Процессы естественного самоочищения
При применении экотехнологических решений оздоровления водоемов, не стоит забывать и о разнообразных естественных механизмах самоочищения и восстановления, постоянно протекающих в водоеме и зачастую первостепенно определяющих состояние водных экосистем. Для формирования качества воды, ее очищения в водных экосистемах являются важными многие физические, химические и биологические процессы. Перечень основных процессов приведен ниже (цит. по Остроумов, 2002, 2004, 2005).
Табл. 2.1.1. Некоторые факторы и процессы, участвующие в самоочищении воды. ЗВ – загрязняющие вещества; РОВ – растворенное органическое вещество; ВОВ – взвешенное органическое вещество
В некоторых озерах в год окисляется следующее количество углерода (в гС на 1 м2 зеркала озера): благодаря дыханию фитопланктона 19,1; за счет дыхания зоопланктона 12,0; окисление бактериями в донных осадках 17,3
Внеклеточная ферментативная трансформация ЗВ
Удаление взвешенных частиц и ЗВ из столба воды в результате фильтрации воды гидробионтами
Для кладоцер объем профильтрованной воды составляет до 40 (иногда до 130) мл на 1 животное в сутки; для копепод объем составляет до 2-4 мл (иногда до 27) на 1 животное в сутки
Удаление ЗВ из столба воды в результате сорбции пеллетами, экскретируемыми гидробионтами
Предотвращение или замедление выхода биогенов и ЗВ из донных осадков в воду, аккумуляция и связывание биогенов и ЗВ бентосными организмами
Вынос С, N, P из экосистемы при вылете имаго водных насекомых
За счет вылета имаго насекомых озеро может терять ежегодно 0,5 гС на 1 м2 площади озера
Вынос С, N, P из экосистемы при питании рыбоядных и других птиц
Зависит от состояния биоты на прилегающей территории
Вынос С, N, P из экосистемы при выходе на сушу прошедших метаморфоз земноводных
Зависит от состояния биоты на прилегающей территории
Биотрансформация и сорбция ЗВ в почве - при поливе земель загрязненными водами
Регуляция численности и активности организмов-участников процессов очищения воды в результате межорганизменных взаимодействий
В регуляции участвуют вещества – экологические хеморегуляторы и хемомедиаторы
Многие физические и химические процессы самоочищения воды регулируются биологическими факторами или существенно зависят от них. Например, масштабы сорбции загрязняющих веществ на оседающих частицах взвесей зависят от концентрации клеток фитопланктона. Фотохимические процессы зависят от прозрачности воды, а прозрачность зависит от фильтрационной активности гидробионтов. Свободно-радикальные процессы разрушения поллютантов зависят от связывания ионов металлов с растворенными в воде лигандами, представляющими собой органические молекулы биологического происхождения. Таким образом, биотические факторы находятся в центре всей системы самоочищения воды. Все процессы, участвующие в очищении воды, в равной мере важны или один из них не должен выпадать из внимания либо считаться менее существенным, чем другие. Кроме того, в экосистеме с течением времени могут наблюдаться значительные изменения и в каждый данный момент может иметь место повышенная значимость одних процессов за счет других; в последующем соотношение относительной значимости конкретных процессов может резко измениться.
Можно выделить следующие основные структурно-функциональные блоки, в совокупности охватывающие значительную часть общего гидробиологического механизма самоочищения водных экосистем:
1) блок фильтрационной активности («фильтры»);
2) блок механизмов переноса, перекачивания химических веществ из одного экологического компартмента в другой (из одной среды в другую), иными словами, «насосы» в составе механизмов самоочищения водных экосистем;
3) блок расщепления молекул загрязняющих веществ («мельницы», перемалывающие загрязняющие вещества).
Фильтры. Остроумов выделяет следующие функциональные фильтрующие системы: а) совокупность беспозвоночных гидробионтов-
фильтраторов; б) пояс прибрежных макрофитов, который задерживает часть биогенов и загрязняющих веществ, поступающих в экосистему с прилегающей территории; в) бентос, задерживающий и поглощающий часть биогенов и поллютантов, мигрирующих на границе раздела вода/донные осадки; г) микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах, перемещающихся относительно водной массы вследствие гравитационного оседания частиц под действием сил тяжести; в результате водная масса и микроорганизмы перемещаются относительно друг друга, что эквивалентно ситуации, когда вода профильтровывается через зернистый субстрат с прикрепленными микроорганизмами; последние извлекают из воды растворенные органические вещества и биогены.
Насосы. Выделяют следующие функциональные системы: а) блок процессов, действующих как насос, способствующий перемещению части поллютантов и водной тощи в осадки (такие процессы, как седиментация, сорбция); б) блок процессов, действующих как функциональный насос, способствующий перемещению части поллютантов из водной толщи в атмосферу – испарение; в) блок процессов, действующих как функциональный насос, способствующий перемещению части биогенов из воды на территорию окружающих наземных экосистем – совокупность миграционных процессов в связи с вылетом имаго тех насекомых, у которых личиночная стадия проходит в воде; г) аналогичный блок процессов, который действует как функциональный насос, способствующий перемещению части биогенов из воды на территорию окружающих наземных экосистем благодаря жизнедеятельности ряда видов птиц. Имеются в виду те птицы, которые питаются гидробионтами, изымая биомассу из водной экосистемы, но гнездятся на территории, окружающей водоем или водоток.
Мельницы. Можно выделить следующие функциональные системы расщепления загрязняющих веществ: а) молекулярная мельница внутриклеточных ферментативных процессов; б) мельница внеклеточных ферментов, находящихся в водной среде; в) мельница фотохимических
процессов, сенсибилизированных веществами биологического происхождения; г) мельница свободно-радикальных процессов с участием лигандов биологического происхождения.
