Eutrofizare - Eutrophication

Înflorirea algelor într-un râu lângă Chengdu , Sichuan, China.

Eutrofizarea (din greaca eutrophos , „bine hrănită”) este procesul prin care un întreg corp de apă , sau părți ale acesteia, se îmbogățește progresiv cu minerale și substanțe nutritive . De asemenea, a fost definit ca „creșterea productivității fitoplanctonului indusă de nutrienți ”. Corpurile de apă cu niveluri foarte mici de nutrienți sunt denumite oligotrofe, iar cele cu niveluri moderate de nutrienți sunt denumite mezotrofe . Eutrofizarea avansată poate fi, de asemenea, denumită condiții distrofice și hipertrofice . Eutrofizarea în ecosistemele de apă dulce este aproape întotdeauna cauzată de excesul de fosfor.

Înainte de interferența umană, acesta era și continuă să fie un proces natural foarte lent în care substanțele nutritive, în special compușii fosforului și materia organică, se acumulează în corpurile de apă. Acești nutrienți provin din degradarea și soluția mineralelor din roci și prin efectul lichenilor, mușchilor și ciupercilor care elimină în mod activ nutrienții din roci. Eutrofizarea antropogenă sau culturală este adesea un proces mult mai rapid în care substanțele nutritive sunt adăugate unui corp de apă dintr-o mare varietate de intrări poluante, inclusiv canalizare netratată sau parțial tratată , ape uzate industriale și îngrășăminte din practicile agricole. Poluarea cu nutrienți , o formă de poluare a apei , este o cauză principală a eutrofizării apelor de suprafață , în care excesul de nutrienți, de obicei azot sau fosfor , stimulează creșterea algelor și a plantelor acvatice .

Efectul vizibil al eutrofizării este adesea deranjantul înfloririi algelor care poate provoca degradări ecologice substanțiale în corpurile de apă și în cursurile de apă asociate. Acest proces poate duce la epuizarea oxigenului corpului de apă după degradarea bacteriană a algelor.

Abordările pentru prevenirea și inversarea eutrofizării includ: reducerea la minimum a sursei punctuale de poluare din canalizare și minimizarea poluării cu nutrienți din agricultură și alte surse de poluare nonpoint . De asemenea, sunt folosite crustacee în estuare, creșterea algelor și geo-ingineria în lacuri, unele în faza experimentală.

Mecanismul și localizarea eutrofizării

Eutrofizarea este un proces de creștere a generării de biomasă într-un corp de apă cauzat de creșterea concentrațiilor de nutrienți ai plantelor, cel mai frecvent fosfați și nitrați . Creșterea concentrațiilor de nutrienți duce la creșterea fecundității plantelor acvatice , atât macrofite, cât și fitoplancton . Pe măsură ce mai mult material vegetal devine disponibil ca resursă alimentară, există creșteri asociate nevertebratelor și speciilor de pești . Pe măsură ce procesul continuă, biomasa corpului de apă crește, dar diversitatea biologică scade. Cu o eutrofizare mai severă, degradarea bacteriană a excesului de biomasă duce la consumul de oxigen, care poate crea o stare de hipoxie cel puțin în sedimentul de jos și straturile mai adânci de apă. Zonele hipoxice sunt de obicei găsite în lacurile de adâncime în sezonul de vară din cauza stratificarea în sărac în oxigen rece hipolimnion și cald bogat în oxigen epilimnion . Apele dulci puternic eutrofe pot deveni hipoxice pe toată adâncimea lor în urma înfloririlor severe de alge sau a creșterilor excesive de macrofite.

Potrivit Enciclopediei Ullmann, „principalul factor limitativ pentru eutrofizare este fosfatul”. Disponibilitatea fosforului favorizează, în general, creșterea excesivă a plantelor și decăderea cauzând o reducere severă a calității apei. Fosforul este un nutrient necesar pentru ca plantele să trăiască și este factorul limitativ pentru creșterea plantelor în majoritatea ecosistemelor de apă dulce. Fosfatul aderă strâns la particulele de sol, deci este transportat în principal prin eroziune și scurgeri. Odată translocată în lacuri, extracția fosfatului în apă este lentă, de unde dificultatea inversării efectelor eutrofizării. În ecosistemele marine, azotul și fierul sunt nutrienții principali care limitează acumularea de biomasă algală.

Sursele de fosfat în exces sunt fosfații din detergenți , scurgerile industriale / domestice și îngrășămintele. Odată cu eliminarea treptată a detergenților care conțin fosfat în anii 1970, scurgerea industrială / internă și agricultura au apărut ca fiind contribuitorii dominanți la eutrofizare.

