Повна версія

Головна arrow Географія arrow ГІДРОБОТАНІКА: ПРИБЕРЕЖНО-ВОДНА РОСЛИННІСТЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ПРИБЕРЕЖНО-ВОДНА РОСЛИННІСТЬ І САМООЧИЩЕННЯ ВОДОЙМ

Основними джерелами забруднення водойм є господарсько-побутові, промислові і сільськогосподарські стоки. Господарсько-побутові та сільськогосподарські стоки містять велику кількість всіляких органічних речовин, детергентів, пестицидів, мінеральних добрив і продуктів їх розпаду, тоді як промислові мають величезний набір різноманітних хімічних сполук, причому більшість їх токсичні.

Забрудненість багатьох водойм РФ перевищує гранично допустимі концентрації (ГДК) в середньому по нафтопродуктах на 47 - 63%, фенолу на 45 - 68%, легкоокисляющихся органічною речовиною (БПК 5 ) на 20-23%, аміачним азоту на 24% і т.д . (Н. В. Морозов, 1977, 2001).

Забруднення водойм поділяють на алохтонне - що вноситься ззовні і автохтонне - власне забруднення. Автохтонне забруднення відбувається в результаті життєдіяльності водних організмів, у тому числі і прибережно-водної рослинності. Після відмирання в середу надходять їх метаболіти, біогенні речовини і продукти розпаду. Алохтонні забруднення - це все те, що приносять в водойми стічні води, поверхневі стоки, дощові і повітряні маси.

Особливою формою забруднення є евтрофірованіе водойм, тобто збагачення їх біогенними речовинами, що приводить до інтенсивного розвитку водоростей і прибережних рослин. Це найчастіше відбувається за рахунок надходження у водойми побутових і сільськогосподарських стоків. Здатність водної рослинності до накопичення і використання цих речовин (насамперед фосфору й азоту) робить їх активними учасниками процесу самоочищення природних вод.

Забруднення водойм змінює структуру спільнот, їх видовий і кількісний склад. Інтенсивні забруднення сільськогосподарськими та побутовими стоками призводять до заростання і заболочування водойм, а промисловими - до порушення і повної деградації біоценозів.

Водойми мають унікальну властивість - здатність до самоочищення. Під самоочищенням розуміється комплекс впливу хімічних, фізичних і біологічних факторів на екосистему водойми, в результаті діяльності яких якість води повертається до початкового (або близькому до нього) станом. Зрозуміло, це спостерігається при невеликому ступені забруднення водойм.

До фізичних факторів належать такі процеси, як седиментація зважених речовин, вітрові перемішування, течії, коливання температур і ін. Хімічні процеси самоочищення - це окислення і розпад органічних речовин у водоймі, що призводить до появи в середовищі відносно простих сполук - аміаку, вуглекислоти, нітратів , сульфатів, фосфатів, метану. Останні в подальшому утилізуються різними гідробіонтами. Біологічне самоочищення водойм здійснюється за рахунок життєдіяльності рослин, тварин, грибів, бактерій і тісно пов'язане з фізико-хімічними процесами.

Самоочищення водойм здійснюється в анаеробних і аеробних умовах. Анаеробно протікають процеси руйнування органічних речовин з переважним участю бактерій, грибів і найпростіших. В цьому випадку в процесі розпаду органічного матеріалу в середовищі накопичуються проміжні продукти (аміак, сірководень, низькомолекулярні жирні кислоти і ін.), Які при наявності кисню окислюються далі.

В аеробних умовах руйнування органічного субстрату здійснюється в присутності кисню до простих сполук, які в подальшому залучаються до біотичний кругообіг. У цьому процесі беруть участь практично все населення водойм. Велику роль в процесах самоочищення забруднених вод відіграють прибережно-водні рослини (М. А. Кудряшов та ін., 1984).

Прибережно-водна рослинність, виділяючи при фотосинтезі кисень, благотворно впливає на кисневий режим прибережної зони водойми. Що мешкають на поверхні рослин бактерії і водорості (перифітон) виконують активну роль в очищенні води. У заростях прибережно-водних рослин розвивається фіто- профільними фауна, яка також бере участь в самоочищення води і донних відкладень; організми бентосу утилізують органічна речовина мулів і мешкають там. бактерій. Під впливом усіх цих процесів в воді підвищується вміст розчиненого кисню, зростають її прозорість і вміст біогенних речовин, знижуються мінералізація води і кількість проміжних продуктів розпаду органічної речовини (С. І. Кузнєцов, 1970).

В останні роки макрофіти стали успішно використовуватися в практиці очищення вод від біогенних елементів, фенолів, ароматичних вуглеводнів, мікроелементів, нафти і нафтопродуктів, важких металів, різних мінеральних солей зі стічних та природних вод, в знезараженні тваринницьких стоків від різних форм патогенних мікроорганізмів.

