Что вызывает цветение водоемов
Цветение воды
Цвете́ние во́ды в водоёмах – природное явление, вызываемое массовым размножением фитопланктона – свободно парящих в воде микроводорослей. Этот термин объединяет виды, входящие в 13 групп водорослей. Весной и осенью в водоёмах преобладают холоднолюбивые диатомовые водоросли, имеющие большие клетки с кремневым панцирем. Следует заметить, что при отмирании панцирь диатомовых опускается на дно и может сохраняться долгое время. На этом основан так называемый диатомовый анализ – метод реконструкции условий, которые были в данном водоёме многие годы назад (сотни и тысячи лет). Это позволяет оценить изменения экологических условий в водном объекте.
Большинство водорослей насыщает воду кислородом в процессе фотосинтеза, нейтрализует многие химические соединения, поглощает нитраты и углекислый газ при разложении органики, контролирует развитие бактерий. Многие одноклеточные виды служат пищей для мальков рыбы, рачков, коловраток и т.д.
Длительное время доминирующее развитие одного или нескольких видов фитопланктона в водоёмах в отдельные периоды интересовало лишь узкий круг специалистов-гидробиологов. Однако с середины ХХ в. цветение воды природных водоёмов стало принимать характер серьезной глобальной экологической проблемы. В летний период негативные последствия массового развития группы сине-зелёных водорослей стали принимать угрожающие масштабы. По особенностям строения клетки эта группа водорослей близки к бактериям, поэтому их иначе называют цианобактериями. Среди тысяч описанных видов цианобактерий имеются формы одноклеточные, колониальные и нитчатые. Высокая приспособляемость сине-зелёных водорослей к условиям окружающей среды обусловила их широкое распространение в природе. В неблагоприятных условиях сине-зелёные водоросли формируют покоящиеся клетки – споры, или акинеты. Осенью при снижении температуры эти споры опускаются на дно, перезимовывают, сохраняя жизнеспособность популяции, а весной прорастают и вплывают на поверхность воды к свету.
При возникновении благоприятных условий клетки сине-зелёных водорослей размножаются с огромной скоростью простым делением. Удвоение их массы происходит в считанные часы и концентрация в воде достигает миллионов клеток в миллилитре. Цветение воды классифицируют по биомассе водорослей: слабое – до 1 мг/л, умеренное – 1–10 мг/л, интенсивное – 10–50 мг/л, гиперцветение – более 50 мг/л. В водоёмах средней полосы России среди сине-зелёных доминируют виды родов Microcystis, Anabaena и Aphanizomenon. Мониторинг цветения осуществляется путём анализа видового состава с измерением биомассы водорослей. Широко применяется оценка биомассы через измерение концентрации хлорофилла. Этот пигмент синтезируется в клетках фитопланткона и обеспечивает оптимальное функционально-активное состояние растительной клетки. Процессы образования и разрушения хлорофилла связаны с общим метаболизмом растительного организма. Поэтому по хлорофиллу оценивают степень развития водорослей, их биомассу и первичную продукцию, судят об уровне трофии и нагрузке биогенными элементами водоёма в целом. Спектрометические методы определения хлорофилла позволяют проводить мониторинг этого пигмента из космоса, отслеживая крупные пятна цветения внутренних водоёмов и морей.
В интенсивно цветущих водоёмах концентрация этого пигмента может достигать 300 мкг/л.
Во время массового развития сине-зелёных водорослей наблюдаются характерные «пятна цветения» (в англоязычной литературе для их обозначения используется термин «bloom») вызванные ветровым переносом лёгких, концентрирующихся у поверхности клеток водорослей. Наиболее высоких концентраций водоросли достигают в заливах, где в результате нагона образуются плотные слои сине-зелёного цвета.
При оседании водорослей на дно происходит окисление органического вещества. В летний и зимний периоды при стратификации водной толщи не происходит обогащения кислородом нижних слоёв воды верхними, возникает аноксия, т.е. бескислородный режим. Химическое состояние в придонных слоях и донных осадках сдвигается от окислительных к восстановительным условиям, благоприятствующим выделению из донных осадков токсикантов, например тяжёлых металлов.
