Informacja

Dlaczego tlen jest zużywany w eutrofizacji?

Dlaczego tlen jest zużywany w eutrofizacji?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Prawdopodobnie brzmi to dość głupio, ale czy zakwity glonów nie produkują dużo tlenu? Chociaż wyginęłyby, a rozkładający się zużyliby tlen, czy to więcej niż to, co produkowały glony?


Algi produkują O2 w górnej warstwie wody, ale kiedy umierają, przestają produkować O2. Opadają na dno morskie i większość ulega rozkładowi przez bakterie na dnie morskim. W procesie tym bakterie wykorzystują O2 zawarty w dolnej warstwie wody, co zmniejsza stężenie rozpuszczonego O2 w wodzie dolnej.

Te koncepcje (i wiele więcej!) są dobrze opisane w znakomitym ogólnodostępnym artykule Rabalais et al. (2010) Dynamika i rozkład hipoksji naturalnej i wywołanej przez człowieka. Zawiera również studia przypadków obszarów dotkniętych niedotlenieniem i eutrofizacją na całym świecie. Koniecznie przeczytaj, jeśli jesteś zainteresowany tym tematem!


Jak przypuszczasz, tlen jest zużywany przez rozkładających się. Ze strony Wikipedii na temat eutrofizacji:

Fosfor jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla roślin i jest czynnikiem ograniczającym wzrost roślin w wielu ekosystemach słodkowodnych. Dodanie fosforu zwiększa wzrost glonów, ale nie wszystkie fosforany faktycznie zasilają glony.[2] Algi te przyswajają inne niezbędne składniki odżywcze potrzebne roślinom i zwierzętom. Kiedy algi umierają, opadają na dno, gdzie ulegają rozkładowi, a składniki odżywcze zawarte w materii organicznej są przekształcane przez bakterie w formę nieorganiczną. Proces rozkładu wykorzystuje tlen i pozbawia głębsze wody tlenu, który może zabijać ryby i inne organizmy.


Eutrofizacja

Eutrofizacja (z greckiego eutrofos„dobrze odżywiona”) [1] to proces, w którym cały zbiornik wodny lub jego część staje się stopniowo wzbogacany w minerały i składniki odżywcze. Zbiorniki wodne o bardzo niskim poziomie składników odżywczych są określane jako oligotroficzne, a te o umiarkowanym poziomie składników odżywczych są określane jako mezotroficzne. Zaawansowana eutrofizacja może być również określana jako dystroficzny oraz hipertroficzny warunki. [2]

Przed ingerencją człowieka był to i nadal jest bardzo powolny naturalny proces, w którym składniki odżywcze, zwłaszcza związki fosforu i materia organiczna, gromadzą się w zbiornikach wodnych. [3] Te składniki odżywcze pochodzą z degradacji i rozpuszczania minerałów w skałach oraz przez działanie porostów, mchów i grzybów aktywnie wychwytujących składniki odżywcze ze skał. [4] Eutrofizacja antropogeniczna lub kulturowa jest często znacznie szybszym procesem, w którym składniki odżywcze są dodawane do wód z szerokiej gamy zanieczyszczeń, w tym nieoczyszczonych lub częściowo oczyszczonych ścieków, ścieków przemysłowych i nawozów pochodzących z praktyk rolniczych. Zanieczyszczenie substancjami odżywczymi, forma zanieczyszczenia wód, jest główną przyczyną eutrofizacji wód powierzchniowych, w których nadmiar składników pokarmowych, zwykle azotu lub fosforu, stymuluje wzrost glonów i roślin wodnych.

Widocznym skutkiem eutrofizacji są często uciążliwe zakwity glonów, które mogą powodować znaczną degradację ekologiczną zbiorników wodnych i związanych z nimi strumieni. [5] Proces ten może skutkować wyczerpaniem tlenu w wodzie po bakteryjnej degradacji glonów. [6]

Eutrofizacja w systemach słodkowodnych jest prawie zawsze spowodowana nadmiarem fosforu. [7] Ludzkość czterokrotnie zwiększyła tempo obiegu fosforu na Ziemi, głównie z powodu produkcji i stosowania nawozów w rolnictwie. Szacuje się, że w latach 1950-1995 na powierzchnię Ziemi, głównie na pola uprawne, zastosowano 600.000.000 ton fosforu. [8]


Czym jest eutrofizacja?

Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje wideo HTML5. Oto bezpośredni link do filmu.

WIDEO: Czym jest eutrofizacja? Oto przegląd za minutę. Transkrypcja

Eutrofizacja to wielkie słowo, które opisuje wielki problem w ujściach rzek. Szkodliwe zakwity glonów, martwe strefy i zabijanie ryb są wynikiem procesu zwanego eutrofizacją – który ma miejsce, gdy środowisko wzbogaca się w składniki odżywcze, zwiększając wzrost roślin i glonów w ujściach rzek i wodach przybrzeżnych.

Sześćdziesiąt pięć procent estuariów i wód przybrzeżnych w przyległych Stanach Zjednoczonych, które zostały przebadane przez naukowców, jest umiarkowanie lub poważnie zdegradowanych przez nadmierne napływy składników odżywczych. Nadmiar składników odżywczych prowadzi do zakwitów glonów i wód o niskiej zawartości tlenu (niedotlenienia), które mogą zabijać ryby i trawę morską oraz zmniejszać podstawowe siedliska ryb. Wiele z tych estuariów obsługuje również populacje małży (np. ostrygi, małże, przegrzebki), które w naturalny sposób redukują składniki odżywcze poprzez ich filtrowanie.

Eutrofizacja uruchamia reakcję łańcuchową w ekosystemie, zaczynając od nadmiaru glonów i roślin. Nadmiar glonów i materii roślinnej ostatecznie rozkłada się, wytwarzając duże ilości dwutlenku węgla. To obniża pH wody morskiej, proces znany jako zakwaszenie oceanu. Zakwaszenie spowalnia wzrost ryb i skorupiaków oraz może zapobiegać tworzeniu się skorupek u małży. Prowadzi to do zmniejszenia połowów w rybołówstwie komercyjnym i rekreacyjnym, co oznacza mniejsze zbiory i droższe owoce morza.

Czy wiedziałeś?

We wrześniu 2017 r. gubernator Nowego Jorku Andrew M. Cuomo ogłosił, że przeznaczy 10,4 miliona dolarów na poprawę jakości wody na Long Island oraz wzmocnienie gospodarki i odporności społeczności przybrzeżnych poprzez przywrócenie rodzimych populacji skorupiaków do wód przybrzeżnych. Stan planuje stworzyć pięć nowych rezerwatów w hrabstwach Suffolk i Nassau, aby przesadzić nasiona małży i ostryg, a także rozwinąć publiczne wylęgarnie skorupiaków w obu hrabstwach poprzez specjalny program dotacji. Eutrofizacja wywarła znaczący wpływ na gospodarkę Long Island Sound, gdzie komercyjne połowy skorupiaków traciły miliony dolarów rocznie od 1985 roku. Ostatnie prognozy wskazują, że bez interwencji do 2030 roku Sund może stracić wszystkie swoje pokłady trawy morskiej, a dwie trzecie Sund rybom może brakować wystarczającej ilości tlenu, aby przeżyć.

