziałanie sedymentacji przez połykanie przez zooplankton cząsteczek sedymentujących oraz ich rozdrabnianie,

d) destrukcja i mineralizacja substancji organicznej przez bakterie, w procesach autolizy, oraz poza komórkowego rozkładu enzymatycznego. Procesy destrukcji bakteryjnej są modyfikowane przez konsumentów wpływających na ilosć bakterii, a także na charakter substratu destruowenego - przez jego konsumpcję i zmiany przy trawieniu i wydalaniu. Zwierzęta wpływają na procesy destrukcji także przez mieszanie i natlenianie osadów dennych(ryby i bezkręgowce), wzbogacenie ich w łatwo rozkładalną substancję organiczną w postaci fekaliów itd. Także masowa sedymentacja zakwitów fitoplanktonu stymuluje destrukcję w osadach dennych przez dostarczenie łatwo rozkładalnego substratu,

e) transport fosforu z warstw głębinowych ku powierzchni przy ruchach(mieszanie wiatrowe, cyrkulacja, sejsze), ale także przy przemieszczaniu fitoplanktonu ku powierzchni oraz przy wypływaniu pęcherzy gazu i płatów mułu z dna ku powierzchni,

f) wydzielanie z osadów dennych, w wyniku procesów fizycznych i chemicznych, ale także stymulowanie przez zoobentos oraz makrofity(transport z podłoża do wody przez makrofity, zwłaszcza przy dość niskich stężeniach fosforanów w wodzie)

Pierwiastki te powodują eutrofizację, ponieważ ich ładunki są bardzo wysokie około kilkunastu gramów fosforu i 200g azotu rocznie na 1 m² powierzchni zbiornika, jest to ilość przekraczająca setki razy poziom dopuszczalny.” [Hydrobiologia-limnologia Ekosystemy wód śródlądowych” Zdzisław Kajak, str. 189-190]

2.4 Obieg tych pierwiastków w przyrodzie

Azot:

Ilościowo, dominującą formą azotu we wszystkich zbiornikach wodnych jest azot atmosferyczny rozpuszczony w wodzie. Wiązanie tego azotu wymaga obecności enzymu nitrogenezy, ( dlatego ta forma wykorzystywana jest przez niektóre prokarionty. Dla organizmów autotroficznych pozbawionych zdolności do wiązania azotu cząsteczkowego, najważniejszymi źródłami azotu nieorganicznego są azotany, azotyny i amoniak, które dostają się do obiegu dzięki działalności człowieka wraz z dopływami powierzchniowymi, wodą gruntową i odpadami. Przemiany azotanów, azotynów i jonów amonowych to szereg procesów mikrobiologicznych, którym towarzyszą zmiany stopnia utlenienia, dlatego ich przebieg zależy od ilości tlenu. W procesie ”oddychania azotanowego”, które zachodzi w środowisku beztlenowym, azotany ulegają przemianie w jony amonowe lub do azotu . Zachodząca w środowisku tlenowym nitryfikacja polega na przemianie amoniaku do azotanów poprzez azotyny. Zależność przebiegu tych procesów od obecności i stężenia tlenu prowadzi przede wszystkim w jeziorach eutroficznych do charakterystycznych zmian stężenia nieorganicznych form azotu wraz z głębokością. Im głębiej w zbiorniku wodnym tym poziom tych związków znacznie wzrasta.[„Ekologia wód śródlądowych”, W.Lampert i U.Sommer str.318]

Fosfor:

W przeciwieństwie do azotu, fosfor w ekosystemach wodnych występuje niemal wyłącznie w jednej formie, jako reszta kwasu fosforowego- ortofosforan. Fosfor znajdujący się w glebie jest przyswajany przez bakterie fosforowe, a rozpuszczony w toni wodnej przez plankton. Organizmy te przetwarzają związki fosforu w formy dostępne dla roślin i zwierząt. Rozpuszczalne w wodzie związki fosforu są pobierane przez rośliny, które wbudowują go w związki budujące komórki. Dla konsumentów źródłem fosforu są rośliny zielone oraz, ewentualnie, niższe w piramidzie troficznej poziomy konsumentów. Ostatnim ogniwem organizmów wykorzystujących fosfor są reducenci, organizmy te uwalniają także ten pierwiastek do środowiska w postaci rozpuszczalnych w wodzie fosforanów.[„Ekologia wód śródlądowych”, W.Lampert i U.Sommer str. 231-324]

2.5. Źródła biogenów (punktowe, obszarowe-rozproszone, liniowe)

Mówiłyśmy już o przyczynach i pierwiastkach odpowiedzialnych za eutrofizację więc teraz przedstawimy drogi dopływu tych substancji. Rozróżniamy ładunki do wód ze źródeł punktowych, obszarowych (rozproszonych) jak też liniowych.

Przy opisie tych źródeł pojawi się pojęcie zlewni. Zatem zlewnia jest to obszar z którego wody spływają do jednego określonego miejsca- zbiornika lub cieku. ( rysunek na tablicy prezentujący powierzchnię zlewni). Rozróżniamy zlewnie bezpośrednią, z której wody spływają bezpośrednio lub za pośrednictwem małych cieków oraz pośrednią, tzn. obszar nie kontaktujący się z danym zbiornikiem bezpośrednio, z którego wody są doprowadzane do tego zbiornika za pośrednictwem większego cieku (lub cieków) [„Hydrobiologia-limnologia” Z. Kajak, PWN Warszawa 1998].

