рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Питательные вещества и эвтрофикация

Питательные вещества и эвтрофикация - раздел Химия, Предмет и задачи химии окружающей среды Кроме Сo2, Воды И Света Растениям Для Роста Нужны Опреде­ленные Ио...

Кроме СO2, воды и света растениям для роста нужны опреде­ленные ионы (питательные вещества). Некоторых из этих ионов, на пример Mg2+ , довольно много в пресной воде, однако другие необходимые питательные вещества, например азот (N) и фосфор (Р), при­сутствуют в низких концентрациях. Если недостаток света не огра­ничивает рост водорослей, то может иметь место химическое огра­ничение роста, когда потребность в азоте и фосфоре начинает пре­вышать их доступность. Для обозначения способности водоемов фотосинтезировать органическое вещество был введен термин трофность водоемов. Выделяют три степени трофности.

Дистрофные (гр. trophe — пища, dys - отсутствие, отрицание) водоемы характеризуются превышением скорости деструкции орга­нических веществ над скоростью фотосинтеза.

Олиготрофные (oligo - бедный) водоемы имеют сбалансиро­ванные скорости продукционно-деструкционных процессов.

В эвтрофных (еu — хороший, избыточный) водоемах на­блюдается цветение водорослей и накопление органических веществ, так как скорости продукции превышают скорости деструкции.

Между этими градациями выделяют промежуточные: ультра-олиготрофные - между дистрофными и олиготрофными и мезотрофные - между олиготрофными и эвтрофными. Постепенный переход водоема из дистрофного или олиготрофного состояния в эвтрофное называется эвтрофированием. Эвтрофирование может происходить естественным путем и в результате деятельности человека. Естест­венный процесс длится сотни и тысячи лет. При антропогенном эвтрофировании скорость фотосинтеза резко увеличивается вследствие поступления в водоемы питательных веществ со сточными водами и поверхностным стоком.

Связь эвтрофирования водоемов с обогащением их фосфором и азотом вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

106CO2 + 90H2O +16 NОз+РО43- ↔ С106Н180O46N16P + 154O2 + Qтепл (3.11)

Согласно закону действующих масс при увеличении концент­рации азота и фосфора скорость прямой реакции, т. е. скорость фото­синтеза, возрастает, что и приводит к эвтрофированию.

Имеет значение также соотношение основных питательных элементов, используемых водорослями. Считается, что максимальная скорость роста достигается в воде, в которой соотношение углерода, азота и фосфора (C:N:P) соответствует их атомно-массовому отно­шению в составе вещества водорослей. Для фитопланктона в среднем оно приближается к 106:16:1. Всякое отклонение от данного соотно­шения в окружающей среде говорит об изменении обеспеченности водорослей питательными веществами.

Роль фосфора в эвтрофировании заслуживает особого рас­смотрения в связи с тем, что он не содержится в атмосфере, а резерв­ный фонд его находится в земной коре. Долгое время именно фос­фор, как труднодоступный элемент, лимитировал эвтрофирование. Сейчас концентрация растворенных фосфатов в бытовых стоках воз­растает вследствие широкого применения фосфатсодержащих мою­щих средств. В природных водах растворенный неорганический фосфор (РНФ) присутствует преимущественно в виде различных продуктов диссоциации ортофосфорной кислоты НзРО4.

НзРО4(водн) ↔ H2PO4-(водн) + Н+ (водн) (3.12)

H2PO4-(водн) +Н+ (водн) ↔HPO42-(водн) ++ (водн) (3.13)

HPO42-(водн) ++ (водн) ↔PO43-(водн) ++ (водн) (3.14)

 