Роль прибережно-водних рослин в самоочищення водойм в загальному вигляді можна звести до наступного:

  • 1) механічна очисна функція, коли в заростях рослин затримуються зважені і слаборозчинні органічні речовини;
  • 2) мінералізація і окислювальна функція;
  • 3) детоксикація органічних забруднювачів.

Механічна очисна функція. Разом з поверхневими стоками у водойми надходить велика кількість зважених і слаборозчинних органічних і мінеральних речовин. Прибережно-водна рослинність разом з тваринами- фильтраторами (молюсками, зоопланктоном) виконує роль механічного фільтру. Роль тварин-фильтраторов в цьому процесі досить велика. Так, в Волгоградському водосховище двостулкові молюски (при чисельності близько 650 примірників на 1 м 2 ) за вегетаційний період фільтрують близько 840 млрд м 3 води. При цьому вони витягують з товщі води 96 млн т зважених речовин, з яких 1/3 осідають на дні (Г. П. Кондратьєва, 1970). Інтенсивність фільтрації води ракоподібними така, що вони здатні профільтрувати весь обсяг води всього за кілька діб (Б.Л.Гутельмахер, А. П. Садчйков, Т. Г. Філіппова, 1988).

Ефективність дії фільтруючого бар'єру визначається густотою фитоценоза (тобто кількістю пагонів на одиницю площі), наявністю у рослин водних коренів і ступеня їх розвитку, формою і величиною листя і загальною поверхнею рослин. Це призводить до зменшення швидкості течії в зоні заростей і осідання зважених часток.

Осідання суспензії сприяє слиз на поверхні рослин. Дослідження показали, що чим більше поверхня рослин і їх ослизнення, тим ефективніше здійснюється очищення води від зважених часток. Рослини здатні утилізувати і включати в свій метаболізм кілька осіли на їх поверхні органічних і мінеральних суспензій, в тому числі і токсичних сполук. Частина їх інактивується в рослинних тканинах і акумулюється в надводних і підземних органах рослин. Деякі сполуки, такі, як феноли, ароматичні вуглеводні, виділяються в атмосферу через продихи. Стебла і листя рослин утворюють величезну поверхню для розвитку періфітона, який виконує активну роль в очищенні води.

Велике значення має наявність у деяких рослин водних коренів. У очерету, наприклад, вони утворюються під водою в вузлах пагонів. Загальна поверхня цих коренів в залежності від числа пагонів може в 10-15 разів перевищувати площу, займану рослинами. Роль водних коренів в очищенні води від розчинених і зважених часток надзвичайно велика. Так, в лабораторних експериментах зарості очерету та рогозу затримували водними корінням до 90% зважених речовин, що містяться в тваринницьких стоках (П. Г. Кроткевіч, 1982). Ці дослідження свідчать про великі можливості використання прибережно-водної рослинності для захисту водойм від зваженого матеріалу, що міститься в стічних водах.

На рослинах добре затримуються не тільки зважені частинки, але і органічні емульсії, жирові і нафтові плівки. Вони разом з мінеральними частинками і органічними суспензиями утворюють більші агрегати, які в подальшому руйнуються вже донними організмами. Наприклад, розкладання нафти в присутності рослин протікає в 3 - 5 разів інтенсивніше, ніж без них (Н. В. Морозов, 2001).

У літню пору при зниженні рівня води в річках і водосховищах частина прибережної рослинності виявляється на суші. Поверхневі стоки, потрапивши в такі зарості макрофітів, частково затримуються ними, частково просочуються в грунт і просуваються далі до річки підземним стоком. При цьому практично всі зважені і багато розчинені забруднюючі речовини затримуються грунтом і корінням прибережних рослин. Корінням рослин в першу чергу поглинаються органічні речовини і біогенні сполуки (азот, фосфор, калій і ін.) (М.А. Кудряшов, К.А. Воскресенський, 1979; М. A. Kudrjashov, К. A. Voskresensky, 1975) .

У заростях відбувається і переробка осіла на рослинах суспензії. Органічні і мінеральні компоненти використовуються в процесі метаболізму самих рослин і їх обрастателей.

Під впливом фітофільтраціі збільшується прозорість води, знижується її мінералізація. Основна роль в цьому процесі належить прибережним (очерету, рогозу, очерету, манника і ін.) І зануреним рослинам (рдест, елодії, кушир, урути і ін.).

Вища водна рослинність сприятливо впливає на кисневий режим водойми. У фотосинтетичної аерації водойм макрофіти відіграють не меншу роль, ніж фітопланктон. Вміст кисню у воді під впливом рослин, особливо занурених, збільшується, в результаті чого органічні речовини швидко окислюються, прискорюється процес нітрифікації, посилюється споживання фотосинтетиками вільної вуглекислоти.