Резкий скачок потребления кислорода разлагающейся органической массой в это время приводит к возникновению кислородных дефицитов и рыбных заморов. Цветение воды наносит существенный ущерб рыбному хозяйству и создаёт серьезные проблемы для муниципального водоснабжения. Известны случаи забивания фильтров водопроводных станций сгустками цианобактерий. Наконец, существенным отрицательным следствием развития сине-зелёных следует считать явление биокоррозии – обрастания трубопроводов, оборудования электростанций, плотин биопленками цианобактерий. Таким образом, проблема цветения водоёмов сине-зелёными водорослями должна волновать не только гидробиологов и гидроэкологов, но и государственные органы, ответственные за охрану здоровья и защиту окружающей среды.
Причиной возрастающих масштабов цветения водоёмов сине-зелёными водорослями считается избыточная нагрузка на водоёмы биогенных веществ, прежде всего фосфора. Это явление, называемое антропогенным эвтрофированием, приобрело глобальный характер и в настоящее время является предметом активных исследований. При этом массовое развитие сине-зелёных водорослей наблюдается не только в водоёмах замедленного водообмена, но и в реках. Обычно массовое развитие цианобактерий связывают с высокими концентрациями минерального фосфора в воде водоёма, низким отношением содержания в воде азота к фосфору, низкой концентрацией в воде дафний, способных потреблять некоторые виды сине-зелёных, благоприятным температурным режимом для теплолюбивых видов фитопланктона. Важное значение для быстрого развития цианобактерий и образования пятен цветения имеет сравнительно слабый пресс более высоких трофических уровней, поскольку крупные колонии сине-зелёных водорослей непригодны в качестве пищи для зоопланктона, предпочитающего другие группы. К сожалению, если физиология и экология цианобактерий в значительной мере изучена, то полного понимания механизмов цветения пока наукой не достигнуто. В настоящее время не существует не только универсальных, но даже и для отдельных водоёмов теоретически обоснованных методик прогнозирования развития фитопланктона. Причина этого – чрезвычайная сложность и многофакторность этого явления; при этом определяющие цветение факторы действуют одновременно и с разной интенсивностью.
Серьёзные негативные последствия цветения обусловили активную разработку их научного исследования и поиск мер, направленных на сдерживание развития токсичных цианобактерий. Помимо специальных водоохранных программ по снижению внешней нагрузки на водоёмы биогенных веществ разрабатываются мероприятия для подавления цветения в самом водоёме. Эти мероприятия включают как прямые методы подавления цветения, например применение альгицидов, так и косвенные, направленные на усиление лимитирующих факторов цветения и понижения способности экосистемы к фотосинтезу. Определённую роль может играть культивирование и ежегодное скашивание конкурентов фитопланктона – макрофитов. Среди попыток направленного воздействия на экосистемы особое место занимают биологические методы, называемые биоманипуляцией. Известным биологическим способом подавления массового развития цианобактерий является вселение в водоём растительноядной рыбы – белого толстолобика, хотя этот метод далеко не всегда оказывается успешным. В любом случае для реализации методов биоманипуляции необходимы широкие полевые испытания биохимических методов и разработка научных способов внесения биологических субстанций в водоёмы. Очевидно, что перспектива борьбы с цианобактериальным цветением водоёмов связана с применением комплексных экотехнологий, сочетающих различные методы подавления цветения.
Цветение воды
Во второй половине лета можно заметить, что вода в прудах, озерах, реках, морях меняет цвет, становится зеленой, желтой или даже коричневой. Это явление называется цветением воды, но никакого отношения к появлению на поверхности красивых бутонов оно не имеет.
Условия и причины цветения воды
Пруд, в котором еще неделю назад купались дети, а деревенские жительницы полоскали белье, вдруг затянулся зеленой ряской и стал непригоден для использования человеком. Цветение водоема вызывают микроорганизмы, количественный баланс которых в воде нарушается по разным причинам. Возбудителями процесса являются сине-зеленые водоросли трех видов, размножающиеся делением клеток:
Это полезные микроорганизмы, положительно влияющие на жизнь в водоемах, обогащающие воду кислородом. В сбалансированном количестве они не заметны глазу и определяются только в лабораторных условиях. Но когда бактерий становится слишком много, пигмент водорослей окрашивает воду.