Eutrofizarea a fost recunoscută ca o problemă de poluare a apei în lacurile și rezervoarele europene și nord-americane la mijlocul secolului al XX-lea. Cercetările avansate efectuate în zona Experimental Lakes (ELA) din Ontario, Canada în anii 1970 au furnizat dovezi că corpurile de apă dulce sunt limitate în fosfor. ELA utilizează abordarea întregului ecosistem și investigațiile pe termen lung, pe întregul lac, ale apei dulci, concentrându-se pe eutrofizarea culturală.

Trifosfatul de sodiu , odată component al multor detergenți, a contribuit major la eutrofizare.
1. Excesul de nutrienți se aplică pe sol. 2. Unii nutrienți se scurge în sol și se scurge mai târziu în apa de suprafață. 3. Unii nutrienți curg peste sol în corpul de apă. 4. Excesul de nutrienți provoacă o înflorire a algelor. 5. Înflorirea algelor reduce penetrarea luminii. 6. Plantele de sub înflorirea algelor mor deoarece nu pot obține lumina soarelui pentru a efectua fotosinteza. 7. În cele din urmă, înflorirea algelor moare și se scufundă până la fundul lacului. Comunitățile bacteriene încep să descompună rămășițele, consumând oxigen pentru respirație. 8. Descompunerea face ca apa să se epuizeze de oxigen. Formele de viață mai mari, cum ar fi peștii mor.
Eutrofizarea într-un canal

Eutrofizare naturală

Deși eutrofizarea este cauzată în mod obișnuit de activitățile umane, poate fi, de asemenea, un proces natural, în special în lacuri. Paleolimnologii recunosc acum că schimbările climatice, geologia și alte influențe externe sunt, de asemenea, critice în reglarea productivității naturale a lacurilor. Câteva lacuri demonstrează, de asemenea, procesul invers ( meiotrofizare ), devenind mai puțin bogat în nutrienți cu timpul, deoarece aporturile sărace în nutrienți eludează încet masa de apă a lacului mai bogată în nutrienți. Acest proces poate fi văzut în lacurile și rezervoarele artificiale care tind să fie foarte eutrofe la prima umplere, dar pot deveni mai oligotrofe cu timpul. Principala diferență dintre eutrofizarea naturală și cea antropică este că procesul natural este foarte lent, având loc pe scări de timp geologice.

Eutrofizare culturală

Eutrofizarea culturală este cauzată de nutrienții excesivi din apă, cauzând creșterea excesivă a algelor care pot bloca schimbul de lumină și aer. Algele sunt în cele din urmă descompuse de bacterii care provoacă condiții anoxice și „zone moarte”.

Eutrofizarea culturală sau antropică este procesul care accelerează eutrofizarea naturală din cauza activității umane. Datorită defrișării terenurilor și construirii de orașe, scurgerea terenului este accelerată și mai mulți nutrienți, cum ar fi fosfați și nitrați, sunt furnizați lacurilor și râurilor, apoi către estuarele și golfurile de coastă . Eutrofizarea culturală rezultă atunci când substanțele nutritive excesive din activitățile umane ajung în corpurile de apă, creând poluarea cu nutrienți și accelerând, de asemenea, procesul natural de eutrofizare. Problema a devenit mai evidentă după introducerea îngrășămintelor chimice în agricultură (revoluția verde de la mijlocul anilor 1900). Fosforul și azotul sunt principalii nutrienți care cauzează eutrofizarea culturală, deoarece îmbogățesc apa, permițând creșterea rapidă a unor plante acvatice, în special a algelor. Algele sunt predispuse să înflorească în densități mari și atunci când mor, degradarea lor de către bacterii îndepărtează oxigenul, generând condiții anoxice . Acest mediu anoxic ucide organismele aerobe (de exemplu pești și nevertebrate) din corpul de apă. Acest lucru afectează și animalele terestre, restricționând accesul acestora la apa afectată (de exemplu, ca surse de băut). Selecția speciilor de plante algale și acvatice care pot prospera în condiții bogate în nutrienți poate provoca perturbări structurale și funcționale ale întregului ecosistem acvatic și al rețelelor lor alimentare, ducând la pierderea habitatului și a biodiversității speciilor.

Există mai multe surse de nutrienți excesivi din activitatea umană, inclusiv scurgeri din câmpuri fertilizate, peluze și terenuri de golf, canalizare și ape uzate netratate și arderea internă a combustibililor. Eutrofizarea culturală poate apărea în apele dulci și în corpurile de apă sărată, apele puțin adânci fiind cele mai sensibile. În liniile de țărm și lacurile de mică adâncime, sedimentele sunt resuspendate frecvent de vânt și valuri, ceea ce poate duce la eliberarea de nutrienți în apa de deasupra, sporind eutrofizarea. Prin urmare, deteriorarea calității apei cauzată de eutrofizarea culturală poate avea un impact negativ asupra utilizărilor umane, inclusiv aprovizionarea cu apă potabilă pentru consum, utilizări industriale și recreere.

Surse de poluare antropogenă cu nutrienți

Vedere aeriană a lacului Valencia care se confruntă cu un flux cultural mare de eutrofizare datorită deversării apelor uzate netratate în lac.
Poluarea cu nutrienți cauzată de scurgerea solului și a îngrășămintelor de pe suprafață în timpul unei furtuni de ploaie

Poluarea cu nutrienți, o formă de poluare a apei , se referă la contaminarea cu aporturi excesive de nutrienți . Este o cauză principală a eutrofizării apelor de suprafață , în care excesul de nutrienți, de obicei azot sau fosfor , stimulează creșterea algelor . Sursele de poluare cu nutrienți includ scurgerile de suprafață din câmpurile și pășunile fermei, deversările din fosele septice și din furaje și emisiile provenite din combustie. Canalizarea brută contribuie în mare măsură la eutrofizarea culturală, deoarece canalizarea este bogată în substanțe nutritive. Eliberarea de ape uzate brute într-un corp mare de apă este denumită deversare de ape uzate și încă se produce în întreaga lume. Excesul de compuși de azot reactivi din mediul înconjurător este asociat cu multe preocupări de mediu la scară largă. Acestea includ eutrofizarea apelor de suprafață , înflorirea algelor dăunătoare , hipoxia , ploaia acidă , saturația azotului în păduri și schimbările climatice .

De la boom-ul agricol din anii 1910 și din nou în anii 1940 pentru a se potrivi cu creșterea cererii de alimente, producția agricolă se bazează în mare măsură pe utilizarea îngrășămintelor. Îngrășământul este o substanță naturală sau modificată chimic, care ajută solul să devină mai fertil. Acești îngrășăminte conțin cantități mari de fosfor și azot, ceea ce duce la cantități excesive de substanțe nutritive care intră în sol. Azotul , fosforul și potasiul sunt nutrienții primari „Big 3” din îngrășămintele comerciale, fiecare dintre acești nutrienți fundamentali joacă un rol cheie în nutriția plantelor. Când azotul și fosforul nu sunt pe deplin utilizate de plantele în creștere, acestea pot fi pierdute din câmpurile fermei și pot avea un impact negativ asupra calității aerului și a apei din aval. Acești nutrienți pot ajunge în cele din urmă în ecosistemele acvatice și contribuie la creșterea eutrofizării. Când fermierii își răspândesc îngrășământul, indiferent dacă este organic sau sintetic, majoritatea îngrășămintelor se va transforma în scurgeri care se colectează în aval generând eutrofizare culturală.

Abordările de atenuare pentru a reduce deversările de poluanți cu nutrienți includ remedierea nutrienților, comercializarea nutrienților și repartizarea surselor de nutrienți.

Efecte

Sisteme de apă dulce

Un răspuns la cantitățile adăugate de nutrienți din ecosistemele acvatice este creșterea rapidă a algelor microscopice, creând o înflorire a algelor . În ecosistemele de apă dulce , formarea florilor de alge plutitoare sunt de obicei cianobacterii care fixează azotul (alge albastre-verzi). Acest rezultat este favorizat atunci când azotul solubil devine limitativ și aporturile de fosfor rămân semnificative. Poluarea cu nutrienți este o cauză majoră a înfloririi algelor și a creșterii excesive a altor plante acvatice, ducând la o concurență de supraaglomerare pentru lumina soarelui, spațiul și oxigenul. O concurență sporită pentru nutrienții adăugați poate provoca perturbări potențiale ale ecosistemelor întregi și ale rețelelor alimentare, precum și pierderea habitatului și a biodiversității speciilor.

Eutrofizarea lacului Mono, care este un lac de sodă bogat în cianobacterii .

Când macrofitele și algele mor în lacuri eutrofe supraproductive, râuri și cursuri de apă, acestea se descompun și substanțele nutritive conținute în acea materie organică sunt transformate în formă anorganică de către microorganisme. Acest proces de descompunere consumă oxigen, ceea ce reduce concentrația de oxigen dizolvat. La rândul său, nivelurile de oxigen epuizate pot duce la uciderea peștilor și la o serie de alte efecte care reduc biodiversitatea. Elementele nutritive pot deveni concentrate într-o zonă anoxică și pot fi puse la dispoziție din nou numai în timpul răsturnării de toamnă sau în condiții de curgere turbulentă. Algele moarte și încărcătura organică transportată de apă intră într-un lac care se instalează în fund și sunt supuse unei digestii anaerobe eliberând gaze cu efect de seră precum metanul și CO 2 . O parte din gazul metan poate fi oxidat de bacterii anaerobe de oxidare a metanului, cum ar fi Methylococcus capsulatus, care la rândul său poate furniza o sursă de hrană pentru zooplancton . Astfel, poate avea loc un proces biologic autosustenabil pentru a genera o sursă primară de hrană pentru fitoplancton și zooplancton, în funcție de disponibilitatea unui oxigen dizolvat adecvat în corpul de apă.