Мінералізація складних органічних сполук відбувається в присутності кисню. При сильному забрудненні запаси розчиненого кисню швидко витрачаються, і самоочищення води сповільнюється. Прибережно-водні рослини, підтримуючи кисневий режим водойми, прискорюють процес самоочищення. Деякі дослідники вважають, що чим багатша водойму рослинами, тим вище його Мінераліз здатність. Це відбувається не тільки за рахунок виділеного рослинами кисню, але і за рахунок того, що макрофіти своєю присутністю створюють сприятливі умови для життєдіяльності бактерій, періфітона, мешканців товщі і дна водойми.

Великі макрофітів (такі, як очерет, рогіз, рдести, кушир і ін.) Затінюють поверхню води, поглинають біогенні та інші мінеральні сполуки. Вони стають потужними антагоністами синьо-зелених та інших водоростей, пригнічують їх розвиток і цим усувають шкідливий для гідробіонтів «цвітіння» водойм.

В процесі метаболізму вищі водні рослини виділяють в середу фізіологічно активні речовини типу фітонцидів і антибіотиків. Це призводить до зниження чисельності патогенної мікрофлори. Показано, що в заростях макрофітів кіль- титр буває значно нижче, ніж у відкритих ділянках водойми. Крім того, рослини виділяють в середу різні метаболіти, органічні кислоти, поліфеноли, сприятливо впливають на життєдіяльність гетеротрофних бактерій та інших організмів. Стебла рослин представляють собою величезну поверхню для розвитку різних мікроорганізмів, які виконують активну роль в деструкції органічної речовини і очищення води.

З огляду на позитивний вплив рослин на мінералізацію органічної речовини у водоймах, деякі дослідники пропонують культивувати їх у цілях підвищення очисної здатності водойм різного призначення, боротьби з «цвітінням» вод і розмивом берегів (А. І. Мережко, 1973; П.Г. Крот- кевич , 1976, 1982; Н. В. Морозов, 2001).

Яким же вимогам повинні задовольняти прибережно-водні рослини? Вони повинні бути максимально стійкі до сильно забрудненим стоків, мати потужну кореневу систему, здатну поглинати і переробляти багато забруднення, добре рости в забруднених водоймах, утворювати високорослі й густі зарості, продукувати велику біомасу, здатну акумулювати мінеральні та токсичні речовини, легко поновлюватися при скошуванні.

В першу групу, що задовольняє перерахованим вимогам, входять прибережні рослини - очерет, рогіз, очерет, ірис, аїр, маннік, їжачоголівник і ін. Другу групу становлять рослини, плаваючі на поверхні води: ряски, калитка, латаття, сальвінія, водокрас і ін. вони використовуються для доочищення стоків, які пройшли повну біологічну очистку. Певний інтерес представляють ряски, що добре ростуть на розбавлених тваринницьких стоках. Третя група - це повністю занурені рослини. Їх роль зводиться до механічного затримування суспензій і поглинання з води мінеральних і органічних речовин. Найбільш типові види - рдести, уруть, кушир, елодея. Вони утворюють густі зарості на глибині 2 - 3 м. Дослідження показали, що швидкість поглинання фосфору зануреними рослинами в 2-10 разів вище, ніж полупогружен- ними (такими, як стрілолист, маннік, рогіз та ін.) (Н. Г. Дмитрієва , Л.О.Ейнор, 1987).

Багато фахівців вважають основним фактором формування і регулювання якості води природних водойм прибережно-водну рослинність, оскільки рослини в великих кількостях поглинають не тільки біогенні, баластні, а й токсичні речовини мінерального і органічного походження. До того ж повітряно-водні рослини здатні рости і розвиватися при нестачі і навіть при повній відсутності кисню в мулі завдяки аеренхімному будовою коренів і інших органів. Крім того, водна рослинність, перш за все високоросла, надає механічне і фізико-хімічний вплив на водне середовище, в якому вона розвивається.

Акумуляція рослинами хімічних елементів. Рослини здатні витягувати з води багато життєво важливі для них елементи і органічні сполуки і цим знижувати ступінь евтро- фірованія водойм. Так, напівзанурені очерет, рогіз, очерет, їжачоголівник, аїр в великих кількостях витягують з води азот, фосфор, кальцій, калій, сірку, залізо, кремній. Для азоту і фосфору виявлено чітка кореляція між їх вмістом у воді і в рослинах. Рослини накопичують в сотні і тисячі разів більше біогенних речовин в порівнянні з їх вмістом в навколишньому середовищі.