Из красивого пруда водоем может превратиться в болото по разным причинам:
Главное условие, которое вызывает этот процесс – застой воды. Это оптимальная ситуация для скоротечного развития фитопланктона. Его концентрация составляет 1 миллион и более одноклеточных на 1 миллилитр воды. Но цветение может происходить и в реках с устойчивым течением, наблюдаться в пресных стоячих водоемах, в соленых заливах и лиманах морей. Не мешает явлению даже ледяной покров.
Последствия для водоемов
Критичная концентрация микроорганизмов приводит к непригодности воды для использования человеком. Ее нельзя пить, так как вредные микробы могут вызвать сильнейшее отравление. Не рекомендуется купаться. Попав в организм, бактерии вызывают серьезные инфекции, конъюнктивит, менингит, аллергически реакции.
Страдают и сами водоемы. Ядовитые вещества, выделяемые водорослями, губят все живое. Застой и засорение прудов приводит к снижению уровня кислорода, от чего страдают рыбы. Отравленную рыбу съедают водоплавающие птицы, млекопитающие, человек – последствия летальные, страдают все звенья длинной цепочки эко-системы.
Поскольку растения будет некому съедать, умирая, они оседают на дне водоема, провоцируя образование грибов, на которых поселяются гнилостные бактерии. Они в свою очередь самоуничтожаются, не справляясь с потреблением углекислого газа, который сами же и выделяют. Из красивого водоема с прозрачной водой пруд превращается в гнилостную зловонную яму.
Борьба с цветением воды
Для сдерживания роста численности цианобактерий применяется целый комплекс мер, но в крупных водоемах добиться их эффективности сложно. Используются:
Целесообразность вышеперечисленных способов вызывает сомнения. Внесение химикатов нарушает баланс минералов, очистить все реки, озера и пруды вручную невозможно, а рыбы не всегда справляются с поставленной задачей. Поэтому главный способ не допустить цветения – заботиться о сохранности эко-системы, не засорять водоемы, беречь природу.
Почему цветет вода и как этого избежать
Для любого садовода конечная цель, на реализацию которой бросаются все силы и ресурсы, вкладываемые в дачу, — это создание собственного эдема. А какие же райские кущи без водоема? Но после того как первый восторг от созерцания собственного дачного пруда пройдет, вы обязательно столкнетесь с необходимостью регулярного обслуживания последнего, чтобы тот не превратился в лужу с мутно-зеленой водой. Какие же проблемы могут ожидать владельца пруда? Одни из основных — помутнение воды и неприятный запах. Разберемся, почему цветет вода и как этого избежать.
Почему цветет вода?
Почему цветет вода
Вода в водоеме может потерять свою прозрачность по разным причинам. Но в нашем случае имеется в виду изменение цвета воды в связи с развитием фитопланктона. Явление это нельзя назвать экстраординарным. Обусловлено оно естественными сезонными процессами — в воде происходит быстрое развитие популяции микроводорослей и фотосинтезирующих бактерий.
Цветение воды
Чаще всего это разновидности одноклеточных сине-зеленых водорослей, которые на самом деле — бактерии, способные к фотосинтезу: цианобактерии. Кстати, именно они и создали кислород в атмосфере нашей планеты около 2,4 млрд лет назад. Помимо цианобактерий, в «деле цветения» замешаны также другие виды простейших, например динофлагелляты.
Так называемое цветение воды — термин условный, в ботаническом смысле ничто там не цветет. Наступление благоприятных условий — тепло и обилие питательных веществ, особенно фосфора — провоцирует бурное размножение микроорганизмов. Размножаются они просто: делением, поэтому скорость — приличная. Вода приобретает зеленый цвет благодаря огромному (оно может достигать более 50 мг/л) скоплению микроскопических организмов.
Наблюдаемое цветение воды — просто огромная колония цианобактерий
Вода цветет не только в прудах, озерах и реках. Бактерии активно размножаются и в морях-океанах, создавая сюрреалистические картины, видимые из космоса. Хотя явление это и имеет естественное происхождение, но в последние десятилетия экологи, гидрологи и специалисты по водной флоре и фауне волнуются: потепление климата и антропогенное загрязнение водоемов ведет к повышенной активности бактерий.