Creșterea sporită a vegetației acvatice, fitoplanctonului și florilor algale perturbă funcționarea normală a ecosistemului, provocând o varietate de probleme, cum ar fi lipsa de oxigen necesar pentru supraviețuirea peștilor și a crustaceelor . De asemenea, eutrofizarea scade valoarea râurilor, a lacurilor și a plăcerii estetice. Probleme de sănătate pot apărea acolo unde condițiile eutrofice interferează cu tratarea apei potabile .

Activitățile umane pot accelera viteza cu care nutrienții pătrund în ecosisteme . Scurgerile provenite din agricultură și dezvoltare, poluarea cauzată de sistemele septice și de canalizare , răspândirea nămolului de canalizare și alte activități legate de om cresc fluxul atât de substanțe nutritive anorganice, cât și de substanțe organice în ecosisteme. Nivelurile ridicate de compuși atmosferici de azot pot crește disponibilitatea azotului. Fosforul este adesea considerat drept principalul vinovat în cazurile de eutrofizare în lacurile supuse poluării „sursă punctuală” din conductele de canalizare. Concentrația algelor și starea trofică a lacurilor corespund bine nivelurilor de fosfor din apă. Studiile efectuate în zona Experimental Lakes din Ontario au arătat o relație între adăugarea fosforului și rata eutrofizării. Etapele ulterioare ale eutrofizării duc la înflorirea cianobacteriilor fixatoare de azot limitate doar de concentrația de fosfor.

Ape de coasta

Eutrofizarea este un fenomen comun în apele de coastă . Spre deosebire de sistemele de apă dulce în care fosforul este adesea nutrientul limitativ, azotul este mai frecvent nutrientul cheie care limitează apele marine ; astfel, nivelurile de azot au o importanță mai mare pentru înțelegerea problemelor de eutrofizare în apa sărată. Estuarele , ca interfață între apa dulce și apa sărată, pot fi atât fosfor cât și azot limitate și prezintă în mod obișnuit simptome de eutrofizare. Eutrofizarea în estuare duce adesea la hipoxia / anoxia apei de fund, ducând la uciderea peștilor și degradarea habitatului. Apariția în sistemele costiere promovează, de asemenea, o productivitate crescută prin transportarea apelor adânci, bogate în nutrienți, la suprafață, unde nutrienții pot fi asimilați de alge . Exemple de surse antropice de poluare bogată în azot în apele de coastă includ piscicultura în colivie și deversările de amoniac din producția de cocs din cărbune.

Institutul Mondial de Resurse a identificat 375 de zone de coastă hipoxice din lume, concentrate în zonele de coastă din Europa de Vest, coastele de Est și de Sud ale SUA și Asia de Est , în special Japonia .

Pe lângă scurgerile de pe uscat, deșeurile de pește și descărcările industriale de amoniac, azotul fix atmosferic poate fi o sursă importantă de nutrienți în oceanul deschis. Un studiu din 2008 a constatat că acest lucru ar putea reprezenta aproximativ o treime din aprovizionarea externă a oceanului (nereciclat) cu azot și până la 3% din noua producție biologică marină anuală. S-a sugerat că acumularea de azot reactiv în mediu se poate dovedi la fel de gravă ca introducerea dioxidului de carbon în atmosferă.

Ecosistemele terestre

Ecosistemele terestre sunt supuse unor efecte negative în mod similar din cauza eutrofizării. Creșterea nitraților în sol este adesea nedorită pentru plante. Multe specii de plante terestre sunt pe cale de dispariție ca urmare a eutrofizării solului, cum ar fi majoritatea speciilor de orhidee din Europa. Pajiștile, pădurile și mlaștinile se caracterizează printr-un conținut scăzut de nutrienți și specii cu creștere lentă adaptate nivelurilor respective, astfel încât pot fi crescute de specii cu creștere mai rapidă și mai competitive. În pajiști, ierburile înalte care pot profita de niveluri mai ridicate de azot pot schimba zona, astfel încât speciile naturale să poată fi pierdute. Bogate în specii mlaștinilor poate fi depășită de stuf sau reedgrass specii. Forest subarbust afectate de scurgerile de pe un teren din apropiere fertilizat poate fi transformat într - o urzica și Bramble desiș.