• Źródła punktowe- to ujścia rur, rowów, kanałów, potoków- z fabryk, zakładów przemysłowych, osiedli (kanalizacja), ferm itd. Tu należy równie zaliczyć hodowlę sadzową ryb oraz zrzuty wód ze stawów rybnych, a także odcieki z gnojówek, składowisk nawozu, składowisk odpadów itd. (odcieki ze składowisk mogą dopływać zarówno w sposób punktowy, jak i rozproszony ) („Hydrobiologia-limnologia” Z. Kajak, PWN Warszawa 1998). Jeśli występują zrzuty punktowe to zwykle one dominują w obciążani zbiornika fosforem i azotem. Zasilanie, głownie w rejonach rekreacyjnych. Ze źródeł punktowych jedynie ścieki kampanijne, np. cukrownicze, gorzelniane, maja charakter sezonowy- dopływają one głownie jesienią i zimą. Łatwo można je oszacować i zlikwidować.

• Źródła obszarowe- ładunki dopływają z całej powierzchni zlewni po powierzchni ziemi (spływ powierzchniowy) i pod ziemią, na całej linii brzegowej, a także to przeważnie dochodzi dość równomiernie w ciągu roku lub nasila się w sezonie wegetacyjnym niewielkimi, często okresowymi ciekami zbierającymi wody z obszaru zlewni bezpośredniej. Do ładunków rozproszonych (nie punktowych) należy także zanieczyszczanie wód powodowane przez ptactwo wodne oraz przez rekreacje („Hydrobiologia-limnologia” Z. Kajak, PWN Warszawa 1998). Zasilanie obszarowe zwiększa się głównie w okresach gdy występują silniejsze opady i spływy wód oraz gdy szata roślinna jest słabo rozwinięta lub jej nie ma. Wartość eksportu obszarowego substancji do wód powierzchniowych jest zróżnicowana. Najwięcej substancji spływa z terenów intensywnego rolnictwa oraz wód powierzchniowych miasta natomiast najmniejsza ilość substancji pochodzi z lasów.

Źródła te są bardzo trudne do oszacowania, w większości przypadków praktycznie niemożliwe.

• Źródła liniowe- spłukiwane są z linii kolejowych i dróg biegnących wzdłuż wód powierzchniowych. Wbrew pozorom są to znaczne ilości fosforu i azotu. By obliczyć te ładunki stosuje się odpowiednie współczynniki spływu powierzchniowego N i P.

3.Wnioski

1. Podsumowując nasza pracę, każdy już chyba wie, że eutrofizację dzielimy na naturalna i antropogeniczną, o której głównie była nasz referat.

2. Działalność człowieka ma bardzo duży wpływ na eutrofizację wód, głównie jest to:

- zbyt duża emisja spalin

- ścieki

- ogromne zużycie różnych środków chemicznych(detergentów)

- duże hodowle zwierząt

3.Jak wynikało z naszej pracy eutrofizacja nie jest procesem korzystnym, w najgorszym przypadku prowadzi nawet do całkowitego wyschnięcia jeziora. Przypomnimy jeszcze raz podział jezior ze względu na intensywność trofii, żeby każdy dobrze zapamiętał:

- Oligotroficzne - charakteryzujące się niską zawartością substancji osżywczych, odznaczające się bogactwem flory i fauny, przy niewielkiej liczebności osobników danego gatunku

- Mezotroficzne - odznaczające się umiarkowaną żyznością wód wynikającą z niedużej ilości biogenów i substancji organicznych w zbiorniku wodnym

- Eutroficzne - charakteryzujące się dużą koncentracją substancji odżywczych rozpuszczonych w wodzie, odznacza się niska różnorodnością biologiczną przy wysokiej liczebności osobników danego gatunku

- Politroficzne - odznaczające się bardzo sużą koncentracją substancji odżywczych, co powoduje solny rozwój życia biologicznego przy jednoczesnym spadku ilości tlenu.

- Saprotroficzne - jest to stan najwyższej żyzności, przeciążenia substancją organiczną, najczęściej występuje całkowity deficyt tlenu

4. Azot i fosfor to pierwiastki odpowiedzialne za eutrofizacje wód, są to jedne z ważniejszych pierwiastków tworzących materię. Jednak jak widać ich nadmiar w przyrodzie bardzo szkodzi niektórym ekosystemom.

5. Wyżej opisane pierwiastki trafiają do wód różnymi drogami. Są to źródła punktowe takie jak ujścia rur, rowów, potoków. źródła obszarowe, (do których zaliczane są źródła rozproszone) czyli takie z których ładunki dopływają z całej powierzchni zlewni po powierzchni ziemi, czy tez źródła liniowe w których jak sama nazwa wskazuje ładunki spłukiwane są z linii kolejowych i dróg biegnących wzdłuż wód powierzchniowych.

4. Piśmiennictwo

1. Z.Kajak „Hydrobiologia- Limnologia, Ekosystemy wód śródlądowych”, wyd. PWN, Warszawa 1998 str.237-274

2. W.Lampert, U.Sommer „Ekologia wód śródlądowych”, wyd. PWN, Warszawa 1996 str. 318-321, 334-336

12

---