Цветение океана видно из космоса. Фото с сайта meteovesti.ru
В северных регионах встречаются преимущественно сине-зеленые водоросли, окрашивающие воду в оттенки зеленого. Но цветение может выглядеть и иначе: в зависимости от разновидностей микроорганизмов вода может стать бурой, красной или розовой. Например, жители Калифорнии или Флориды имеют возможность наблюдать красный прилив — мегапопуляцию динофлагеллятов. Ученые считают, что первая из Десяти казней египетских — это как раз и есть красный прилив: «…и вся вода в реке превратилась в кровь, и рыба в реке вымерла, и река воссмердела. » (Исх. 7:20,21).
Красный прилив
Миллиарды и миллиарды бактерий во время активного цветения быстро живут (их жизненный цикл всего половина суток), умирают и опускаются на дно. Гниение такой массы органики вызывает усиленное поглощение кислорода, что приводит к замору рыбы. Кроме того, продукты жизнедеятельности бактерий содержат токсичные вещества для водных жителей. Токсины накапливаются в рыбе и моллюсках и могут привести к заболеванию гаффской болезнью людей, употребляющих рыбу и морепродукты.
Как этого избежать
Конечно, для дачника гаффская болезнь не слишком опасна. А вот неэстетичный вид пруда или зелень в бассейне радости не добавят. Как же бороться с цветением воды или не допустить его?
К слову, многие владельцы водоемов со стажем не борются никак, считая это таким же природным явлением, как летняя гроза или лед на пруду зимой: в здоровом водоеме активизация бактерий длится неделю-полторы, а потом вода вновь становится прозрачной.
Зелень в бассейне радости не добавляет
1. Гармоничный водный мир
Первый способ избежать цветения воды — создать устойчивый биоценоз. Цианобактерии — первая ступень в пищевой цепочке. Если есть кому их поглощать, то размножившиеся в благодатных условиях микроорганизмы никому не повредят, а только добавят питания обитателям пруда.
Создайте в своем водоеме гармоничный мир
2. Не дать им шанса
Садовый водоем требует регулярного ухода
3. Нет застойным явлениям
Как известно, чаще и быстрее всего зацветает стоячая вода. Если нет возможности сделать проточный водоем (с очисткой или заменой воды), дополните свой пруд водопадом, фонтаном или просто установите аэратор. Текущая вода устранит застойные явления и дополнительно внесет кислород. Это поможет остальным обитателям пруда чувствовать себя лучше и активнее поедать фитопланктон.
Установите в пруду аэратор воды
4. Следите за уровнем pH
Средства против цветения воды
Если ваш пруд или бассейн зацвел, то стоит внимательно присмотреться к его устройству: все ли изложенные выше рекомендации соблюдены?
Записки астраханского натуралиста. Почему цветет Волга?
Каждое лето, да порой и весной, астраханцы видят, что Волга цветет, ее вода становится неприятного зеленоватого цвета, и пахнет от нее не самым приятным образом – причем даже водопроводная вода сохраняет этот запах, да и неприятный привкус. А в ериках и речушках в теплое время часто случаются заморные явления, когда дохлая рыба покрывает их берега. Почему же все это происходит – об этом я решил спросить гидробиолога Астраханского государственного биосферного заповедника Марию Бирюкову. Микрофотографии различных водорослей и планктона предоставили коллеги Марии из Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Москва).
Мария, чем вообще занимается гидробиология? Только коротко и понятно для людей без биологического образования.
— Гидробиология – это наука о надорганизменных формах организации жизни, изучающая структуру и функционирование водных экосистем. Звучит сложно, но зато емко. Гидробиология изучает отдельные водные организмы, их скопления (популяции и сообщества), их взаимодействия друг с другом и неживой природой, чтобы применять полученные знания в интересах освоения гидросферы и оптимизации взаимодействия человеческого общества с водными экосистемами.
Практические задачи которые решает гидробиология:
1. Повышение биологической продуктивности водоемов для получения из них наибольшего количества биологического сырья.