Formele chimice de azot sunt cel mai adesea preocupante în ceea ce privește eutrofizarea, deoarece plantele au cerințe ridicate de azot, astfel încât adăugarea de compuși de azot va stimula creșterea plantelor. Azotul nu este disponibil imediat în sol , deoarece N 2 , o formă gazoasă de azot, este foarte stabil și nu este disponibilă în mod direct la plantele superioare. Ecosistemele terestre se bazează pe microbian fixarea azotului pentru a converti N 2 în alte forme , cum ar fi nitrați . Cu toate acestea, există o limită a cantității de azot care poate fi utilizat. Ecosistemele care primesc mai mult azot decât necesită plantele se numesc saturate cu azot. Ecosistemele terestre saturate pot contribui atât la azotul anorganic, cât și la cel organic la eutrofizarea apei dulci, de coastă și marine, unde azotul este, de asemenea, un nutrient limitativ . Acesta este și cazul cu niveluri crescute de fosfor. Cu toate acestea, deoarece fosforul este, în general, mult mai puțin solubil decât azotul, acesta este levigat din sol cu ​​o rată mult mai lentă decât azotul. În consecință, fosforul este mult mai important ca nutrient limitativ în sistemele acvatice.

Efecte ecologice generale

Eutrofizarea este evidentă ca o turbiditate crescută în partea de nord a Mării Caspice , imaginată de pe orbită.

Multe efecte ecologice pot apărea din stimularea producției primare , dar există trei efecte ecologice deosebit de îngrijorătoare: scăderea biodiversității, modificări ale compoziției și dominanței speciilor și efecte de toxicitate.

Scăderea biodiversității

Când un ecosistem se confruntă cu o creștere a nutrienților, producătorii primari culeg mai întâi beneficiile. În ecosistemele acvatice, specii precum algele cunosc o creștere a populației (numită înflorire de alge ). Înflorirea algelor limitează lumina soarelui disponibilă organismelor care locuiesc în fund și provoacă oscilații largi în cantitatea de oxigen dizolvat din apă. Oxigenul este necesar pentru toate plantele și animalele care respiră aerob și este alimentat în lumina zilei de plantele și algele fotosintetizante . În condiții eutrofice, oxigenul dizolvat crește foarte mult în timpul zilei, dar este redus mult după întuneric de algele care respiră și de microorganismele care se hrănesc cu masa crescândă a algelor moarte. Când nivelurile de oxigen dizolvat scad la niveluri hipoxice , peștii și alte animale marine se sufocă. Drept urmare, creaturi precum pești, creveți și, în special, locuitori de fund imobile mor. În cazuri extreme, apar condiții anaerobe , favorizând creșterea bacteriilor. Zonele în care se întâmplă acest lucru sunt cunoscute sub numele de zone moarte .

Invazie de specii noi

Eutrofizarea poate provoca eliberare competitivă prin transformarea abundentă a unui nutrient în mod normal limitativ . Acest proces determină schimbări în compoziția speciilor ecosistemelor. De exemplu, o creștere a azotului ar putea permite speciilor noi, competitive , să invadeze și să concureze cu speciile locuitoare originale. S-a demonstrat că acest lucru se întâmplă în mlaștinile sărate din New England . În Europa și Asia, crapul comun trăiește frecvent în zone naturale eutrofe sau hipereutrofe și este adaptat să trăiască în astfel de condiții. Eutrofizarea zonelor din afara ariei sale naturale explică parțial succesul peștilor în colonizarea acestor zone după introducere.

Toxicitate

Unele înfloriri de alge rezultate în urma eutrofizării, numite altfel „înfloriri de alge dăunătoare”, sunt toxice pentru plante și animale. Compușii toxici se pot îndrepta spre lanțul trofic , rezultând mortalitatea animalelor. Înflorirea algelor de apă dulce poate reprezenta o amenințare pentru animale. Când algele mor sau sunt consumate, se eliberează neuro - și hepatotoxine care pot ucide animalele și pot reprezenta o amenințare pentru oameni. Un exemplu de toxine algice care se îndreaptă spre oameni este cazul otrăvirii crustaceelor . Biotoxinele create în timpul înfloririi algelor sunt preluate de crustacee (midii, stridii), ceea ce duce la aceste alimente umane care dobândesc toxicitatea și otrăvesc oamenii. Exemplele includ otrăvirea paralitică , neurotoxică și diareetică a crustaceelor. Alte animale marine pot fi vectori pentru astfel de toxine, ca în cazul ciguatera , unde este de obicei un pește prădător care acumulează toxina și apoi otrăvește oamenii.

Evaluare

La cele mai extreme niveluri, eutrofizarea este identificabilă prin vedere și miros.

Când condițiile devin respingătoare și sunt necesari pași drastici pentru a controla creșterea obositoare a algelor, atunci nu mai este nevoie de experți sau echipamente științifice care să explice ce s-a întâmplat.

Cu toate acestea, pe măsură ce corpurile de apă își schimbă starea chimică și biologică, identificarea scalei și cauzele problemei sunt condiții prealabile pentru identificarea unei strategii de remediere.