В почвах фосфор обычно удерживается в результате осаждения нерастворимых фосфатов кальция и железа, адсорбции на гидроксидах железа или адсорбции на частицах почвы. Таким образом, РНФ в реках возникает в основном из-за прямых поступлений, например, сточных вод. Поскольку в отложениях фосфор присутствует обычно в виде нерастворимого фосфата железа (III) (FePО4), в восстанови­тельных условиях (например, таких, какие встречаются в отложени­ях, когда потребление кислорода превышает его поступление) РНФ может вернуться в столб воды при восстановлении железа (Ш) до железа (II).,

Химия азота сложна, поскольку азот может присутствовать в нескольких окисленных состояниях, из которых N(0) — газ азот (N2), N(3-) — аммоний (NH4+) и N(5+) — нитрат (NОз-) являются наиболее важными. Газообразный азот, растворенный в речной воде, не может быть использован большинством высших растений и водорослей как источник азота, поскольку они не могут разорвать его сильную трой­ную связь. Существуют особые «азотфиксирующие» бактерии, ис­пользующие N2, однако это энергетически невыгодный путь получе­ния азота. Следовательно, такие микроорганизмы получают пре­имущество только тогда, когда N2 является единственным доступным источником азота. Тем не менее, наряду с фиксацией N2 молниями азотфиксирующие микроорганизмы обеспечивают основной природ­ный источник азота в реках.

В биологических процессах азот используется в состоянии 3-, в основном в виде аминогрупп белков. Это окислительное состояние предпочтительно для поглощения водорослями, а также является формой, в которой азот высвобождается в процессе разложения органического вещества, в основном в виде NН4+. Однажды попав в почвы или воды, NН4+, будучи катионом, может быть адсорбирован на отрицательно заряженных пленках органического вещества, по­крывающих почвенные частицы или поверхностях глинистых мине­ралов. Аммоний потребляется также высшими растениями или водо­рослями или же окисляется до NОз-— этот процесс обычно катализи­руется бактериями.

В отличие от NН4+, NОз- является анионом, который растворим и не удерживается в почвах. Поэтому NОз- дождевой воды или из удобрений, а также появляющийся в результате окисления почвенно­го органического вещества и отходов животных вымывается из почв в реки. Помимо биологической ассимиляции, денитрификация в сре­дах с низким содержанием кислорода является наиболее важным пу­тем, посредством которого нитраты удаляются из почв, рек и под­земных вод. По существующим оценкам в реках северо-западной Ев­ропы половина общего прихода азота в дренирующие воды теряется в результате процесса денитрификации до того, как эти воды дости­гают моря. Таким образом, в условиях низкого окислительно-вос­становительного потенциала РНФ появляется в результате восста­новления железа (III), а NОз- теряется, что подчеркивает важность окислительно-восстановительных процессов в химии окружающей среды.

Сезонные колебания концентраций NОз- во многих реках уме­ренной зоны вызваны флуктуациями в поступлении NОз- из почв. В летний период концентрации NОз- низки, поскольку приток дожде­вой воды в почвенные воды незначителен. Осенью содержание поч­венной влаги увеличивается, способствуя вымыванию нитратов из почвы в реки. Увеличение как площади, так и интенсивности сель­скохозяйственной деятельности может быть вероятной причиной воз­росших концентраций NОз-.

Другое важное питательное вещество, кремний, используется диатомеями (группа фитопланктона) для построения их экзо-скелета. Диатомеи способны к быстрому и обильному росту в богатых пита­тельными веществами условиях. В реках умеренных областей цвете­ние диатомовых водорослей происходит в начале года, поэтому уро­вень содержания кремния падает ранней весной с началом роста диа­томовых водорослей и вновь повышается летом, когда диатомеи вы­тесняются другими группами водорослей. Поскольку поступление кремния происходит в основном в результате реакций выветривания, его природно низкие концентрации могут сильно уменьшаться во время цветения диатомеи, до такой степени, что дальнейший их рост тормозится. Таким образом, кремний ограничивает разнообразие ви­дов, но не общую биомассу фитопланктона.