2. Разработка биологических основ обеспечения людей чистой водой, в том числе оптимизация функционирования экосистем, создаваемых для промышленной очистки питьевых и сточных вод.
3. Экспертная оценка экологических последствий зарегулирования, перераспределения и переброски стока рек, антропогенного изменения гидрологического режима рек (малых и крупных), озер и морей.
4. Оценка вновь создаваемых промышленных, сельскохозяйственных и других предприятий для водных экосистем с целью охраны последних от недопустимых повреждений.
5. Мониторинг состояния водных экосистем.
Главным методом гидробиологии, как и остальных экологических дисциплин, является системный подход, т. е. рассмотрение экосистемы целиком.
Внутренняя часть плавучей цианобактериальной плёнки
В последнее десятилетие довольно остро встала такая проблема, как цветение воды в Волге, в водохранилищах Волжского каскада. В самые жаркие периоды даже у водопроводной воды часто меняется вкус, поэтому этот вопрос интересует если не всех, то многих. Почему это вообще происходит?
Когда водоросли «цветут», растет их количество, увеличивается их биологическая масса и чем больше низших водорослей в воде, тем больше накапливается продуктов их жизнедеятельности. Отсюда в водопроводной воде запах специфический и вкус не приятный. На мой взгляд, про водопроводную воду и ее качество нужно говорить отдельно, так как это затрагивает тему очистных сооружений и эффективность их эксплуатации.
Низшие растения рода педиаструм
Это относительно новый процесс для р. Волга или это было и раньше? В чем причина того, что цветение воды теперь отмечают не только в южных регионах, но и намного севернее?
— Процесс «цветения» воды был, есть и будет всегда. Ничего страшного в этом нет, если это не приобретает тяжелую форму. Если вернуться на 50 или 100 лет назад, то действительно такого массового развития и «цветения» фитопланктона в верхней и центральной частях бассейна реки Волга не было. В первую очередь это связано с развитием сельскохозяйственного и промышленного секторов, которые выбрасывают удобрения, отходы своего производства в реки, а так же недостаточной работой очистных сооружений. То, что мы видим сейчас – это результат их деятельности, хотя и климатический фактор вносит сюда свою лепту.
Может, это дилетански прозвучит, но неужели никто не ест эти сине-зеленые водоросли, да и фитопланктон в целом? Как бороться с этим явлением?
— Управа на фитопланктон есть. Низшими водорослями питаются достаточно большое количество животных организмов. Фитопланктоном питается весь зоопланктон, за исключением хищных форм водных беспозвоночных, а так же некоторые представители ихтиофауны, например, белый амур, толстолобик и частично веслонос (хотя большую часть рациона его составляет зоопланктон и личинки насекомых). Молодь рыб тоже потребляют фитопланктон. Некоторые виды цианобактерий человек потребляет в пищу в виде суспензий и порошков, из которых делают БАДы. Например, Носток и Спирулина. Есть хищные водные растения, которые питаются фитопланктоном, к примеру Пузырчатка обыкновенная (о которой мы уже писали). В ее ловчих аппаратах я обнаружила множество эвгленовых водорослей и одиночные клетки диатомовых и зеленых водорослей, некоторых цианобактерий.
Методики борьбы с фитопланктоном были разработаны и предложены достаточно давно, постоянно возникают новые способы, появляются новые установки для очистных сооружений. Стоят подобные системы дорого, в основе их работы всегда есть и остаются в первую очередь механические способы удаления, затем уже химические. С химическими реагентами надо быть осторожными, чтобы не нарушить нормы ПДК по СанПину, поэтому им на смену приходят ультрозвуковые и лазерные системы очистки или доочистки.
В СССР эта тема изучалась очень хорошо. Проводились массовые и комплексные эксперименты, сине-зеленые водоросли летали в космос. Ученые пытались выделить полезные компоненты из токсикантов цианобактерий. Сейчас довольно активно фитопланктон применяется в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности в Китае, Корее, Японии, США, странах Европы. Из красных и бурых водорослей получают агар-агар, который выступает растительным заменителем желатина.
В России же большую часть разработок предшественников положили на полки пылиться. Не многие нынешние заинтересованные лица хотят понимать проблематику фитопланктона, вникать в причины и искать пути решения. Хотя решений масса, этому нужно уделить время и внимание.
Фрагмент нити низшего растения рода Spyrogyra
Сине-зеленые водоросли, если я не ошибаюсь, уменьшают количество кислорода в воде и приводят к заморам, гибели рыбы – это так?
— Не только сине-зеленые водоросли, но и зеленые, и диатомовые, и пирофитовые или сразу комплекс из водорослей. Под замором следует понимать резкое уменьшение растворенного кислорода в воде и увеличения доли растворенных неорганических и органических соединений. Днем все эти водоросли в процессе фотосинтеза выделяют кислород, а ночью, наоборот, его поглощают и выделяют СО2. Помимо фотосинтеза растворенный кислород в воде расходуется на биологическое потребление кислорода и на химическое потребление кислорода. Резкие скачки уровня кислорода в воде вызывают «шоковое» состояние у ихтиофауны (и не только у нее). Так же водоросли выделяют токсиканты в виде продуктов своей жизнедеятельности, которые тоже оказывают на рыбу негативное влияние.
Колония зеленой водоросли рода Micractinium
Как вообще меняется состав воды, содержание фитопланктона, сине-зеленых водорослей в р. Волга?
Если рассматривать состав и соотношение фитопланктона в воде в течение всего года, то он так же не постоянен. Зимой и ранней весной преобладают диатомовые водоросли и холодолюбивые формы зеленых и сине-зеленых водорослей. Весной, с прогреванием воды, начинается рост бактериофауны и микроскопических грибов, за ними подтягиваются сине-зеленые водоросли, диатомовые достигают массового развития, но с увеличением температуры воды им на смену приходят зеленые водоросли. К концу мая, началу июня и весь июль, август и пол сентября в наших водоемах массово развиваются зеленые и сине-зеленые водоросли. Каждый из этих отделов в водоеме занимают свою нишу, иногда конкурируя между собою. В течение самого теплого сезона также активно развиваются эвгленовые водоросли, нитчатые сине-зеленые водоросли, нитчатые колонии зеленых водорослей. В стоячих водоемах, среди них могут попадаться золотистые, желтые и другие водоросли. Диатомовые водоросли сменяются на теплолюбивые формы. Они, как правило, тяжелые, держатся в придонных слоях воды, с ними соседствуют пирофитовые водоросли. С конца сентября и до первого льда, снижается количество зеленых и сине-зеленых водорослей. Они отмирают и массово оседают на дно, где начинается активный процесс их разрушения и потребления животным и бактериальным комплексом.
Обрастание колонией диатомовых водорослей рода Cymbella
Было очень интересно узнать о фитопланктоне. Я думаю, что это наш не последний разговор, и главный вывод, который я для себя сделал: цветение воды — это не какое-то природное бедствие, его можно и предотвратить, и сгладить последствия. Я помню времена, когда городские каналы напоминали зеленые стоячие болота, в которых, наверное, не было ни одной рыбы. Сейчас в них почаще меняют воду и они стали прозрачными и чистыми, над ними летают чайки и другие птицы, в них водится рыба. Главное — заниматься этой проблемой, инвестировать в нее время и деньги, изучать те последствия, к которым привело создание Волжского каскада.
— Вы правы. Рациональное использование водных ресурсов требует внимания, понимания и изучения. Если уж подчинять водные экосистемы на благо человечества — это значит нести полную ответственность за то, что используешь, оценивать риски потерь, масштабы последствий и отдавать отчет о том, что чистое потребительское отношение к водным ресурсам без сохранения таковых приведет рано или поздно к плачевным результатам. Собственно, мы уже это наблюдаем. Задача всего общества, не только нашего региона, научиться беречь, сохранять и приумножать то, что имеем. Каждый житель может это сделать уже сейчас, взяв на себя ответственность за свои действия по отношению к водоемам нашего уникального региона. И начать стоит с мусора, его ни в коем случае нельзя бросать в реки и оставлять на берегах. А для крупномасштабных мероприятий у нас есть государственные программы.