În corpurile de apă eutrofe, nutrienții sunt în flux constant și o determinare a concentrațiilor de N și P ar putea să nu ofere dovezi bune ale stării eutrofe actuale. În studiile timpurii asupra Marilor Lacuri , solidele totale, calciu, sodiu, potasiu, sulfat și clorură furnizau dovezi bune de susținere a eutrofizării, chiar dacă nu erau ele însele implicate. Acești ioni au indicat aporturile antropice generale și au furnizat surogate bune pentru aporturile de nutrienți.

Evaluările calitative ale apei bazate pe semne evidente de eutrofizare, cum ar fi modificările speciilor de alge prezente sau abundența relativă a acestora, vor fi de obicei prea târziu pentru a evita daunele cauzate de eutrofizare diversității biotice.

Evaluările cantitative la intervale regulate de indicatori chimici și biologici cheie pot furniza date statistice valabile pentru identificarea celei mai timpurii apariții a eutrofizării și monitorizarea progresului acesteia. Parametrii tipici utilizați includ clorofila-a, azot total, fosfor total și dizolvat, cererea biologică sau chimică de oxigen și nivelul de adâncime secchi .

Întinderea problemei

Sondajele au arătat că 54% din lacurile din Asia sunt eutrofe ; în Europa , 53%; în America de Nord , 48%; în America de Sud , 41%; iar în Africa , 28%. În Africa de Sud, un studiu realizat de CSIR folosind teledetecția a arătat că peste 60% din rezervoarele studiate erau eutrofe. Unii oameni de știință din Africa de Sud consideră că această cifră ar putea fi mai mare, principala sursă fiind lucrările de canalizare disfuncționale care produc mai mult de 4 miliarde de litri pe zi de efluent de canalizare netratat sau, în cel mai bun caz, parțial tratat, care se varsă în râuri și rezervoare.

Obiective globale

Cadrul Organizației Națiunilor Unite pentru Obiectivele de Dezvoltare Durabilă recunoaște efectele dăunătoare ale eutrofizării asupra mediilor marine și a stabilit un calendar pentru crearea unui Index de eutrofizare a coastelor și a densității plutitoare a resturilor plastice (ICEP).

Obiectivul de dezvoltare durabilă 14 are în mod specific un obiectiv de prevenire și reducere semnificativă a poluării de toate tipurile, inclusiv a poluării cu nutrienți (eutrofizare) până în 2025.

Prevenirea și inversarea

Eutrofizarea pune o problemă nu numai ecosistemelor , ci și oamenilor. Reducerea eutrofizării ar trebui să fie o preocupare cheie atunci când se ia în considerare politica viitoare, iar o soluție durabilă pentru toată lumea, inclusiv pentru fermieri, este fezabilă. În timp ce eutrofizarea pune probleme, oamenii ar trebui să fie conștienți de faptul că scurgerea naturală (care provoacă înflorirea algelor în sălbăticie) este comună în ecosisteme și, prin urmare, nu ar trebui să inverseze concentrațiile de nutrienți dincolo de nivelurile normale.

Minimizarea sursei punctuale de poluare din canalizare

Măsurile finlandeze de eliminare a fosforului au început la mijlocul anilor 1970 și au vizat râurile și lacurile poluate de deversările industriale și municipale. Aceste eforturi au avut o eficiență de eliminare de 90%. Cu toate acestea, unele surse punctuale vizate nu au arătat o scădere a scurgerii, în ciuda eforturilor de reducere.

Există mai multe modalități diferite de a remedia eutrofizarea culturală, canalizarea brută fiind o sursă punctuală de poluare. De exemplu, stațiile de tratare a apelor uzate pot fi modernizate pentru îndepărtarea nutrienților biologici, astfel încât să devină mult mai puțin azot și fosfor în corpul de apă destinat. Cu toate acestea, chiar și cu un tratament secundar bun , majoritatea efluenților finali din lucrările de tratare a apelor reziduale conțin concentrații substanțiale de azot ca nitrați, nitriți sau amoniac. Eliminarea acestor substanțe nutritive este un proces costisitor și adesea dificil.

Legile care reglementează deversarea și tratarea apelor uzate au condus la reduceri dramatice de nutrienți la ecosistemele înconjurătoare. Deoarece un aport major la încărcarea cu nutrienți neorigenți a corpurilor de apă este canalizarea menajeră netratată, este necesar să se asigure facilități de tratare a zonelor foarte urbanizate, în special a celor din țările în curs de dezvoltare , în care tratarea apelor uzate menajere este o penurie. Tehnologia de reutilizare sigură și eficientă a apelor uzate , atât din surse menajere , cât și industriale, ar trebui să fie o preocupare principală pentru politica privind eutrofizarea.

Minimizarea poluării cu nutrienți de către agricultură

Există multe modalități de a ajuta la remedierea eutrofizării culturale cauzate de agricultură. Practicile agricole sigure sunt modalitatea numărul unu de a rezolva problema. Unele măsuri de siguranță sunt:

  1. Tehnici de gestionare a nutrienților - Oricine folosește îngrășăminte ar trebui să aplice îngrășământ în cantitatea corectă, la momentul potrivit al anului, cu metoda și amplasarea potrivite.
  2. An - Acoperirea solului rotund - o cultură acoperitoare va preveni perioadele de teren gol, eliminând astfel eroziunea și scurgerea de substanțe nutritive chiar și după ce a avut loc sezonul de creștere.
  3. Plantarea tampoanelor de câmp - Plantând copaci, arbuști și ierburi de-a lungul marginilor câmpurilor, pentru a ajuta la prinderea scurgerii și la absorbția unor substanțe nutritive înainte ca apa să ajungă la un corp de apă din apropiere.
  4. Prelucrarea pământului - Prin reducerea frecvenței și intensității prelucrării solului, se vor crește șansele absorbției nutrienților în sol.

Minimizarea poluării nonpoint

Poluarea nonpoint este cea mai dificilă sursă de nutrienți de gestionat. Literatura sugerează, totuși, că atunci când aceste surse sunt controlate, eutrofizarea scade. Următorii pași sunt recomandați pentru a minimiza cantitatea de poluare care poate pătrunde în ecosistemele acvatice din surse ambigue.

Zonele tampon riverane

Studiile arată că interceptarea poluării non-puncte între sursă și apă este un mijloc de prevenire reușit. Zonele tampon riverane sunt interfețe între un corp de apă care curge și pământ și au fost create în apropierea căilor navigabile în încercarea de a filtra poluanții; sedimentele și substanțele nutritive sunt depuse aici în loc de apă. Crearea zonelor tampon în apropierea fermelor și drumurilor este o altă modalitate posibilă de a preveni nutrienții să călătorească prea departe. Totuși, studiile au arătat că efectele poluării cu azot atmosferic pot depăși cu mult zona tampon. Acest lucru sugerează că cel mai eficient mijloc de prevenire este de la sursa primară.

Politica de prevenire

Trebuie impusă o politică care reglementează utilizarea agricolă a îngrășămintelor și a deșeurilor animale. În Japonia, cantitatea de azot produsă de animale este adecvată pentru a satisface nevoile de îngrășăminte pentru industria agricolă. Astfel, nu este nerezonabil să le poruncim proprietarilor de animale să colecteze deșeurile animale de pe câmp, care, atunci când sunt lăsate stagnante, se vor scurge în apele subterane.

Politica privind prevenirea și reducerea eutrofizării poate fi împărțită în patru sectoare: tehnologii, participare publică, instrumente economice și cooperare. Termenul de tehnologie este folosit în mod liber, referindu-se la o utilizare mai răspândită a metodelor existente, mai degrabă decât la o însușire a noilor tehnologii. Așa cum s-a menționat anterior, sursele nepunctuale de poluare sunt principalii factori care contribuie la eutrofizare, iar efectele lor pot fi ușor minimizate prin practici agricole comune. Reducerea cantității de poluanți care ajunge la un bazin hidrografic poate fi realizată prin protejarea acoperirii pădurii sale, reducând cantitatea de eroziune care lipsește într-un bazin hidrografic. De asemenea, prin utilizarea eficientă și controlată a terenului, utilizând practici agricole durabile pentru a minimiza degradarea terenurilor , cantitatea de scurgere a solului și îngrășămintele pe bază de azot care ajung la un bazin hidrografic pot fi reduse. Tehnologia eliminării deșeurilor constituie un alt factor în prevenirea eutrofizării.

Rolul publicului este un factor major pentru prevenirea eficientă a eutrofizării. Pentru ca o politică să aibă vreun efect, publicul trebuie să fie conștient de contribuția lor la problemă și de modalitățile prin care își poate reduce efectele. Programele instituite pentru a promova participarea la reciclarea și eliminarea deșeurilor, precum și educația cu privire la utilizarea rațională a apei sunt necesare pentru a proteja calitatea apei în zonele urbanizate și în corpurile de apă adiacente.

Instrumentele economice, „care includ, printre altele, drepturile de proprietate, piețele apei, instrumentele fiscale și financiare, sistemele de taxare și sistemele de răspundere, devin treptat o componentă substanțială a setului de instrumente de gestionare utilizate pentru controlul poluării și deciziile de alocare a apei”. Stimulentele pentru cei care practică tehnologii de gestionare a apei curate, regenerabile, sunt un mijloc eficient de încurajare a prevenirii poluării. Prin internalizarea costurilor asociate cu efectele negative asupra mediului, guvernele sunt capabile să încurajeze o gestionare mai curată a apei.