Утвержденных нормативов на предельные концентрации ми­неральных соединений фосфора и азота, при превышении которых начинается эвтрофирование водоема, в настоящее время не сущест­вует. Имеются лишь эмпирические данные для различных водоемов, позволяющие косвенно судить об экологических нормативах на био­генные вещества. Принято считать, что цветение воды становится вероятным, когда содержание минерального азота превышает 0,3-0,5 мг/л, а минерального фосфора-0,01-0,03 мг/л.

Эвтрофирование водоемов зависит не только от нагрузки на водоем биогенных веществ, но и от условий развития автотрофных гидробионтов, т. е. от климатических, гидродинамических и морфо­логических особенностей водоема. Лимитировать цветение при дос­таточной концентрации питательных веществ могут низкая темпе­ратура, недостаточная солнечная радиация, высокие скорости тече­ний, большая глубина, мутность воды и другие экологические факто­ры. Наиболее сильно эвтрофирование происходит в хорошо прогре­ваемых и освещаемых прибрежных мелководьях. Поэтому нормати­вы биогенных веществ должны быть региональными, а для крупных водных систем - локальными.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Предмет и задачи химии окружающей среды

Химия окружающей среды Серия Высшее образование Ростов на Дону Феникс с... ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи химии окружающей среды В основе...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Питательные вещества и эвтрофикация

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Предмет и задачи химии окружающей среды
Проблема охраны окружающей среды сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические. В основе процесс

Происхождение и эволюция Земли
Принято считать, что Вселенная возникла в один момент в ре­зультате огромного взрыва, обычно называемого Большим взрывом. Планеты нашей Солнечной системы образовались, по-видимому, из облака

Образование земной коры и атмосферы
Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались в основном результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. За счет этих процессов сформировалась оболочка из породы толщиной менее

Эволюция атмосферы и происхождение жизни
Аккреция вещества Земли привела к временному его разогреву и легких молекул первичной атмосферы, прежде всего водорода и гелия, рассеянных в космическом пространстве. Последующее пони­жение

Гидросфера
Вода - ключевой компонент в поддержании жизни на Земле. Вода в своих трех состояниях - жидкость, лед и водяные пары широко распространена на поверхности Земли и занимает объем 1,4 млрд. кмЗ

Состав атмосферы
Общий состав атмосферы почти одинаков по всей Земле в результате высокой степени перемешивания в пределах атмосферы. В горизонтальном направлении перемешивание осуществляется благодаря вращению Зем

Микрокомпонентные примеси в атмосфере
Многие микрокомпонентные примеси в атмосфере имеют постоянные концентрации, тo есть существует баланс между поступлением и выходом вещества в атмосферу Fвх = Fвы

Геохимические источники
Самыми мощными геохимическими источниками служат переносимая ветром пыль и морские брызги, поставляющие огромные количества твердых веществ в атмосферу. Пыль — это в основном почва регионов Земли.

Биологические источники.
В отличие от геологических источников биологические не яв­ляются крупным прямым источником поступления частиц в атмосферу, за исключением лесных пожаров (лесные пожары служат значительным источнико

Антропогенные источники
Антропогенные факторы предопределяют существенные из­менения в нормальном функционировании атмосферы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Изменения, вызванные человеком, значител

Радиоактивное загрязнение атмосферы
К опасным, факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести радиоактивность. Радиоактивностью называется, самопро

Основные радиоактивные изотопы, обнаруживаемые в атмосфере после ядерного взрыва
Изотоп 8938Sr 9038Sr 9540Zr 13153I

Озоновый защитный слой
Как известно, в атмосфере на высоте около 15-25 км (в зависимости от широты) расположен озоновый защитный слой Земли, оп­ределяющий верхний предел жизни в биосфере. Озоновый слой появился вм

Механизмы разрушения озона
Выше рассматривался механизм образования озона в атмосфере только на основе кислорода как компонента воздуха. Между тем в образовании и разрушении озона атмосферы играют существенную роль и другие