Наприклад, за даними П. Г. Кроткевіча (1970), 1 га густих заростей очерету може акумулювати в своїй біомасі до 6 т різних мінеральних речовин, в тому числі калію - 860 кг, азоту - 170 кг, фосфору - 120 кг, натрію - 450 кг, сірки - 280 кг, кремнію - 3700 кг. Кремній надає міцність стебла і інших тканин очерету. За іншими даними, той же очерет при врожаї 44 т / га (сухої речовини) акумулює в своїй масі до 670 кг азоту, 280 кг фосфору, 420 кг калію, 200 кг кальцію, 400 кг хлору і багато інших речовин. Занурені рослини на 1 кг сухої маси акумулюють в середньому 50 г азоту, 3 г фосфору і 45 г калію (Г.С.Гігевіч і ін., 2000).

Швидкість споживання біогенних речовин досить висока. Так, болотник і очерет вже через 6 ч споживали до 60% внесеного в середу фосфору. Очерет звичайний, рогіз вузьколистий і рогіз широколистий з такою ж швидкістю споживають нітратний і амонійний азот, якими в значних кількостях забруднені господарсько-побутові та сільськогосподарські стічні води. При цьому розвиток рослин відбувається краще при нітратної формі азоту: біомаса їх в цьому випадку в 7 разів вище в порівнянні з контролем.

У денний час фосфор поглинається в два рази інтенсивніше, ніж вночі, що вказує на участь цього елемента в фотосінте- тичних процесах (Н. Г.Дмітріева, Л.О.Ейнор, 1987).

Біогенні речовини перш за все накопичуються в листках і генеративних органах. Найбільш висока їх концентрація в пагонах ранньою весною (за рахунок переміщення з кореневої системи). У міру зростання біомаси концентрація поступово знижується, а до кінця вегетації (починаючи з серпня) відбувається відтік елементів мінерального живлення в підземні запасають органи рослин. До кінця вегетаційного сезону вміст азоту в кореневій системі очерету зростає в 3 - 4 рази. Однак значна частина елементів все ж залишається в відмерлих залишках рослин і при їх розкладанні знову повертається у водойму, забруднюючи його вдруге. Тому для підтримки водойми в «здоровому» стані потрібно систематичне викошування водних рослин.

Концентрація багатьох хімічних елементів в тканинах рослин безпосередньо залежить від їх змісту в грунтах та воді. Консервація біогенних елементів в підземних органах має важливе значення для формування якості води (П.Г. Кротке- вич, 1976).

Рослини з розвиненою кореневою системою здебільшого черпають запаси біогенів із донних відкладень, так як грунти завжди мають значно більшу концентрацію поживних речовин, ніж вода. Однак зміст біогенних речовин навіть в донних відкладеннях в кілька разів нижча їх змісту в органах рослин. В цілому занурені рослини є резервуаром-накопичувачем біогенних речовин, вилучаючи їх з води на тривалий термін.

Експерименти з напівзанурені рослинами показали, що в поглинанні біогенних та інших елементів істотну роль грає коренева система. Рослини з обрізаними корінням втрачають здатність до споживання біогенів (зокрема, фосфору), тоді як при видаленні надводних частин швидкість споживання фосфору не змінюється (Н. Г. Дмитрієва, Л. О. Ейнор, 1987). У лабораторних експериментах (П.Г. Кроткевіч, 1976) коренева система ірису ложноаірного, очерету озерного і рогозу вузьколистого після добової експозиції затримує більше 90% зважених речовин, що містяться в тваринницьких стоках. Шар піску, через який здійснювалася фільтрація, становив лише 15 см. Ці результати свідчать про великі можливості використання фільтраційного методу для захисту водойм від вступників в них з поверхневими стоками забруднюючих і токсичних речовин.

Промислові стоки містять «букет» найрізноманітніших сполук, багато з яких токсичні для тварин і рослин. Ряд мікроелементів, присутніх в водоймах в малих концентраціях, відіграють позитивну роль в житті рослин (впливають на їх зростання, дихання, обмін, харчування, розмноження та ін.). При збільшенні концентрації цих речовин вони стають токсичними практично для всіх гідробіонтів.

Прибережно-водні рослини витягають з води і грунту не тільки необхідні їм біогенні елементи, але й сполуки важких металів, синтетичні поверхнево-активні речовини та багато іншого. Поглинання рослинами мінеральних речовин характеризується видовою специфічністю і може досягати досить істотних величин. Так, в деяких водосховищах вміст цинку в рослинах становило (максимальні значення, виражені в мг / кг сирої ваги): очерет озерний - 10, рогіз вузьколистий - 19, очерет звичайний -10, рдест блискучий - 22, рдест гребінчастий - 20, ряски - 192, нитчасті водорості - 108, фітопланктон - 144 (Н.І. Варенко, 1977). За іншими даними, вміст марганцю в різних видах макрофитов становило в середньому 485 мг на 1 кг повітряно-сухої маси з коливаннями від 66 до 2900 мг. Підвищеною здатністю накопичувати марганець мають водяний горіх, рдест червонуватий. Повністю занурені рослини містять в 2 - 3 рази більше марганцю, ніж земноводні і надводні. Ряска мала особливо багато накопичує бор, а харовиє водорості - мідь (К. А. Кокін, 1982).

Здатність вищих водних рослин накопичувати речовини в концентраціях, що перевищують фонові значення, дозволила використовувати їх в системі моніторингу та контролю за станом навколишнього середовища (Г. С. Гігевіч, Б. П. Власов, 2000). Висока поглинальна здатність водних рослин робить їх ідеальними тестовими об'єктами для визначення антропогенних хімічних навантажень на водойму. Для індикації антропогенного навантаження фахівці пропонують використовувати плаваючі на поверхні води і занурені гидрофіти: ряску, водокрас, кубушку, рдести, Елоді, кушир та ін.

В цілому можна стверджувати, що рослини накопичують в тканинах тим більше хімічних елементів, ніж більше їх міститься у воді в доступному для рослин вигляді. Крім того, вищим водним рослинам властива вибірковість в накопиченні не тільки макро-, але і мікроелементів, в тому числі і важких металів. Нижче наводяться результати досліджень, наведені в роботі Г.С.Гігевіча, Б.П.Власова, Г.В.Винаева (2001). У ній представлені літературні відомості і власні дослідження авторів за змістом металів в тканинах водних рослин деяких водойм Білорусії.

Так, зміст нікелю в водоростях коливається від слідів до 41 мг / кг сухої ваги (максимальне значення відзначено у частухи подорожникової), що в 135 разів перевищує середню фонове зміст нікелю в Гідрофіти.

Середнє фонове зміст міді в Гідрофіти щодо чистих водойм становить 3,5 мг / кг сухої ваги. У забруднених водоймах вміст міді в водоростях набагато перевищує фонові величини, причому максимальні концентрації зафіксовані у повітряно-водних рослин (наприклад, 136 мг / кг у сусака зонтичного).

Високий вміст свинцю виявлено у різних видів гидрофитов забруднених водойм. При середній фонової величиною вмісту свинцю в Гідрофіти 2,4 мг / кг (у відносно чистих водоймах) максимальні значення відзначаються у воздушноводних рослин, зокрема у очерету - 833 мг / кг сухої ваги. Поблизу промислових міст вміст свинцю в рослинах становить 6 - 56 мг / кг сухої ваги, що в 3 - 20 разів перевищує фонові величини.

Зміст цинку в Гідрофіти в середньому становить 1,4 мг / кг сухої ваги, а максимальне спостерігається у Елоді канадської та штукеніі гребенчатой (178 і 108 мг / кг сухої ваги), що в 125 разів вище середнього значення вмісту цього елемента по водоймах Білорусії.

Найвищий вміст титану відзначено у харових водоростей (до 130 мг / кг сухої ваги), Елоді канадської та урути Мутовчатое (близько 100 мг / кг сухої ваги) при середньому фоновому вмісті титану в Гідрофіти 8 мг / кг сухої ваги.

Зміст хрому у водних рослин в середньому становить 0,3 мг / кг сухої ваги, проте у гидрофитов (елодея, рдести, кушир, уруть), які ростуть поблизу промислових міст, зафіксовані високі концентрації хрому, в 125 разів перевищують середні фонові значення.

Максимальний вміст ванадію (близько 19 мг / кг) спостерігається у занурених рослин (харовиє водорості, елодея, шту- Кенія гребенчатая, кушир, уруть), тоді як середнє фонове значення становить 3,6 мг / кг сухої ваги. Високі концентрації ванадію відзначаються у рослин, як забруднених, так і відносно чистих водойм.

Концентрація марганцю коливається в водоростях в широких межах: від слідів до 3180 мг / кг сухої ваги (харовиє водорості). Марганець - другий після ванадію елемент, який має в водоростях, наприклад в Білорусі, величини, що перевищують не тільки природні фонові, але і критичні (більше 500 мг / кг сухої ваги рослини). Найбільше марганцю накопичують занурені гидрофіти, причому як в забруднених, так і у відносно чистих водоймах.

Найбільша яка акумулює здатність техногенних елементів відзначена у занурених рослин (Г. С. Гігевіч, Б. П. Власов, Г. В. Винаев, 2001). На першому місці за інтенсивністю накопичення стоять харовиє водорості, потім йдуть елодея, кушир, рдести, уруть. Занурені рослини накопичують важкі метали в 10 разів інтенсивніше прибережно-водних. Деякі рослини акумулюють ці сполуки вибірково. Так, ряска накопичує досить багато бору, харовиє водорості - мідь, очерет - ртуть. Інтенсивність поглинання токсичних сполук залежить від пори року і розвитку рослин; найбільший вміст елементів спостерігається в період їх інтенсивного росту, а найменше - восени.

У відносно чистих водоймах вміст важких металів (хром, нікель, титан, цинк, мідь, свинець) в Гідрофіти знаходиться на рівні фонових величин або незначно їх перевищує. Поблизу великих промислових міст ці показники набагато перевищують природні фонові значення. Що ж стосується накопичення водоростями марганцю і ванадію, фонові показники помітно вище рівня їх природного вмісту, що наводяться в літературних джерелах. У деяких випадках концентрація марганцю і ванадію набагато перевищує рівень токсичності для більшості макрофитов (Г. С. Гігевіч, Б. П. Власов, Г. В. Винаев, 2001).

У той же час прибережно-водні рослини мають досить високу стійкість до солей важких металів. Так, очерет звичайний може існувати без видимого для себе шкоди при концентраціях від 100 до 300 мг / л міді сірчанокислої, ртуті азотнокислої, кобальту хлористого, заліза сірчанокислого, хрому азотнокислого, цинку сірчанокислого. Свинцеві сполуки токсичні для тварин і людини при концентрації 0,3 - 0,5 мг / л. В експериментах з очеретом азотнокислий свинець вносили в концентрації від 6 до 600 мг / л при одноразовому дозі. За сім прийомів в акваріум було внесено 2000 міліграма / л азотнокислого свинцю, але, незважаючи на зростаючі дози, зростання очерету не припинявся (П.Г. Кроткевіч, 1982).

У лабораторних експериментах при фільтрації через зарості рослин стічних вод тваринницького комплексу великої рогатої худоби кількість різних мінеральних солей зменшувалася на 37 - 57%, хлоридів - на 56%, сульфатів - на 34%. У цих дослідах найкращі результати показали очерет, рогіз, ірис ложно- аіровое, очерет і інші макрофітів (П.Г.Кроткевіч, 1982).

Прибережно-водні рослини здатні концентрувати радіоактивні речовини; таким чином, вони беруть участь в дезактивації вод. Багато видів рослин володіють високим виборчим накопиченням радіоактивних елементів. Накопичує здатність гідробіонтів характеризується коефіцієнтом накопичення, тобто співвідношенням концентрації ізотопу в організмі і воді. Коефіцієнт накопичення у мохів (сфагнум, фонтиналис) становить 1600 протягом доби; у ряски протягом трьох діб експозиції він склав 2500-4000 при концентрації ^ Sr, дорівнює 10 ~ 7 - Ю ~ 10 Кі. Для порівняння: коефіцієнт накопичення радіоактивного стронцію у зелених водоростей становить 6000.

Занурені водні рослини, які накопичують на поверхні листя в процесі фотосинтезу вуглекислий кальцій, здатні утримувати разом з ним і ^ Sr. У «скоринці» карбонату кальцію міститься в 7 -10 разів більше стронцію, ніж безпосередньо в листі.

Різні екологічні групи прибережно-водних рослин накопичують радіоактивні ізотопи неоднаково: найбільшу кількість акумулюють занурені рослини, далі йдуть види з плаваючим листям, а найменше ця здатність розвинена у повітряно-водних рослин. Деякі види водоростей мають підвищену акумулюючої здатністю. Так, у Елоді коефіцієнт накопичення 57 З протягом доби становить 1500 (за іншими даними - до 4000), a '' 'Sr - 1400. Високої здатність накопичувати радіоізотопи відрізняються харовиє водорості; вони витягують з води до 60% сумарної радіоактивності і тому можуть служити індикаторами радіоактивного забруднення водойм (К. А. Кокін, 1982). Технологія очищення водного середовища із застосуванням рослин набагато економічніше інших способів. Причому звільнення від радіонуклідів може поєднуватися з очищенням води від інших забруднюючих речовин.

Таким чином, прибережно-водна рослинність може акумулювати з природних і стічних вод багато хімічні елементи і тим самим сприяти зниженню їх концентрації в середовищі. Тому визнається раціональним їх культивування в водоймі або в системі очищення забруднених вод з подальшим видаленням (викошування) (А. В. Францев, 1961). Видалення і подальша переробка рослин дозволять утилізувати багато токсичні і радіоактивні сполуки.

Мінералізація і окислювальна функція. Деструкція і мінералізація складних органічних сполук до простих і нешкідливих відбувається двома шляхами: в результаті фізико-хімічних процесів і за участю рослин. У першому випадку окислення відбувається в присутності розчиненого у воді кисню. Тому чим вище його зміст, тим швидше і ефективніше протікає процес мінералізації і самоочищення водойми. Однак при сильному забрудненні водойми запаси розчиненого кисню швидко витрачаються, а поповнення його за рахунок газообміну з атмосферою протікає повільно, через що самоочищення сповільнюється. У другому випадку мінералізація протікає за участю рослин: або в процесі метаболізму, або у водному середовищі, але обов'язково з участю кисню, що виділяється рослинами. Цей процес в житті водойми має провідне значення, бо інтенсивність біохімічних реакцій в живому організмі вище інтенсивності чисто хімічних реакцій, вільно протікають у водоймах.

Мінераліз здатність водойми прямо пропорційна інтенсивності розвитку в ньому прибережно-водної рослинності. Це відбувається за рахунок не тільки виділеного рослинами кисню, але і метаболітів, що стимулюють діяльність періфітона, що розвивається на їх поверхні.

Детоксикація органічних забруднень. З міськими та промисловими стоками, навіть пройшли повну біохімічну очистку, в водойми надходить значна кількість небезпечних забруднень (феноли, пестициди, отрутохімікати та ін.). Виникає питання, яка роль вищих водних рослин в детоксикації цих речовин в процесі самоочищення?

Встановлено, що очерет, рогіз, очерет, ірис та інші макрофіти здатні поглинати з води не тільки інертні з'єднання, але і фізіологічно активні речовини типу фенолів, пестицидів, нафт, нафтопродуктів та ін., Якщо, звичайно, вони не перевищують летальні для рослин концентрації .

Деякі токсичні сполуки не тільки поглинаються рослинами, але і включаються в метаболізм, що має велике значення для їх детоксикації. Так, деяка частина спожитого рослинами фенолу виділяється в атмосферу через продихи. Наприклад, деструкція фенолів в присутності харових водоростей протікає більш інтенсивно, ніж в заростях вищих рослин, що пояснюється наявністю у них ферменту фенолоксідази. Феноли і їх похідні віддаляються із забруднених вод за допомогою водних рослин, перш за все занурених. Дослідження показали, що протягом доби одну рослину очерету озерного вагою близько 100 г здатне витягнути з води до 4 г фенолу. Феноли поглинаються і включаються в метаболізм інших рослин (зокрема, зостери, водяного гіацинта і ін.). Присутність водоростей в 2 - 3 рази прискорює окислення фенольних сполук (К. А. Кокін, 1982).

Разом з водоростями в руйнуванні високотоксичних органічних сполук (зокрема, фенолів, нафти, пестицидів та ін.) Беруть участь мікроорганізми (бактерії, водорості, гриби), що мешкають на їх поверхні. При цьому аеробні мікроорганізми інтенсивно споживають кисень. Таким чином, деструкція токсичних з'єднань відбувається за рахунок як самих макрофитов і ферментів бактерій, так і фотосінте- тичної аерації, що забезпечує життєдіяльність всіх аеробних організмів.

У водойми в значних кількостях надходять різні отрутохімікати, зокрема хлорорганічні сполуки. Ці речовини також накопичуються водоростями. Вивчення впливу деяких пестицидів на життєдіяльність різних видів очерету, рогозу, рдеста, ряски, урути, куширу і ін. Показало, що рослини здатні поглинати і накопичувати ці отруйні сполуки (А.І.Мережко, 1973; К.А.Кокін, 1982) . Векс- періментальних умовах уруть протягом 3 - 7 днів видаляла з водойми до 50% діфенаміда, а водний гіацинт - до 80%. Обидва рослини розкладають цей гербіцид на менш стійкі сполуки, які в подальшому руйнуються мікроорганізмами.

Цінність водних рослин полягає в тому, що вони можуть не тільки концентрувати отрутохімікати, а й здатні розкладати високотоксичні з'єднання на менш токсичні і, в кінцевому рахунку, знешкоджувати їх.

Деструкція нафтових забруднень. У Росії, за різними оцінками, в результаті аварій і витоків щорічно втрачається від 10 до 20 млн т нафти. За іншими відомостями, ця цифра сягає 25 млн т. Офіційні дані значно скромніше - близько 5 млн т (В. Ж. Аренс, О. М. Грідін, 1997). Істотна частина нафти і нафтопродуктів в кінцевому рахунку виявляється в водоймах.

Зарослі прибережно-водною рослинністю водойми досить легко справляються зі вступниками в них нафтовими забрудненнями. Причому, чим вище ступінь заростання, тим інтенсивніше протікають процеси самоочищення водойм. В заростях макрофітів нафту піддається за допомогою мікроорганізмів біологічному окисленню і втягується в обмінні процеси не тільки бактерій, але і інших гідробіонтів, в тому числі і рослин. Найбільш стійкі до нафтового забруднення очерет, рогіз, очерет, сусак, осоки, кушир, уруть, елодея та інша прибережно-водна рослинність. У присутності нафти (в невеликих концентраціях) зростання очерету, рогозу та очерету протікає більш інтенсивно (в середньому на 10-15 см), ніж в дослідах без нафти (П. Г. Кроткевіч, 1982; Н. В. Морозов, 2001).

Різні види нафти (сира, товарна, емульгованих), а також нафтопродукти при концентрації 1 г / л в присутності рослин зникають через 5-10 днів, а без рослин - на 28 -32-й день досвіду. Отже, вищі водні рослини прискорюють бактеріальне розкладання нафти і нафтопродуктів в 3 - 5 разів.

Руйнування нафти і нафтопродуктів здійснюється в основному за рахунок життєдіяльності нефтеокисляющих і сапрофітних бактерій. Процес починається відразу ж після надходження нафти в водойму; кількість мікроорганізмів різко збільшується, досягаючи свого максимуму на 3 -4-й день. В результаті мікробіологічних процесів нафтова плівка на поверхні і нафту в товщі води руйнуються, зменшуються концентрація у воді кисню і, навпаки, збільшується вміст вуглекислоти. У міру зменшення кількості нафти чисельність бактерій поступово знижується.

Роль прибережно-водних рослин в самоочищення води від нафти досить велика: фотосинтетична аерація підтримує в середовищі достатня кількість кисню; виділення екзометаболітів стимулюють розвиток нефтеокисляющих бактерій; розвинена поверхня рослин збільшує зону контакту між нафтою і бактеріями. Так, вміст кисню в зоні заростей в 2-3 рази вище, ніж у відкритій частині водойми; найбільше насичення води киснем відзначається в денні години під час інтенсивних фотосинтетических процесів.

Передбачається, що епіфітна мікрофлора, що мешкає на поверхні рослин, здатна засвоювати вуглеводні нафти або продукти її руйнування.

Прижиттєво виділяються вищими водними рослинами речовини (амінокислоти, вуглеводи, органічні кислоти, леткі аміни, вітаміни, органічний вуглець і ін.) Є стимуляторами і живильним середовищем для нефтеокисляющих і гетеротрофних мікроорганізмів (А. А. Ратушняк, 1993). Це доведено в дослідах з сухими прутами верби, чагарників, висохлими стеблами рогози та ін., Які представляли собою поверхню зіткнення нафтового забруднення з окисляє мікрофлорою. Зростання чисельності бактерій відбувалося дуже повільно, а плівка нафти зберігалася незмінною навіть на 14 - 17-а доба досвіду (Н. В. Морозов, 2001, 2003).

Інтенсивність розкладання нафти багато в чому залежить від умов середовища - pH, температури, наявності біогенних і мінеральних солей, біостимуляторів і ін.

З фізичних і хімічних чинників істотний вплив на діяльність нефтеокисляющих бактерій надають температура і pH середовища (Є. П. Розанова, 1967; О. Г. Миронов, 1970, 1973; Н. В. Морозов, В. Н. Миколаїв, 1978; Н . В. Морозов, 2001). Температура води в інтервалі 20-28 ° С найбільш сприятлива для розвитку нефтеокисляющих бактерій. Найкращі показники руйнування нафти і нафтопродуктів отримані в інтервалі pH 6,0 7,5. Інтервал pH від 5 до 9 цілком прийнятний для життєдіяльності нефтеокисляющих бактерій. Ці значення pH сприятливі і для життєдіяльності інших гетеротрофів. Для досягнення високої біодеградації нафти необхідна наявність в середовищі не тільки мінеральних форм азоту, фосфору і інших біогенних елементів, а й різних стимуляторів, що виділяються прибережно-водними рослинами.

У процесі руйнування нафти частина окислених з'єднань включається в метаболізм бактерій і рослин, а інші речовини переробляються з утворенням нетоксичних і малотоксичних сполук. Таким чином, розкладання нафти - результат спільної діяльності гетеротрофних мікроорганізмів і прибережно-водних рослин. Перші виступають як основні деструктори і мінералізатори забруднюючих речовин, а другі - як індуктори, поглиначі і споживачі окислених з'єднань. На думку Н. В. Морозова (2001, 2003), біоінженер- ні споруди із застосуванням прибережно-водних рослин дозволяють скоротити час очищення забруднених стоків в 2-5 разів, а нафтові забруднення зменшити на 95-100%.

 
<<   ЗМІСТ   >>