Deoarece un corp de apă poate avea un efect asupra unei serii de oameni care depășesc cu mult cel al bazinului hidrografic, este necesară cooperarea între diferite organizații pentru a preveni pătrunderea contaminanților care pot duce la eutrofizare. Agențiile care variază de la guvernele de stat la cele de gestionare a resurselor de apă și organizațiile neguvernamentale, care merg la un nivel redus ca populația locală, sunt responsabile pentru prevenirea eutrofizării corpurilor de apă. În Statele Unite, cel mai cunoscut efort inter-stat de prevenire a eutrofizării este Golful Chesapeake .

Testarea și modelarea azotului

Testarea azotului din sol (N-Testing) este o tehnică care îi ajută pe fermieri să optimizeze cantitatea de îngrășământ aplicată culturilor. Testând câmpurile cu această metodă, fermierii au văzut o scădere a costurilor de aplicare a îngrășămintelor, o scădere a azotului pierdut din sursele înconjurătoare sau ambele. Testând solul și modelând cantitatea minimă de îngrășăminte necesare, fermierii obțin beneficii economice, reducând în același timp poluarea.

Fermă organică

A existat un studiu care a constatat că câmpurile fertilizate organic „reduc semnificativ levigarea nocivă a nitraților” în comparație cu câmpurile fertilizate convențional. Cu toate acestea, un studiu mai recent a constatat că impactul eutrofizării este, în unele cazuri, mai mare din producția ecologică decât din producția convențională.

Cochilii din estuare

O soluție propusă pentru stoparea și inversarea eutrofizării în estuare este restabilirea populațiilor de crustacee, cum ar fi stridiile și midiile . Recifele de stridii îndepărtează azotul din coloana de apă și filtrează solidele suspendate, reducând ulterior probabilitatea sau amploarea înfloririlor dăunătoare ale algelor sau a condițiilor anoxice. Activitatea de hrănire a filtrelor este considerată benefică pentru calitatea apei prin controlul densității fitoplanctonului și prin sechestrarea substanțelor nutritive, care pot fi îndepărtate din sistem prin recoltarea crustaceelor, îngropate în sedimente sau pierdute prin denitrificare . Lucrarea fundamentală pentru ideea îmbunătățirii calității apei marine prin cultivarea crustaceelor ​​a fost realizată de Odd Lindahl și colab., Folosind midii în Suedia. În Statele Unite, au fost realizate proiecte de restaurare a crustaceelor ​​pe coastele de est, vest și golf. Consultați poluarea cu nutrienți pentru o explicație extinsă a remedierii nutrienților folosind crustacee.

Cultivarea algelor marine

Acvacultura cu alge marine oferă o oportunitate de atenuare și adaptare la schimbările climatice. Algele marine, cum ar fi algele, absoarbe, de asemenea, fosforul și azotul și sunt astfel utile pentru a elimina substanțele nutritive excesive din părțile poluate ale mării. Unele alge marine cultivate au o productivitate foarte mare și ar putea absorbi cantități mari de N, P, CO2, producând o cantitate mare de O2 au un efect excelent asupra eutrofizării în scădere. Se crede că cultivarea algelor la scară largă ar trebui să fie o soluție bună la problema eutrofizării în apele de coastă.

Geo-inginerie în lacuri

Aplicarea unui absorbant de fosfor pe un lac - Olanda

Geo-ingineria este manipularea proceselor biogeochimice , de obicei ciclul fosforului , pentru a obține un răspuns ecologic dorit în ecosistem . Tehnicile de geo-inginerie utilizează de obicei materiale capabile să inactiveze chimic fosforul disponibil pentru organisme (adică fosfat) în coloana de apă și, de asemenea, să blocheze eliberarea de fosfat din sediment (încărcare internă). Fosfatul este unul dintre principalii factori care contribuie la creșterea algelor, în principal cianobacteriile, astfel încât odată ce fosfatul este redus, algele nu sunt capabile să crească în exces. Astfel, materialele de geo-inginerie sunt utilizate pentru a accelera recuperarea corpurilor de apă eutrofe și pentru a gestiona înflorirea algelor. Există mai mulți absorbanți de fosfat în literatură, din săruri metalice (de exemplu , alum , sulfat de aluminiu ) minerale, argile naturale și soluri locale, produse industriale uzate, argile modificate (de exemplu, bentonită modificată cu lantan ) și altele. Sorbentul fosfat este aplicat în mod obișnuit la suprafața corpului de apă și se scufundă până la fundul lacului reducând fosfatul, astfel de sorbanți au fost aplicați la nivel mondial pentru a gestiona eutrofizarea și înflorirea algelor.

Vezi si

Referințe

linkuri externe