Состав и строение литосферы
Сейсмические исследования свидетельствуют о том, что при землетрясениях возникают различные сейсмические волны, распространяющиеся в породах Земли с разными скоростями. Наиболее быстрые из них - пе

Процессы выветривания
Поверхность земной коры подвержена действию атмосферы, что делает ее восприимчивой к физическим и химическим процессам. Физическое выветривание является механическим проце

Общие для большинства почв реакции
При характеристике почв наиболее информативны не отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность соединений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть мо

Катионный обмен
Для почв наиболее характерны реакции катионного обмена между твердой частью почвы, которая поглощает катионы, и почвенным раствором, который можно рассматривать как раствор электролитов. Если твёрд

Потенциальная кислотность почв
Обменные катионы участвуют также в формировании потен­циальной кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерново-подзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Прояв­ляется о

Щелочность почв
Щелочными считают почвы, водная суспензия которых имеет рН 7,5 — 8,0 или выше. Эти почвы формируются в степных и сухо-степных природных зонах; к ним относятся солонцы, некоторые со­лончаки. Щелочно

Окислительно-восстановительные режимы
Практически в каждой почве происходят реакции окисления или восстановления химических соединений или элементов. Эти ре­акции являются сопряженными, и если какой-либо компонент поч­вы окисляется, то

Гумификация
Это один из самых важных почвенных биохимических процес­сов. Сущность его заключается в трансформации растительных ос­татков в своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества преимуще

Химическое загрязнение и охрана почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой де­градации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд.

Пресные воды подземной гидросферы
Существенную роль в процессах биосферы играет и так называемая подземная гидросфера. Пресные воды после ледников вносят основной вклад в общий баланс пресной воды на планете. Обширные запасы

Химия пресных поверхностных вод
Озера. Озера— это водоемы, не имеющие прямой связи с сис­темой Мирового океана. Они распространены на равнинных и гор­ных территориях, во влажных и засушливых, холодных и жарких ги

Химия воды и режимы выветривания
Состав растворенных ионов в пресных водах зависит от: варь­ирующего состава дождевых осадков и сухих атмосферных выпаде­ний; изменений в поступлениях в атмосферу вследствие эвапотранспирации; варьи

Растворенные твердые вещества пресных вод
Кремний высвобождается при выветривании силикатов и пе­реносится в природных водах в виде недиссоциированной кремние­вой кислоты H4SiО4. Силикаты выветриваются медленно, поэто

Биологические процессы
В ручьях и небольших реках биологическая активность в воде слабо влияет на ее химический состав из-за быстрого течения. В крупных же реках и озерах, со слабым течением основные изменения в химическ

Диаграммы Eh-pH
Кислотность (рН) и окислительно-восстановительный потен­циал (Eh) могут определять поведение элементов и их соединений в окружающей среде. Теоретически возможно бесконечное разнообра­зие сочетаний

Кислотные осадки
Кислотными называют атмосферные осадки (дождь, снег, роса) с рН<5,5. Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=б), так как находится в контакте с СО2 и растворяет ее, о

Процессы в дельтах и эстуариях
Очень интересна химия морской воды вблизи континентальных областей — в переходной зоне между средами обитания суши и от­крытого океана. Дельта - устьевая часть реки, в которой происходит р

Изменения веществ в окружающем среде
Для целостного понимания биосферы как глобальной системы важно изучение как природных, так и антропогенных процессов, происходящих в ней. Для предсказания того, как эта система может измен

Изменения во времени
Естественные (природные) изменения. Изменения геохимиче­ских, геофизических и метеорологических параметров за геологиче­ские периоды времени, эволюция живых организмов, обитающих в воде и н

Пространственные изменения
Критериями оценки природных и антропогенных веществ по степени их воздействия на изменение окружающей среды являются их количество, объем запасов, частота появления и распространен­ность. Учет изме