W ostatnich latach Narodowe Centra Nauki o Oceanach Przybrzeżnych NOAA (NCCOS), we współpracy z Northeast Fisheries Science Center NOAA, zwerbowały rdzennych mieszkańców ujść rzek, a mianowicie małże, aby pomóc spowolnić, a w niektórych przypadkach odwrócić proces eutrofizacji , ponieważ skutecznie usuwają składniki odżywcze z wody, ponieważ żywią się fitoplanktonem i detrytusem.

Przełomowy projekt modelowania w Long Island Sound wykazał, że przemysł akwakultury ostryg w Connecticut zapewnia korzyści w zakresie redukcji składników odżywczych w wysokości od 8,5 do 23 milionów dolarów rocznie. Projekt wykazał również, że rozsądna ekspansja akwakultury ostryg może zapewnić taką samą redukcję składników odżywczych, jak porównywalna inwestycja o wartości 470 mln USD w tradycyjne środki redukcji składników odżywczych, takie jak poprawa oczyszczania ścieków i najlepsze praktyki zarządzania rolnictwem.

Naukowcy NOAA wykorzystali narzędzia do modelowania akwakultury, aby wykazać, że akwakultura skorupiaków wypada korzystnie w porównaniu z istniejącymi strategiami zarządzania składnikami odżywczymi pod względem wydajności usuwania składników odżywczych i kosztów wdrożenia. Dokumentowanie korzyści jakości wody zapewnianych przez akwakulturę skorupiaków zwiększyło akceptację zarówno społeczności, jak i organów regulacyjnych dla hodowli skorupiaków, nie tylko w Connecticut, ale w całym kraju. Na przykład w zatoce Chesapeake zasady usuwania składników odżywczych obejmują zbiór tkanki ostryg jako zatwierdzoną metodę, a w zatoce Mashpee w stanie Massachusetts uprawa i zbiór ostryg i małży jest częścią oficjalnego planu zarządzania składnikami odżywczymi.


Journal of Introductory Biology Investigations

Kiedy zbiornik wodny zwiększa poziom składników odżywczych, zwłaszcza w odniesieniu do fosforu i azotu, które sprzyjają wzrostowi i późniejszej śmierci glonów, nazywa się to eutrofizacją (Olatunji et al., 2015). Eutrofizacja jest głównym problemem społeczności rolniczej. Azot jest zwykle czynnikiem ograniczającym wzrost roślin (w tym glonów), ponieważ rolnicy dodają nawozy do swoich pól (Chapin i in., 1987). Nadmierne stosowanie nawozów w połączeniu z deszczem powoduje, że nawozy spływają do źródeł wody, co prowadzi do eutrofizacji (Diaz, 2008). Eksperyment porównuje różne poziomy składników odżywczych wpływające na wpływ wody na nawóz i wpływ nawozów na cykl życiowy glonów. Po dodaniu nawozu do wody rozpuszczony tlen zmniejszy się z czasem, ponieważ rozkładniki rozłożą zakwit glonów spowodowany przez nawóz i zużyją cały rozpuszczony tlen w wodzie, niezależnie od poziomu składników odżywczych w wodzie. Chociaż inni próbowali udowodnić działanie nawozów w wodzie i znaleźli odpowiednie dane, my poszliśmy w innym kierunku, próbując zobaczyć wpływ różnych poziomów składników odżywczych nawozu w wodzie. Ta informacja jest ważna, ponieważ wiedza o tym, jak nawóz reaguje na różne poziomy składników odżywczych w wodzie, pomoże przewidzieć wpływ nawozu na ekosystem w wodzie.

Pełny tekst:

Bibliografia

Chapin, F.S., III, Bloom, A.J., Field, CB, Waring, R.H. (1987). Reakcja roślin na wiele czynników środowiskowych. Biologia. 37 ust. 1, 49-57.

Diaz, RJ Rosenberg, R. (2008). Rozprzestrzenianie martwych stref i konsekwencje ekosystemów morskich. Nauki ścisłe. 321(5891), 1-6. doi: 10.1126/science.1156401.


Zawartość

Eutrofizacja to proces zwiększania wytwarzania biomasy w akwenie spowodowanym wzrostem stężenia składników pokarmowych roślin, najczęściej fosforanów i azotanów. [6] Rosnące stężenia składników pokarmowych prowadzą do wzrostu żyzności roślin wodnych, zarówno makrofitów, jak i fitoplanktonu. [7] Ponieważ coraz więcej materiału roślinnego staje się dostępne jako źródło pożywienia, towarzyszy temu wzrost liczby bezkręgowców i gatunków ryb. W miarę postępu procesu biomasa akwenu wzrasta, ale zmniejsza się różnorodność biologiczna. [9] Przy cięższej eutrofizacji bakteryjna degradacja nadmiaru biomasy powoduje zużycie tlenu, co może wywołać stan niedotlenienia przynajmniej w osadach dennych i głębszych warstwach wody. Strefy niedotlenienia są powszechnie spotykane w jeziorach głębinowych w sezonie letnim ze względu na stratyfikację na zimną, ubogą w tlen hipolimnion i ciepłą, bogatą w tlen epilimnion. Silnie eutroficzne wody słodkie mogą stać się niedotlenione na całej swojej głębokości w wyniku silnych zakwitów glonów lub przerostu makrofitów.

Według Encyklopedii Ullmanna [10] „głównym czynnikiem ograniczającym eutrofizację jest fosforan”. Dostępność fosforu generalnie sprzyja nadmiernemu wzrostowi i rozkładowi roślin, powodując poważne pogorszenie jakości wody. Fosfor jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla roślin i jest czynnikiem ograniczającym wzrost roślin w większości ekosystemów słodkowodnych. [11] Fosforan ściśle przylega do cząstek gleby, dlatego jest transportowany głównie przez erozję i spływanie. Po przeniesieniu do jezior ekstrakcja fosforanów do wody jest powolna, stąd trudność w odwróceniu skutków eutrofizacji. [12] W systemach morskich azot i żelazo są podstawowymi składnikami odżywczymi ograniczającymi akumulację biomasy glonów. [13]

Źródłami nadmiaru fosforanów są fosforany w detergentach, ścieki przemysłowe/domowe oraz nawozy. Wraz z wycofywaniem detergentów zawierających fosforany w latach siedemdziesiątych, spływy przemysłowe/domowe i rolnictwo stały się dominującymi czynnikami przyczyniającymi się do eutrofizacji. [10]

Naturalna eutrofizacja Edytuj

Chociaż eutrofizacja jest powszechnie powodowana działalnością człowieka, może być również procesem naturalnym, szczególnie w jeziorach. Paleolimnolodzy zdają sobie teraz sprawę, że zmiany klimatyczne, geologia i inne czynniki zewnętrzne również mają kluczowe znaczenie w regulowaniu naturalnej produktywności jezior. Kilka jezior wykazuje również proces odwrotny (meiotrofizacja), stając się z czasem mniej zasobne w składniki odżywcze, ponieważ ubogie w składniki odżywcze napływy powoli wymywają bogatszą w składniki odżywcze masę wodną jeziora. [14] [15] Proces ten można zaobserwować w sztucznych jeziorach i zbiornikach, które przy pierwszym napełnieniu są silnie eutroficzne, ale z czasem mogą stać się bardziej oligotroficzne. Główna różnica między eutrofizacją naturalną a antropogeniczną polega na tym, że proces naturalny jest bardzo powolny i zachodzi w geologicznej skali czasu. [16]

Eutrofizacja kulturowa Edytuj

Eutrofizacja kulturowa lub antropogeniczna to proces, który przyspiesza naturalną eutrofizację z powodu działalności człowieka. [17] Ze względu na oczyszczanie terenu i budowę miast, spływ ziemi jest przyspieszony, a więcej składników odżywczych, takich jak fosforany i azotany, jest dostarczanych do jezior i rzek, a następnie do przybrzeżnych ujść i zatok. Eutrofizacja kulturowa następuje, gdy nadmiar substancji odżywczych pochodzących z działalności człowieka trafia do zbiorników wodnych, powodując zanieczyszczenie substancjami odżywczymi, a także przyspieszając naturalny proces eutrofizacji. [17] Problem stał się bardziej widoczny po wprowadzeniu nawozów chemicznych w rolnictwie (zielona rewolucja połowy XX wieku). [18] Fosfor i azot to dwa główne składniki odżywcze, które powodują eutrofizację kultur, ponieważ wzbogacają wodę, umożliwiając szybki wzrost niektórych roślin wodnych, zwłaszcza glonów. Glony mają skłonność do kwitnienia w dużym zagęszczeniu, a kiedy obumierają, ich rozkład przez bakterie usuwa tlen, tworząc warunki beztlenowe. To beztlenowe środowisko zabija organizmy tlenowe (np. ryby i bezkręgowce) w zbiorniku wodnym. Wpływa to również na zwierzęta lądowe, ograniczając ich dostęp do dotkniętej wody (np. jako źródła pojenia). Selekcja gatunków alg i roślin wodnych, które mogą dobrze się rozwijać w warunkach bogatych w składniki odżywcze, może powodować zakłócenia strukturalne i funkcjonalne całych ekosystemów wodnych i ich sieci pokarmowych, powodując utratę bioróżnorodności siedlisk i gatunków. [19]

Istnieje kilka źródeł nadmiaru składników odżywczych pochodzących z działalności człowieka, w tym spływanie z nawożonych pól, trawników i pól golfowych, nieoczyszczone ścieki i ścieki oraz spalanie paliw. [7] Eutrofizacja kulturowa może wystąpić w wodach słodkich i słonych, przy czym najbardziej podatne są wody płytkie. Na liniach brzegowych i płytkich jeziorach osady są często ponownie zawieszane przez wiatr i fale, co może powodować uwalnianie składników odżywczych do wody nadosadowej, zwiększając eutrofizację. [20] Pogorszenie jakości wody spowodowane eutrofizacją kulturową może zatem negatywnie wpłynąć na wykorzystanie przez ludzi, w tym zaopatrzenie w wodę pitną do celów konsumpcyjnych, przemysłowych i rekreacyjnych. [21]

Efekty w systemach słodkowodnych Edytuj

Jedną z odpowiedzi na dodatkowe ilości składników odżywczych w ekosystemach wodnych jest szybki wzrost mikroskopijnych glonów, powodujący zakwit glonów. W systemach słodkowodnych powstawanie pływających zakwitów glonów to zwykle sinice wiążące azot (sinice). Wynik ten jest faworyzowany, gdy rozpuszczalny azot staje się ograniczający, a nakłady fosforu pozostają znaczące. [11] Zanieczyszczenie substancjami odżywczymi jest główną przyczyną zakwitów glonów i nadmiernego wzrostu innych roślin wodnych, co prowadzi do przeludnienia konkurencji o światło słoneczne, przestrzeń i tlen. Zwiększona konkurencja o dodane składniki odżywcze może spowodować potencjalne zakłócenia w całych ekosystemach i sieciach pokarmowych, a także utratę siedlisk i bioróżnorodności gatunków. [19]

Kiedy makrofity i glony giną w nadproduktywnych eutroficznych jeziorach, rzekach i strumieniach, ulegają one rozkładowi, a składniki odżywcze zawarte w tej materii organicznej są przekształcane w formę nieorganiczną przez mikroorganizmy. Ten proces rozkładu zużywa tlen, co zmniejsza stężenie rozpuszczonego tlenu. Z kolei zubożone poziomy tlenu mogą prowadzić do śmierci ryb i szeregu innych skutków zmniejszających bioróżnorodność. Substancje odżywcze mogą być skoncentrowane w strefie beztlenowej i mogą być ponownie udostępniane dopiero podczas jesiennego obrotu lub w warunkach przepływu turbulentnego. Martwe glony i ładunek organiczny niesiony przez napływającą wodę do jeziora osiadają na dnie i ulegają fermentacji beztlenowej, uwalniając gazy cieplarniane, takie jak metan i CO2. Część metanu może zostać utleniona przez bakterie beztlenowego utleniania metanu, takie jak: Methylococcus capsulatus co z kolei może stanowić źródło pożywienia dla zooplanktonu. [22] W ten sposób może zachodzić samopodtrzymujący się proces biologiczny generujący podstawowe źródło pożywienia dla fitoplanktonu i zooplanktonu w zależności od dostępności odpowiedniego rozpuszczonego tlenu w zbiorniku wodnym. [23]

Zwiększony wzrost roślinności wodnej, zakwity fitoplanktonu i alg zakłócają normalne funkcjonowanie ekosystemu, powodując szereg problemów, takich jak brak tlenu potrzebnego do przetrwania ryb i skorupiaków. Eutrofizacja obniża również wartość rzek, jezior i przyjemności estetycznej. Problemy zdrowotne mogą wystąpić, gdy warunki eutroficzne zakłócają uzdatnianie wody pitnej. [24]

Działalność człowieka może przyspieszyć tempo, w jakim składniki odżywcze przedostają się do ekosystemów. Spływy z rolnictwa i rozwoju, zanieczyszczenia z systemów septycznych i kanałów ściekowych, rozprzestrzenianie się osadów ściekowych i inne działania związane z działalnością człowieka zwiększają przepływ zarówno nieorganicznych składników odżywczych, jak i substancji organicznych do ekosystemów. Podwyższony poziom atmosferycznych związków azotu może zwiększyć dostępność azotu. Fosfor jest często uważany za głównego sprawcę eutrofizacji w jeziorach narażonych na zanieczyszczenie „źródła punktowego” z rur kanalizacyjnych. Stężenie glonów i stan troficzny jezior dobrze odpowiadają zawartości fosforu w wodzie. Badania przeprowadzone w Experimental Lakes Area w Ontario wykazały związek między dodatkiem fosforu a tempem eutrofizacji. Późniejsze etapy eutrofizacji prowadzą do zakwitów sinic wiążących azot, ograniczonych wyłącznie stężeniem fosforu. [25]

Skutki w wodach przybrzeżnych Edytuj

Eutrofizacja jest powszechnym zjawiskiem na wodach przybrzeżnych. W przeciwieństwie do systemów słodkowodnych, w których fosfor jest często ograniczającym składnikiem pokarmowym, azot jest częściej kluczowym ograniczającym składnikiem pokarmowym wód morskich, dlatego poziom azotu ma większe znaczenie dla zrozumienia problemów eutrofizacji w wodach słonych. [26] Estuaria, jako interfejs między wodą słodką i słoną, mogą być ograniczone zarówno pod względem fosforu, jak i azotu i często wykazują objawy eutrofizacji. Eutrofizacja w ujściach rzek często prowadzi do niedotlenienia/anoksji wód dennych, co prowadzi do śmierci ryb i degradacji siedlisk. [27] Upwelling w systemach przybrzeżnych sprzyja również zwiększonej produktywności poprzez przenoszenie głębokich, bogatych w składniki odżywcze wód na powierzchnię, gdzie składniki odżywcze mogą być przyswajane przez glony. Przykłady antropogenicznych źródeł zanieczyszczeń bogatych w azot do wód przybrzeżnych obejmują hodowlę ryb w klatkach morskich i zrzuty amoniaku z produkcji koksu z węgla. [28]

ten Światowy Instytut Zasobów zidentyfikował 375 hipoksyjnych stref przybrzeżnych na świecie, skoncentrowanych na obszarach przybrzeżnych Europy Zachodniej, wschodnich i południowych wybrzeży Stanów Zjednoczonych oraz Azji Wschodniej, zwłaszcza Japonii. [29]

Oprócz spływu z lądu, odpadów z hodowli ryb i przemysłowych zrzutów amoniaku, azot związany z atmosferą może być ważnym źródłem składników odżywczych w otwartym oceanie. Badanie z 2008 r. wykazało, że może to odpowiadać za około jedną trzecią zewnętrznego (niepoddanego recyklingowi) zaopatrzenia oceanu w azot oraz do 3% rocznej nowej biologicznej produkcji morskiej. [30] Sugeruje się, że gromadzenie się reaktywnego azotu w środowisku może okazać się równie poważne, jak wprowadzenie dwutlenku węgla do atmosfery. [31]

Ekosystemy lądowe Edytuj

Ekosystemy lądowe podlegają podobnie niekorzystnym wpływom eutrofizacji. [32] Podwyższone azotany w glebie są często niepożądane dla roślin. Wiele gatunków roślin lądowych, tak jak większość gatunków storczyków w Europie, jest zagrożonych wyginięciem w wyniku eutrofizacji gleby. [33] Łąki, lasy i torfowiska charakteryzują się niską zawartością składników pokarmowych i wolno rosnącymi gatunkami dostosowanymi do tych poziomów, dzięki czemu mogą być zarastane przez gatunki szybciej rosnące i bardziej konkurencyjne. Na łąkach wysokie trawy, które mogą wykorzystać wyższy poziom azotu, mogą zmienić obszar, powodując utratę naturalnych gatunków. Bogate gatunkowo torfowiska mogą być wyprzedzane przez gatunki trzciny lub trzcinnika. Podszyt leśny dotknięty spływem z pobliskiego nawożonego pola może zamienić się w zarośla pokrzyw i jeżyn. [ wymagany cytat ]

W związku z eutrofizacją najczęściej budzą obawy chemiczne formy azotu, ponieważ rośliny mają wysokie wymagania azotowe, więc dodatki związków azotu będą stymulować wzrost roślin. Azot nie jest łatwo dostępny w glebie, ponieważ N2, gazowa forma azotu, jest bardzo stabilna i niedostępna bezpośrednio dla roślin wyższych. Ekosystemy lądowe polegają na wiązaniu azotu przez mikroorganizmy w celu konwersji N2 w inne formy, takie jak azotany. Istnieje jednak limit, ile azotu można wykorzystać. Ekosystemy otrzymujące więcej azotu niż potrzebują rośliny nazywane są nasyconymi azotem. Nasycone ekosystemy lądowe mogą zatem przyczyniać się zarówno do nieorganicznego, jak i organicznego azotu do eutrofizacji wód słodkich, przybrzeżnych i morskich, gdzie azot jest również zwykle ograniczającym składnikiem pokarmowym. [34] Tak jest również w przypadku podwyższonego poziomu fosforu. Ponieważ jednak fosfor jest generalnie znacznie mniej rozpuszczalny niż azot, jest wypłukiwany z gleby w znacznie wolniejszym tempie niż azot. W związku z tym fosfor jest znacznie ważniejszy jako ograniczający składnik pokarmowy w systemach wodnych. [9]

Ścieki surowe Edytuj

Ścieki surowe w dużym stopniu przyczyniają się do eutrofizacji kultur, ponieważ materia ściekowa jest bardzo bogata w składniki odżywcze. Odprowadzanie ścieków surowych do dużych zbiorników wodnych określane jest mianem zrzutów ścieków, co stanowi duży problem w dzisiejszym społeczeństwie, nawet w krajach rozwiniętych. Istnieje wiele różnych sposobów naprawienia eutrofizacji kulturowej, w której ścieki surowe są punktowym źródłem zanieczyszczeń. Zbieranie, spalanie i przetwarzanie odpadów stało się powszechną praktyką w uprzemysłowionych częściach świata. [35] Oczyszczalnia ścieków to miejsce, w którym woda będzie filtrowana do zwykłej wody przed odprowadzeniem z powrotem do dużego zbiornika wodnego. W niektórych obszarach stosuje się spalanie, gdzie odpady stałe są narażone na działanie wysokich temperatur, zamieniając je w popiół. Systemy konwekcyjnego spalania osadów w większości ładują odwodniony osad bezpośrednio do spalarni. [36] Wytwarzanie środowiska beztlenowego jest również inną metodą, w której mikroorganizmy rozkładają odpady bez użycia tlenu. System beztlenowy może być stosowany do wstępnego oczyszczania przed odprowadzeniem do miejskiej oczyszczalni ścieków. [37] Metoda spalania i metody beztlenowe są najbardziej przyjazne dla środowiska w porównaniu do innych. [35] Oczyszczanie beztlenowe zużywa znacznie mniej energii, wymaga mniej chemikaliów i wiąże się z niższymi kosztami obróbki osadu w porównaniu z oczyszczaniem tlenowym, a wytwarzany biogaz jest źródłem energii odnawialnej do wytwarzania energii elektrycznej. [37] Podobnie, spalanie tony odpadów wytwarza energię elektryczną równoważną 52,1 kWh/tonę odpadów palnych w kombinatach wytwarzających ciepło i energię, ta ilość zastępuje energię elektryczną, która byłaby dostarczana przez elektrownię energetyczną wykorzystującą paliwa kopalne w Korei. [35]

Rolnictwo Edytuj

Od czasu boomu rolniczego w latach 1910-tych i ponownie w latach 40-tych, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na żywność, produkcja rolna w dużym stopniu opiera się na stosowaniu nawozów. [35] Nawóz jest naturalną lub chemicznie modyfikowaną substancją, która pomaga glebie stać się bardziej żyznej. Nawozy te zawierają duże ilości fosforu i azotu, co powoduje, że do gleby przedostają się nadmierne ilości składników pokarmowych. Azot, fosfor i potas to podstawowe składniki odżywcze „Wielkiej Trójki” w nawozach komercyjnych, a każdy z tych podstawowych składników odżywczych odgrywa kluczową rolę w żywieniu roślin. [38] Gdy azot i fosfor nie są w pełni wykorzystywane przez rosnące rośliny, mogą zostać utracone z pól uprawnych i negatywnie wpłynąć na jakość powietrza i wody w dole rzeki. [39] Te składniki odżywcze mogą ostatecznie trafić do ekosystemów wodnych i przyczyniają się do zwiększonej eutrofizacji. [27] Kiedy rolnicy rozprowadzają nawóz, czy to organiczny, czy syntetyczny, większość nawozu zamieni się w spływ, który zbiera się w dół strumienia, powodując kulturową eutrofizację.

Istnieje wiele sposobów na naprawienie eutrofizacji kulturowej spowodowanej rolnictwem. Bezpieczne praktyki rolnicze to najlepszy sposób na rozwiązanie problemu. Niektóre środki ostrożności to: [39]

  1. Techniki zarządzania składnikami odżywczymi - Każdy, kto używa nawozów, powinien stosować nawóz w odpowiedniej ilości, o odpowiedniej porze roku, przy użyciu odpowiedniej metody i rozmieszczenia.
  2. Rok - Round Ground Cover - uprawa okrywowa zapobiegnie okresom gołej gleby, eliminując w ten sposób erozję i spływ składników odżywczych nawet po zakończeniu sezonu wegetacyjnego.
  3. Sadzenie buforów polowych – poprzez sadzenie drzew, krzewów i traw wzdłuż krawędzi pól, aby pomóc złapać spływ i wchłonąć niektóre składniki odżywcze, zanim woda dotrze do pobliskiego zbiornika wodnego.
  4. Uprawa konserwująca - Zmniejszając częstotliwość i intensywność uprawy roli, zwiększa się szansa na wchłanianie składników odżywczych do gleby.

Eutrofizacja została uznana za problem zanieczyszczenia wody w europejskich i północnoamerykańskich jeziorach i zbiornikach wodnych w połowie XX wieku. [40] Od tego czasu stał się bardziej rozpowszechniony. Badania wykazały, że 54% jezior w Azji jest eutroficznych w Europie, 53% w Ameryce Północnej, 48% w Ameryce Południowej, 41%, aw Afryce 28%. [41] W Republice Południowej Afryki badanie przeprowadzone przez CSIR przy użyciu teledetekcji wykazało, że ponad 60% badanych zbiorników było eutroficznych. [42] Niektórzy naukowcy z RPA uważają, że liczba ta może być wyższa [43], a głównym źródłem są dysfunkcjonalne oczyszczalnie ścieków, które wytwarzają ponad 4 miliardy litrów dziennie nieoczyszczonych lub w najlepszym razie częściowo oczyszczonych ścieków, które odprowadzane są do rzek i zbiorniki. [44] Nawet przy dobrym oczyszczaniu wtórnym większość ścieków końcowych z oczyszczalni ścieków zawiera znaczne stężenia azotu w postaci azotanów, azotynów lub amoniaku. Usunięcie tych składników odżywczych jest procesem kosztownym i często trudnym.

Wiele skutków ekologicznych może wynikać ze stymulowania produkcji pierwotnej, ale istnieją trzy szczególnie niepokojące skutki ekologiczne: zmniejszona bioróżnorodność, zmiany w składzie i dominacji gatunkowej oraz skutki toksyczności.

  • Zwiększona biomasa fitoplanktonu
  • Toksyczne lub niejadalne gatunki fitoplanktonu
  • Zwiększa kwitnienie galaretowatego zooplanktonu
  • Zwiększona biomasa bentosowych i epifitycznych
  • Zmiany w składzie gatunkowym i biomasie makrofitów
  • Zmniejszenie przezroczystości wody (wzrost mętności)
  • Problemy z kolorem, zapachem i uzdatnianiem wody
  • Zwiększona częstość śmiertelności ryb
  • Utrata pożądanych gatunków ryb
  • Redukcja ryb i skorupiaków nadających się do połowu
  • Spadek postrzeganej wartości estetycznej akwenu

Zmniejszona bioróżnorodność Edytuj

Kiedy ekosystem doświadcza wzrostu ilości składników odżywczych, pierwsi producenci czerpią korzyści jako pierwsi. W ekosystemach wodnych, gatunki takie jak glony doświadczają wzrostu populacji (tzw. rozkwit glonów). Zakwity glonów ograniczają dostęp światła słonecznego organizmom żyjącym na dnie i powodują duże wahania ilości rozpuszczonego tlenu w wodzie. Tlen jest potrzebny wszystkim oddychającym tlenowo roślinom i zwierzętom, aw świetle dziennym jest uzupełniany przez fotosyntetyzujące rośliny i glony. W warunkach eutroficznych ilość rozpuszczonego tlenu znacznie wzrasta w ciągu dnia, ale po zmroku jest znacznie redukowana przez oddychające glony i mikroorganizmy, które żywią się rosnącą masą martwych glonów. Kiedy poziom rozpuszczonego tlenu spada do poziomu hipoksji, ryby i inne zwierzęta morskie duszą się. W rezultacie wymierają stworzenia takie jak ryby, krewetki, a zwłaszcza nieruchome zwierzęta dna. [45] W skrajnych przypadkach zachodzą warunki beztlenowe sprzyjające wzrostowi bakterii. Strefy, w których to się dzieje, nazywane są strefami martwymi.

Inwazja nowych gatunków Edytuj

Eutrofizacja może powodować konkurencyjne uwalnianie, czyniąc obfitość normalnie ograniczającym składnikiem odżywczym. Proces ten powoduje zmiany w składzie gatunkowym ekosystemów. Na przykład wzrost azotu może umożliwić nowym, konkurencyjnym gatunkom inwazję i prześcignięcie pierwotnych gatunków zamieszkujących. Wykazano, że ma to miejsce [46] na słonych bagnach Nowej Anglii. W Europie i Azji karp pospolity często zamieszkuje obszary naturalnie eutroficzne lub hipereutroficzne i jest przystosowany do życia w takich warunkach. Eutrofizacja obszarów poza jej naturalnym zasięgiem częściowo tłumaczy sukces ryb w kolonizacji tych obszarów po wprowadzeniu.

Toksyczność Edytuj

Niektóre zakwity glonów wynikające z eutrofizacji, inaczej zwane „szkodliwymi zakwitami glonów”, są toksyczne dla roślin i zwierząt. Toksyczne związki mogą przedostać się w górę łańcucha pokarmowego, powodując śmiertelność zwierząt. [47] Zakwity glonów słodkowodnych mogą stanowić zagrożenie dla zwierząt gospodarskich. Kiedy glony umierają lub są zjadane, uwalniane są neuro- i hepatotoksyny, które mogą zabijać zwierzęta i stanowić zagrożenie dla ludzi. [48] ​​[49] Przykładem toksyn alg przedostających się do ludzi jest przypadek zatrucia skorupiakami. [50] Biotoksyny powstałe podczas zakwitów glonów są pobierane przez skorupiaki (małże, ostrygi), co prowadzi do tego, że pokarmy te stają się toksyczne i zatruwają ludzi. Przykłady obejmują zatrucie mięczakami porażennymi, neurotoksycznymi i biegunkami. Inne zwierzęta morskie mogą być wektorami dla takich toksyn, jak w przypadku ciguatera, gdzie zazwyczaj to drapieżna ryba gromadzi toksynę, a następnie zatruwa ludzi.

Na najbardziej ekstremalnych poziomach eutrofizację można rozpoznać po wzroku i zapachu.

Kiedy warunki stają się odpychające i konieczne są drastyczne kroki, aby kontrolować nieprzyjemny wzrost glonów, nie ma już potrzeby, aby zbierać ekspertów lub sprzęt naukowy, aby wyjaśnić, co się stało.

Ponieważ jednak zbiorniki wodne zmieniają swój stan chemiczny i biologiczny, określenie skali i przyczyn problemu jest warunkiem wstępnym określenia strategii remediacji.

W eutroficznych zbiornikach wodnych składniki pokarmowe podlegają ciągłym przepływom, a określenie stężeń N i P może nie stanowić dobrego dowodu na obecny stan eutroficzny. We wczesnych badaniach nad Wielkimi Jeziorami, całkowite ciała stałe, wapń, sód, potas, siarczan i chlor dostarczyły dobrych dowodów potwierdzających eutrofizację, nawet jeśli same w sobie nie były w to zamieszane. Jony te wskazywały na ogólne wkłady antropogeniczne i zapewniały dobre substytuty wkładów odżywczych [4]

Oceny jakościowe wód oparte na oczywistych oznakach eutrofizacji, takich jak zmiany gatunków obecnych glonów lub ich względna liczebność, będą zazwyczaj zbyt późne, aby uniknąć szkód spowodowanych przez eutrofizację różnorodności biotycznej [4]

Oceny ilościowe w regularnych odstępach czasu kluczowych wskaźników chemicznych i biologicznych mogą dostarczyć statystycznie ważnych danych do identyfikacji najwcześniejszego początku eutrofizacji i monitorowania jej postępu. Typowe stosowane parametry obejmują chlorofil-a, całkowity azot, całkowity i rozpuszczony fosfor, biologiczne lub chemiczne zapotrzebowanie na tlen oraz poziom głębokości Secchi. [51]

Eutrofizacja stanowi problem nie tylko dla ekosystemów, ale także dla ludzi. Ograniczenie eutrofizacji powinno być kluczowym problemem przy rozważaniu przyszłej polityki, a zrównoważone rozwiązanie dla wszystkich, w tym rolników i hodowców, wydaje się wykonalne. While eutrophication does pose problems, humans should be aware that natural runoff (which causes algal blooms in the wild) is common in ecosystems and should thus not reverse nutrient concentrations beyond normal levels. Cleanup measures have been mostly, but not completely, successful. Finnish phosphorus removal measures started in the mid-1970s and have targeted rivers and lakes polluted by industrial and municipal discharges. These efforts have had a 90% removal efficiency. [52] Still, some targeted point sources did not show a decrease in runoff despite reduction efforts.

Minimizing nonpoint pollution Edit

Nonpoint pollution is the most difficult source of nutrients to manage. The literature suggests, though, that when these sources are controlled, eutrophication decreases. The following steps are recommended to minimize the amount of pollution that can enter aquatic ecosystems from ambiguous sources.

Riparian buffer zones Edit

Studies show that intercepting non-point pollution between the source and the water is a successful means of prevention. [8] Riparian buffer zones are interfaces between a flowing body of water and land, and have been created near waterways in an attempt to filter pollutants sediment and nutrients are deposited here instead of in water. Creating buffer zones near farms and roads is another possible way to prevent nutrients from traveling too far. Still, studies have shown [53] that the effects of atmospheric nitrogen pollution can reach far past the buffer zone. This suggests that the most effective means of prevention is from the primary source.

Prevention policy Edit

Laws regulating the discharge and treatment of sewage have led to dramatic nutrient reductions to surrounding ecosystems, [9] but it is generally agreed that a policy regulating agricultural use of fertilizer and animal waste must be imposed. In Japan the amount of nitrogen produced by livestock is adequate to serve the fertilizer needs for the agriculture industry. [54] Thus, it is not unreasonable to command livestock owners to collect animal waste from the field, which when left stagnant will leach into ground water.

Policy concerning the prevention and reduction of eutrophication can be broken down into four sectors: Technologies, public participation, economic instruments, and cooperation. [55] The term technology is used loosely, referring to a more widespread use of existing methods rather than an appropriation of new technologies. As mentioned before, nonpoint sources of pollution are the primary contributors to eutrophication, and their effects can be easily minimized through common agricultural practices. Reducing the amount of pollutants that reach a watershed can be achieved through the protection of its forest cover, reducing the amount of erosion leeching into a watershed. Also, through the efficient, controlled use of land using sustainable agricultural practices to minimize land degradation, the amount of soil runoff and nitrogen-based fertilizers reaching a watershed can be reduced. [56] Waste disposal technology constitutes another factor in eutrophication prevention. Because a major contributor to the nonpoint source nutrient loading of water bodies is untreated domestic sewage, it is necessary to provide treatment facilities to highly urbanized areas, particularly those in underdeveloped nations, in which treatment of domestic waste water is a scarcity. [57] The technology to safely and efficiently reuse waste water, both from domestic and industrial sources, should be a primary concern for policy regarding eutrophication.

The role of the public is a major factor for the effective prevention of eutrophication. In order for a policy to have any effect, the public must be aware of their contribution to the problem, and ways in which they can reduce their effects. Programs instituted to promote participation in the recycling and elimination of wastes, as well as education on the issue of rational water use are necessary to protect water quality within urbanized areas and adjacent water bodies.

Economic instruments, "which include, among others, property rights, water markets, fiscal and financial instruments, charge systems and liability systems, are gradually becoming a substantive component of the management tool set used for pollution control and water allocation decisions." [55] Incentives for those who practice clean, renewable, water management technologies are an effective means of encouraging pollution prevention. By internalizing the costs associated with the negative effects on the environment, governments are able to encourage a cleaner water management.

Because a body of water can have an effect on a range of people reaching far beyond that of the watershed, cooperation between different organizations is necessary to prevent the intrusion of contaminants that can lead to eutrophication. Agencies ranging from state governments to those of water resource management and non-governmental organizations, going as low as the local population, are responsible for preventing eutrophication of water bodies. In the United States, the most well known inter-state effort to prevent eutrophication is the Chesapeake Bay. [58]

Nitrogen testing and modeling Edit

Soil Nitrogen Testing (N-Testing) is a technique that helps farmers optimize the amount of fertilizer applied to crops. By testing fields with this method, farmers saw a decrease in fertilizer application costs, a decrease in nitrogen lost to surrounding sources, or both. [59] By testing the soil and modeling the bare minimum amount of fertilizer are needed, farmers reap economic benefits while reducing pollution.

Organic farming Edit

There has been a study that found that organically fertilized fields "significantly reduce harmful nitrate leaching" compared to conventionally fertilized fields. [60] However, a more recent study found that eutrophication impacts are in some cases higher from organic production than they are from conventional production. [61]

Shellfish in estuaries Edit

One proposed solution to stop and reverse eutrophication in estuaries is to restore shellfish populations, such as oysters and mussels. Oyster reefs remove nitrogen from the water column and filter out suspended solids, subsequently reducing the likelihood or extent of harmful algal blooms or anoxic conditions. [62] Filter feeding activity is considered beneficial to water quality [63] by controlling phytoplankton density and sequestering nutrients, which can be removed from the system through shellfish harvest, buried in the sediments, or lost through denitrification. [64] [65] Foundational work toward the idea of improving marine water quality through shellfish cultivation was conducted by Odd Lindahl et al., using mussels in Sweden. [66] In the United States, shellfish restoration projects have been conducted on the East, West and Gulf coasts. [67] See nutrient pollution for an extended explanation of nutrient remediation using shellfish.

Seaweed farming Edit

Seaweed aquaculture offers an opportunity to mitigate, and adapt to climate change. [68] Seaweed, such as kelp, also absorbs phosphorus and nitrogen [69] and is thus useful to remove excessive nutrients from polluted parts of the sea. [70] Some cultivated seaweeds have a very high productivity and could absorb large quantities of N, P, CO2, producing large amount of O2 have an excellent effect on decreasing eutrophication. [71] It is believed that seaweed cultivation in large scale should be a good solution to the eutrophication problem in coastal waters.

Geo-engineering in lakes Edit

Geo-engineering is the manipulation of biogeochemical processes, usually the phosphorus cycle, to achieve a desired ecological response in the ecosystem. [72] Geo-engineering techniques typically uses materials able to chemically inactivate the phosphorus available for organisms (i.e. phosphate) in the water column and also block the phosphate release from the sediment (internal loading). [73] Phosphate is one of the main contributing factors to algal growth, mainly cyanobacteria, so once phosphate is reduced the algal is not able to overgrow. [74] Thus, geo-engineering materials is used to speed-up the recovery of eutrophic water bodies and manage algal bloom. [75] There are several phosphate sorbents in the literature, from metal salts (e.g. alum, aluminium sulfate, [76] ) minerals, natural clays and local soils, industrial waste products, modified clays (e.g. lanthanum modified bentonite) and others. [77] [78] The phosphate sorbent is commonly applied in the surface of the water body and it sinks to the bottom of the lake reducing phosphate, such sorbents have been applied worldwide to manage eutrophication and algal bloom. [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Breakthrough research carried out at the Experimental Lakes Area (ELA) in Ontario, Canada in the 1970s [85] provided the evidence that freshwater bodies are phosphorus-limited. ELA is a fully equipped, year-round, permanent field station that uses the whole ecosystem approach and long-term, whole-lake investigations of freshwater focusing on cultural eutrophication. ELA was earlier co-sponsored by the Canadian Departments of Environment and Fisheries and Oceans, with a mandate to investigate the aquatic effects of a wide variety of stresses on lakes and their catchments [86] [7] and is now managed by the International Institute for Sustainable Development.

The United Nations framework for Sustainable Development Goals recognizes the damaging effects of eutrophication upon marine environments and has established a timeline for creating an Index of Coastal Eutrophication and Floating Plastic Debris Density (ICEP). [87] The Sustainable Development Goal 14 specifically has a target to prevent and significantly reduce pollution of all kinds including nutrient pollution (eutrophication) by 2025. [88]


What Are Signs of Oxygen Stress?

In the natural environment, it may be difficult to identify oxygen stress in hard clams. Clams have the ability to close their valves in response to hypoxic or anoxic conditions and can keep their valves closed for several days. Long-term responses may include gaping of the valves. Signs of adverse environmental conditions in juvenile or adult hard clams may go unnoticed because they are infaunal, which means that they live buried in the sediment. However, stressed clams may rise to the surface of the sediment or fail to bury. These signs are not necessarily specific indications of oxygen stress they may also be associated with infectious or noninfectious diseases or other adverse environmental conditions such as high temperature and low salinity.


Effects on Life

Besides being ugly, when an algal bloom occurs, it has a devastating effect on aquatic animals. As large populations of algae and other organisms reproduce, many also die off, and their bodies sink to the bottom of the lake or ocean. Over time, a substantial layer of dead and decomposing organisms fills the bottom.

Microbes that decompose these dead organisms use oxygen in the process. The result is the depletion of oxygen in the water, a condition known as hypoxia. Since most fish, crabs, mollusks, and other aquatic animals depend on oxygen as much as land-based animals, the end result of eutrophication and algal blooms is the creation of an area where no aquatic animals can live—a dead zone.

Dead zones resulting from eutrophication are a growing problem worldwide. According to some sources, 54 percent of the lakes in Asia are eutrophic. The numbers are similar for lakes in Europe, while in North America, almost half the lakes suffer from eutrophication.

This loss of aquatic life has a devastating effect on fisheries and the fishing industry. According to researchers at Carlton College who have studied the immense dead zone in the Gulf of Mexico, that body of water is a major source area for the seafood industry.

The impact goes beyond the fishing industry. Recreational fishing, which is a significant driver of the tourism industry, also suffers from a loss of revenue. Algal blooms can have a severe impact on human health. Humans can become seriously ill from eating oysters and other shellfish contaminated with the red tide toxin. The dinoflagellate that causes red tides can cause eye, skin and respiratory irritation, as well as an allergic reaction (coughing, sneezing, tearing, and itching) to swimmers, boaters, and residents of those coastal areas.


The Process of Eutrophication

The Earth’s population grew exponentially in the past century. To meet the food demands of so many people, agricultural practices were intensified. Field size is increased, heavy machinery is used, and pesticides are added in order to produce more food. These new methods, however, led to negative consequences such as deforestation, and pollution. A particular detrimental consequence is the process of eutrophication which is caused by the use of fertilizers in order to increase crop yield.
Many steps lead to eutrophication. First of all, fertilizers are added to crops to increase plant size and growth rate. This is possible because fertilizers have nutrients, such as nitrogen and phosphate, which help plants grow. Whenever it rains, some the fertilizer is washed along with rain water as runoff water into streams and other water bodies. This step is magnified due to deforestation. Trees roots are very large, normally they would be able to absorb some of the runoff water and nutrients. Agricultural areas often have very few trees, in order to maximize crop planting area, so the nutrient-rich water simply continues to flow.
The runoff water will eventually fall into a body of water. At the bottom of the water, there is algae, an aquatic plant, initially benefited by the nutrient rich water. It will absorb the nutrients and that will promote its growth. Due to the excess of phosphates and nitrates, algae can increase in size considerably. It might become so large that it will block other plants and photosynthesizing organisms from the sunlight who then die. Ultimately, those oxygen producing organisms will die which leads to the decrease of the oxygen level in the bottom of the water. The algae that grew very fast will also die. It is important to note that algae and photosynthesizing plants are essential in an ecosystem because they produce the oxygen that so many other animals need. When all of these plants are dead, they will need to be decomposed, and the decomposers are bacteria who require oxygen to perform their ecological role. These bacteria will decompose these plants, but will also use up a lot of the oxygen in water in doing so since the algae was significantly larger.
When the deep water is removed of oxygen, much of the fauna and flora at the bottom of the water will start dying. When the oxygen content is less than 2 milligrams per liter, the water is called hypoxic, and the depth becomes a dead zone. Fortunately, if waste and nutrient runoff is prevented from entering the water, the dead zone can eventually decrease and become viable again.

ŹRÓDŁO:
DE BELLIS, T. Environmental Biology. Lecture 7: Pollution. Dawson College. Fall 2014.


Scientists Say: Eutrophication

This canal may look lovely, but all that green algae blooming on the surface is a sign of eutrophication, which could eventually suffocate any animals living below.

Sahehco/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Udostępnij to:

Eutrophication (noun, “Yu-TRO-fih-CAY-shun”)

This is a process in which a body of water receives a large bounty of nutrients, especially phosphates. These chemicals can enter the ecosystem naturally or through pollution such as fertilizer runoff. Algae and plants in the water respond to the extra phosphates by growing rapidly. But when the algae and plants die, bacteria break them down. As the bacteria go to work, they use up the oxygen in the water. Without dissolved oxygen in the water, many fish and other animals may suffocate.

Nauczyciele i rodzice, zapisz się na ściągawkę

Cotygodniowe aktualizacje ułatwiające korzystanie Wiadomości naukowe dla studentów w środowisku uczenia się

W zdaniu

When fertilizer runoff causes eutrophication, the lack of oxygen can kill other animals.

Mocne słowa

(więcej o Power Words, kliknij tutaj)

glony Single-celled organisms, once considered plants (they aren’t). As aquatic organisms, they grow in water. Like green plants, they depend on sunlight to make their food.

bakteria (plural bacteria) A single-celled organism. Zamieszkują je prawie wszędzie na Ziemi, od dna morza po zwierzęta.

rozkład Proces, w którym związki w jednorazowo żywych rzeczach są rozkładane i zwracane do środowiska, proces, w którym coś się psuje lub gnije.

ekosystem A group of interacting living organisms — including microorganisms, plants and animals — and their physical environment within a particular climate. Examples include tropical reefs, rainforests, alpine meadows and polar tundra.

eutrophication The process by which a body of water becomes full of nutrients, which stimulate the growth of plants and algae. When these organisms die, bacteria decompose them and use up the water’s dissolved oxygen in the process. Without oxygen, animals cannot live in the water and the ecosystem may collapse.

tlen A gas that makes up about 21 percent of the atmosphere. All animals and many microorganisms need oxygen to fuel their metabolism.

fosforan A chemical containing one atom of phosphorus and four atoms of oxygen. It is a component of bones, hard white tooth enamel, and some minerals such as apatite. It is a primary ingredient in most plant fertilizers.

składniki odżywcze Vitamins, minerals, fats, carbohydrates and proteins needed by organisms to live, and which are extracted through the diet.

spływ The water that runs off of land into rivers, lakes and the seas. As that water travels over land, it picks up bits of soil and chemicals that it will later deposit as pollutants in the water.

sediment Material (such as stones and sand) deposited by water, wind or glaciers.

O Bethany Brookshire

Bethany Brookshire była długoletnią pisarką personelu w Wiadomości naukowe dla studentów. Posiada doktorat. w fizjologii i farmakologii i lubi pisać o neuronauce, biologii, klimacie i nie tylko. Uważa, że ​​porgi to gatunek inwazyjny.

Zasoby klasowe do tego artykułu Dowiedz się więcej

W tym artykule dostępne są bezpłatne zasoby dla nauczycieli. Zarejestruj się, aby uzyskać dostęp:


Why is oxygen used up in eutrophication? - Biologia

I'l bet you are wondering that because you already know that plants can make oxygen. You probably already know that in photosynthesis, plants take CO2 from the air, water (H2O) from their roots, and energy from the sun, and make sugar (C6h12O6).

What a lot of people don't realize is that when there's little or no light, plants do the same thing we do. The break down the sugar to release CO2, water, and energy. This requires oxygen. The reason is pretty complex, but basically, electrons get passed around, and oxygen has to pick them up at the end of the process.

If you measured the amount of oxygen and CO2 dissolved in a lake, how do you think the daytime levels would compare to the nighttime levels? Would a plant need oxygen if it were under lights 24 hours a day?

Plants respire, just like we do. When a plant doesn't have access to light, it burns sugar to make energy, consuming energy. It's just that plants use sugars to build their bodies as well as an energy storage, so over the course of a plant's life, as it grows, it makes more sugar than it burns, and so releases more oxygen than it consumes.

Plants need oxygen for the same reason you and Ido -- without oxygen we can't convert the carbohydrates, fats, and proteins we eat into energy. We call this process respiration, and the formula for this sort of reaction is like this:

sugar + oxygen --> carbon dioxide + water + energy

Więc we breathe in oxygen and eat food, and we exhale carbon dioxide and excrete water.

This exact same reaction goes on in every living cell, including all plant cells. But of course plants don't have to eat food, because they make their own food using photosynthesis.

The formula for photosynthesis is basically this:

carbon dioxide + water + sunlight --> sugar + oxygen

You can see that this is basically the reverse of respiration, but plants convert the energy in sunlight into the chemical bonds of the sugar. When cells respire, they break those bonds and get the energy out of them. Anyway, you can see that photosynthesis produces oxygen as a waste product, so for the most part plants don't have to breathe in extra oxygen -- they can just use the oxygen that they produce during photosynthesis. Jednakże, plants only perform photosynthesis in the green parts, like leaves and stems, but all plant cells need oxygen to respire. Cells in the leaves get plenty of oxygen from photosynthesis, but cells in the roots often need to get oxygen from the environment to stay alive. Even though roots are buried, they can absorb oxygen from the small air spaces in soil. This is why it's possible to 'drown' plants by watering them too much.

If the soil is way too wet, the roots are smothered, the roots can't get any oxygen from the air, and the cells in the roots die. Without those root cells, the rest of the plant dies. Some plants have evolved adaptations to deal with extremely wet soil.

Mangroves are trees that live in swampy environments along the coast in the tropics. The roots of mangroves are often entirely under saltwater, so they have special structures called pneumatophores (Greek for "air carrier") that act like snorkels, sticking up out of the water to get a oxygen for the roots.


Obejrzyj wideo: Ogrzewanie wody wodą. Wacław Szwaczka i Jan Taratajcio. (Sierpień 2022).