Распространение в окружающей среде
Оценка распространения в окружающей среде синтезированных человеком веществ включает физико-химические свойства этих ве­ществ, физические процессы, связанные с их переносом, биологиче­ские п

Перенос между различными средами
Рис. 19. Схема процессов переноса вещества между различными средам

Перенос почва — вода
Перенос веществ на границе раздела почва — вода играет важ­ную роль в процессе загрязнения вод в результате применения хими­ческих препаратов или их поступления в почву с дождем, в результате искус

Перенос вода — воздух
Переход вещества в природных условиях из водного раствора в атмосферу называют летучестью; этот процесс осуществляется в ре­зультате диффузии, обратный перенос называют сухим осаждением в воду.

Перенос почва -—воздух
В миграционных процессах между почвой и воздухом большое значение имеют обменные процессы жидкость/твердая фаза, жид­кость/газ и твердая фаза/газ. Переход вещества из почвы в атмосферу пут

Поступление и накопление в живых организмах
В принципе любое химическое вещество поглощается и усваива­ется живыми организмами. Равновесное состояние или состояние на­сыщения в процессе усвоения достигается в том случае, если его по­ступлени

Сравнение содержания химических элементов в морской воде и теле рачка Calanus finmarchicue
Химические элементы Морская вода, масс,% Calanus finmarchicus, масс.% Коэффициент обогащения Кислород

Географический и биотический перенос
После того как произошло распределение поступивших в окру­жающую среду химических веществ между воздухом, водой и поч­вой, необходимо проследитьих дальнейшую миграцию на более или менее далекие рас

Геохимические барьеры
Участки биосферы, на которых в миграционном потоке на ко­ротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции хи­мических элементов, и как следствие этого процесса, повышается их концентрация

Круговороты макроэлементов
Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота ве­ществ: большой, или геологический (абиотический) и малый, или биологический (биотический). Большой круговорот наиболее четко проявляется в

Вещества, попавшие в окружающую среду исключительно в результате.человеческой деятельности
ДДТ(2,2-ди (р-хлорфенил) - 1,1,1 -трихлорэтан) Пестицид Неселективный ряд, концентри­руется в пище­вой цепи ПХД (полихлориро-ванные

Углерод
Самым важным компонентом природного цикла углерода явля­ется газообразный диоксид углерода СО2. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО2 относительно невелики в сравнении

АТМОСФЕРА
СО2

Круговороты второстепенных элементов
Микроэлементы, как и макроэлементы, мигрируют между орга­низмами и средой. Многие из них концентрируются в тканях благо­даря химическому сходству с какими-либо важными биогенными элементами, что мо

Соединения хлора
Химия соединений хлора в биосфере сравнительно проста. Практически все встречающиеся в почвах хлориды легко раствори­мы: NaCl, KC1, СаСl2, MgCl2. Растворимы также хлориды боль

Соединения йода
Содержание йода в земной коре колеблется от 0,01 до 6 мг/ кг, достигая максимума в обогащенных органическим веществом слан­цах. Минеральные соединения йода легкорастворимы, поэтому йод энергично вы

Соединения брома
Содержание брома в земной коре колеблется от 0,2 до 10 мг/кг, причем максимальные концентрации характерны для глинистых от­ложений. Бром — сильнолетучий элемент, его соли легкорастворимые. К числу

Соединения фтора
Свойства соединений фтора значительно отличаются от свойств других галогенопроизводных. Фториды щелочных металлов растворимы в воде и их раст­воримость уменьшается в ряду KF > NaF >

Тяжелые металлы
Металлы в очень высокой степени вовлечены в антропогенную деятельность, они отличаются настолько высокой технофильностью, что нередко говорят о современной «металлизации» биосферы. Осо­бое значение

Атмосфера
    Общий запас 15,6*109 г

Стронций
Sr -хороший пример ранее малоизученного элемента, который теперь служит объектом особого внимания в связи с большой опас­ностью его радиоактивного изотопа для человека и животных. По свойствам стро

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги