проблемы эвтрофирования больших озер европы, пути их

ПРОБЛЕМЫ ЭВТРОФИРОВАНИЯ
БОЛЬШИХ ОЗЕР ЕВРОПЫ, ПУТИ
ИХ РЕШЕНИЯ
Объем воды, содержащейся в больших
европейских озерах, км3
2900
3000
2310
2500
2000
1500
1000
1
500
0
Большие
Большие соленые Годовой речной
пресноводные
озера
сток
озера
К большим озерам относят естественные водоемы с площадью
зеркала, превышающей 100 км2.
В Европе расположено 138 больших пресных озер, в которых
сосредоточено около 2310 км3 воды, и 3 соленых, суммарный объем
воды которых не превышает 1 км3
%
Распределение крупных Европейских озер по
высотам
35
30
25
20
15
10
5
0
<0
0-10.0
10.050.0
50.0100.0
100.0200.0
200.0300.0
300.0400.0
400.0500.0
500.01000.0
градации высот (м)
Высота расположения водных зеркал озер:
Преспа (850 м); Охридское (693 м),
Люцерне (433 м); Невшательское (432 м);
Фемунн (662 м); Хурнаван (425 м); Стораван (421 м); Уддъяур (420 м).
Эльтон (-15 м) и Баскучак (-21 м).
%
Распределение крупных Европейских озер по
площадям
50
Около половины всех больших
озер приходится на водоемы с
площадью водного зеркала не
превышающей 200 км2
45
40
35
30
25
20
15
10
5
%
15000-20000
10000-15000
5000-10000
3000-5000
2000-3000
1500-2000
1000-1500
700-1000
500-700
400-500
300-400
200-300
100-200
0
градации площади (км2)
Распределение крупных Европейских озер по
объемам заключенной воды
35
30
25
20
15
10
Более 60% больших озер содержат
объем водной массы менее 2 км3
5
0
<0.5
0.5-1.0 1.0-2.0 2.0-5.0
5.010.0
10.020.0
20.050.0
градации объемов (км3)
50.0100.0
100500
>500
Распределение крупных Европейских озер по странам
%
км3
Испания
Греция
Македония
Албания
Украина
0
Венгрия
0
Италия
200
Франция
5
Австрия
400
Швейцария
10
Германия
600
Нидерланды
15
Великобритания
800
Ирландия
20
Эстония
1000
Польша
25
Норвегия
1200
Швеция
30
Финляндия
1400
Россия
35
Кол-во крупных озер в пределах стран (в % от общего числа)
общий объем озер в пределах стран (в км куб.)
Большие озера расположены во всех ландшафтных зонах Европы - от тундровой на
севере до средиземноморской на юго-западе и степной на юго-востоке
%
Распределение крупных Европейских озер по типам ландшафтов
км3
Средиземноморские
Субсредиземноморские
Восточноевропейские
степные
Центрально- и
восточноевропейские
широколиственнолесные
Западноевропейские
широколиственнолесные
Подтаежные
Южнотаежные
Среднетаежные
Северотаежные
Приатлантические таежные
1000
875
750
625
500
375
250
125
0
Тундра, лесотундра
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Кол-во крупных озер в пределах ландшафтов (в % от общего числа)
общий объем озер в пределах ландшафтов (в км куб.)
Антропогенная деятельность в той или иной степени изменила естественное состояние
практически всех больших озер Европы. В первую очередь антропогенное воздействие
сказалось на ускорении процессов эвтрофирования и ухудшении качества воды. С
ростом биогенной нагрузки возросла биологическая продуктивность водоемов, что во
многих случаях привело к изменению их трофического статуса.
Реакция крупных озерных экосистем на увеличившийся биогенный приток в
значительной степени определялась их расположением в той или иной природной зоне,
а также морфометрическими особенностями водоема.
В 1960-70-е гг. во многих странах Европы защита пресной воды становится
приоритетным направлением политики.
Комплекс мер, проводимых на водосборе :
Строгие ограничения и запреты на производство наиболее экологически
опасных видов продукции;
Введение многоступенчатых систем очистки на всех предприятиях;
Обеззараживание коммунальных стоков;
Строительство коллекторных сетей и переброски наиболее опасных стоков за
пределы водосбора;
Контроль за применением удобрений, пестицидов и гербицидов;
Изменение сельскохозяйственной практики;
Управление животноводческими стоками;
Контроль за состоянием почв и многое другое
Комплекс мероприятий, проводимых непосредственно на озерах:
Перекачка вод гиполимниона; добавление чистых вод;
Создание искусственной циркуляции; аэрация;
Применение химических методов, включая химическое осаждение и
инактивацию биогенных веществ;
Известкование, предполагающее связывание фосфора с его последующим
превращением в апатит;
Дноуглубительные работы и удаление части донных осадков;
Биоманипулирование.
Большие озера Северной Европы
Тундровая и лесотундровая зона (5): Голодная Губа, Ловозеро, Колвицкое,
Канозеро (Россия); Турнетреск (Швеция).
Северо-таежная зона (32): Топозеро, Имандра, Пяозеро, Ковдозеро, Вялозеро,
Выгозеро, Сегозер, Куйто, Умбозеро, Кереть, Ковдозеро, Нюкозеро, Тикшеозеро,
Ондозеро, Лексозеро, Энгозеро, (Россия); Инари, Юликитка, Кемиярви, Киантаярви,
Онтоярви-Нюмесъярви, Оулуярви, Кейтере, Юрусвеси-Аконвеси, Рехья-Нуасъярви
(Финляндия); Стора Люллеватен, Хорнаван, Уджауре, Стораван (Швеция).
Приатлантическая таежная (3): Русвати, Фемунн, Тунсьёен (Норвегия).
Концентрация общего фосфора
140
Общий фосфор, мкг/л
120
100
80
60
40
20
0
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
годы
Имандра, Антропогенная модификация… 2002
2010
Концентрация общего фосфора
в сильно загрязненном плесе Б.
Имандра повысилась к середине
1970-х до 80-130 мкг/л, а в районе
поступления сточных вод предп.
«Апатит» до 200-300 мкг/л. Лишь
к 1990-м гг. она сократилась до
20-40 мкг/л.
В
озере
сформировались
нетипичные
для
субарктики
фитоценозы,
а
развитие
арктических
видов
стало
ограничено. В загрязненных рнах наряду с диатомовыми
стали преобладать синезеленые,
криптофитовые и вольвоксовые.
Большие озера средне- и южно-таежной зоны
Среднетаежная зона (44): Ладожское, Онежское, Вуокса, Белое, Воже, Лаче,
Водлозеро, Сямозеро, Большое Янисъярви (Россия); Сайма, Пиелинен,
Пяйлаявеси, Оривеси, Пурувеси, Энонвеси, Суонтее, Пюхяярви,
Кирясъярви, Кейтеле, Хаукивеси, Каллавеси, Пюхяселька, Хетиянен,
Сувасвеси, Юоярви, Коннивеси, Нилакка, Лисвеси, Кивиярви, Пихяярви,
Лаппаярви, Виниярви, Керуселька, Онкивеси, Пелавеси, Руовеси
(Финляндия); Стуршен, Сторуман,
Кальсён, Снасаватнет (Швеция);
Рендсфьорден (Норвегия).
Южнотаежная зона (15): Кубенское, Чудско-Псковское, Ильмень (Россия);
Паийяне,
Пуула,
Нясиярви,
Ванавеси,
Лангельмявеси,
Киивеси,
Малласвеси, Весиярви, Колима (Финляндия); Эльмарен, Сильян (Швеция).
Подтаежная зона (14): Венерн, Веттерн, Меларен, Больмен, Аснен, Скагерн,
Соммен, СторЛе энд Фоксен (Швеция); Мьёса, Тюрифьорд (Норвегия);
Мамры, Снярдвы (Польша); Вьотсъярв (Эстония); Селигер (Россия).
биомасса фитопланктона, мг/л
Биомасса фитопланктона
На основной акватории оз.
Паийянне
содержание
фосфора в отдельные годы
повышалось до 20 мкг/л,
в оз. Весиярви - до 30 мкг/л,
в оз. Онкивеси - до 75 мкг/л.
В загрязненном северном бас.
оз.
Паийянне
конц-ия
возрастала до 32, на наиболее
загрязненных участках оз.
Весиярви - до 100-130 мкг/л.
30
25
20
15
10
5
0
1951
1961
1971
Пайянне, Granberg 1986
1981
1991
2001
Пюхяярви, Holopairen et al., 2008
Весиярви, Kairesalo 2004
Концентрация общего фосфора
80
Общий фосфор, мкг/л
После
принятия
мер
оз.
Паийянне практически по всей
акватории удалось вернуть в
олиготрофное состояние. На
загрязненных
участках
оз.
Весиярви уже за первые 10 лет
конц-ии фосфора снизились в
два раза, однако само озеро
осталось
на
мезотрофном
уровне. Конц-ия фосфора в
эвтрофном
оз.
Онкивеси
продолжает сохраняться на
высоком уровне.
70
60
50
40
30
20
10
0
1960
1970
1980
1990
2000
Весиярви, Liukkonen et al., 1993
Пайянне, Granberg 1986
Пюхяярви, Holopairen et al., 2008
Онкивеси
2010
Общий фосфор, мкг/л
Концентрация общего фосфора
140
120
100
80
60
40
20
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Меларен, Willen 1975
Венерн, Lake Vänern Society for Water Conservation
2010
Сильному эвтрофированию в
1970 гг. были подвержены
озера
юга
Швеции
и
Норвегии.
Лишь
большие
глубоководные оз. Венерн и
Веттерн, а также оз. Мьеса
сохранили
олиготрофный
статус практически на всей
акватории. Конц-ия фосфора
в воде оз. Венерн даже при
макс. нагрузке не превышала
13 мкг/л, в оз. Веттерн лишь в
конце 1960-х она достигала 814 мкг/л.
На сегодняшний день конц-ия
фосфора не превышает в оз.
Ветерн 3-5, а в оз. Венерн - 8
мкг/л.
Значительный стресс испытали мелководные озера Меларен, и Эльмарен.
Макс. конц-ии фосфора в оз. Меларен составляли в 1970-е до 125 мкг/л. В рез-те
предпринятых мер в 1981-1995 конц-ию общ. фосфора удалось снизить в западном р-не
озера до 24-67, в восточном - до 30-81, в центральном – до 15-39 мкг/л. К началу 2000-х
статус двух наиб. загрязненных заливов (Гальтен и Ёкельн) понизился с эвтрофного до
мезотрофного, макс. конц-ия фосфора к 2000 г. составляют в их воде до 40-50 мкг/л.
На наиболее загрязненном участке оз. Эльмарен (зал. Хемфьорден, запад. часть оз.) конции фосфора в 1970 гг. составляли до 300 (528), а в осн. бассейне (Сторхэльмарен) - 50-60
мкг/л. К середине 1980-х содержание общ. фосфора в водах залива удалось снизить до
100, а к началу 2000-х - до 75 мкг/л, однако в осн. бассейне конц-ия оставалась на уровне
45-50 мкг/л, т. е. водоем сохранил эвтрофный статус по всей акватории. Конц-ия общего
азота в западной части озера в 1966-1973 была очень высокой – до 1.5-2.5, а в основном
бассейне 0.5-1.0 мг/л . В 1980–х в основном бассейне конц-ия азота сохранилась на
уровне 0.5-1.0 мг/л. Оз. Эльмарен явилось примером того, как даже после значительного
ограничения внешнего поступления биогенного в-ва в озеро, его внутренняя нагрузка в
течение десятилетий не позволяет уменьшиться концентрациям биогенов в воде.
Процессы эвтрофирования затронули и Ладожское и Онежское озера. В начале
1980 гг. после возрастания содержание фосфора до 27-30 мкг/л наблюдался
переход в мезотрофное состояние Ладожского оз. Только после принятия
водоохранных мер конц-ии фосфора удалось снизить, и экологическое состояние
озера улучшилось. В 2000-е гг. содержание фосфора составляло в Ладожском оз.
16-18 мкг/л. Сегодня его центральный и северный участки сохраняют исходные
олиготрофные черты, мезотрофное состояние наблюдается в южных губах.
35
Общий фосфор, мкг/л
В
Онежском
оз.
эвтрофирование затронуло
Кондопожскую губу,
находящаяся под влиянием
сбрасываемых сточных вод
Кондопожского ЦБК и
Петрозаводскую
губу,
на
побережье
которой
расположен Петрозаводск.
Концентрация фосфора в их
воде в 1980-1990 повысились
до 24 и 21 мкг/л, соотв-но. С
1990 по 2000 наблюдалось
снижение фосфора в губах
до 20 и 18 мкг/л.
Концентрация общего фосфора
30
25
20
15
10
5
0
1950
1960
1970
Ладога
1980
1990
2000
2010
Онега
На начало 2000 гг. на большей части акватории Онежского оз. концентрации
фосфора не превышают 8-10 мкг/л, а в Центральном, Большом и Малом Онеге
составляют от 7 до 20 мкг/л. Некоторые губы, прежде всего Кондопожская,
продолжают оставаться мезотрофными.
Концентрация общего фосфора
Среди равнинных озер подтаежной
зоны олиготрофный статус имело
оз. Снярдвы, где конц-ия фосфора
в 1950 составляла < 10-15, а к 1980
выросла до 90-130 мкг/л. Несмотря
на
повышение
содержания
биогенных в-в, озеро достаточно
долго сохраняло мезотрофные
черты, прежде чем перейти к
эвтрофному состоянию.
Предпринятые
водоохранные
меры не дали положительных ентрация фосфора оставалась на
уровне 115 мкг/л.
Общий фосфор, мкг/л
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1950
1960
Псковское
1970
1980
1990
Чудское
2000
2010
Снярдвы,
Значительно возрос приток
биогенного вещества и в озера
Русской
Равнины.
В
результате
концентрации
фосфора на начало 1990-х гг.
составляли: в оз. Чудское 3040, в оз. Вьотсъярв – 40, в оз.
Псковское 50-65, по акватории
оз. Ильмень от 30 до 100 мкг/л.
Биомасса фитопланктона, мг/л
Биомасса фитопланктона
60
50
40
30
20
10
0
1960
1965
1970
1975
1980
Псковское, Мельник и др., 2009
Вьотсьярв, Lahe Vortsjarv 2004
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Чудское, Мельник и др., 2009
Интенсивное эвтрофирование сравнительно мелководного ПсковскоЧудского озерного комплекса началось в 1970-е гг. В результате, уже к 1980е гг. оз.Чудское от мезотрофного уровня, характерного для него в середине
ХХ в., перешло в категорию эвтрофных водоемов, а оз. Псковское – от
эвтрофного уровня к гипертрофному. В Псковском озере к середине 2000-х
гг. наблюдалось двукратное увеличение фосфора до 120-140 мкг/л.
В результате эвтрофикации в Чудско-Псковском озере ежегодно в летнеосенний период наблюдается «цветение» воды различной интенсивности,
связанное с массовым развитием сине-зеленых водорослей, в цветении в
порядке очередности вегетации принимают участие: Anabaena flos-aquae,
Gloeotrichia echinulata и Aphanizomenon flos-aquae. Повышение уровня
трофности водоема и вызываемое им «цветение воды» негативно
сказывается на рыбном населении водоема. С конца 1980-х гг. в озере все
чаще стали наблюдаться заморные явления, причем не только в зимний
период, но и в летний.
Основным источником поступления биогенных веществ в озеро является
сельское хозяйство, стоки которого обеспечивают привнос в водоем с
эстонской части более половины от общего поступления азота и около 40%
- фосфора, а с российской – 70 и 65%, соответственно. Ожидаемое в
будущем увеличение сельскохозяйственного производства без принятия
должных мер и совершенствования сельскохозяйственной практики может
крайне негативно отразиться на озерной экосистеме.
Большие озера суббореальной зоны
Зона широколиственных лесов (14): Лох Корриб, Лох Дерг, Лох Ри, Лох
Эрн (Ирландия); Лох Ней (Великобритания); Эйсклмеер, Маркермер
(Нидерланды);
Женевское
(Швейцария,
Франция);
Люцерне,
Невшательское
(Швейцария);
Мюриц
(Германия);
Боденское
(Швейцария, Австрия, Германия); Нойсиелер-Зе (Австрия, Венгрия);
Балатон (Венгрия).
Субсредиземноморская зона (6): Маджоре (Швейцария, Италия); Гарда,
Комо (Италия); Охридское (Македония, Албания); Скадарское
(Черногория, Албания); Преспа (Албания, Греция, Македония).
Озера юга Европы:
Зоны средиземноморских ландшафтов (4): Трасименское, Больсена
(Италия); Мар-Менор (Испания); Трихонис (Греция).
Лесостепной и степной зон (4): Маныч-Гудило, Эльтон, Баскунчак
(Россия); Ялпух (Украина).
Даже в глубоководных озерах конц-ия фосфора с 1950 по 1980 выросла в 4-8 раз,
в результате чего они достигли мезотрофного, и даже эвтрофного уровня. Однако
к началу ХХI в. их экологическое состояние нормализовалось.
Концентрация общего фосфора
100
Общий фосфор, мкг/л
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Боденское, Int.Com., 2003
Женевское, d'action 2001-2010 de la CIPEL
Комо, Premazzi 2003
Гарда, Salmaso 2005
Достаточно быстро процессы восстановления шли в предальпийских водоемах
Боденское, Женевское, Комо. На сегодняшний день содержание общего фосфора
в воде Боденского оз. не превышает 10, а оз. Женевское и Комо – 30 мкг/л, тогда
как на уровень 1980 г. оно составляло в этих озерах 80-90 мкг/л. К началу ХХI в.
удалось восстановить начальную концентрацию общего фосфора в оз. Боденское
и Маджоре. На оз. Женевское и Комо содержание общего фосфора за 30 лет
снизилось в 3.0-3.5 раза, на сегодняшний день эти озера находятся на
мезотрофном уровне.
100
14
90
80
10
70
60
8
50
6
40
30
4
20
Биомасса фитопланктона, мг/л
концентрация фосфора, мкг/л
12
Боденское, фосфор
Женевское, фосфор
Боденское, биомасса
Женевское, биомасса
2
10
0
1951
0
1961
1971
1981
1991
2001
Снижение конц-ии фосфора на многих европейских озерах не сопровождалось
быстрым падением их биологической продуктивности. Отсутствие связи между
уровнем фосфора, конц-ией хлорофилла-а и биомассой фитопланктона
наблюдалось при реолиготрофикации оз. Боденского, Маджоре и Женевского.
Снижение конц-ии хлорофилла-а на Боденском оз. наблюдалось лишь в летний
период. На оз. Маджоре после начала снижения содержания в воде фосфора
показатели биомассы фитопланктона длительное время оставались стабильными.
Уменьшение конц-ии хлорофилла-а началось только через 6 лет, после того, как
уровень фосфора достиг 15 мкг/л. На Женевском оз. содержание фосфора за
период 1990-2010 снизилось в 2 раза, тогда как биомасса фитопланктона в 2000-е
была даже выше, чем в 1990-е гг.
Концентрация общего фосфора
200
Общий фосфор, мкг/л
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Лох Ней, Phosphorus inputs, Jewson 1991
Значительно выросло содержание фосфора и на равнинных озерах.
К концу 1980-х конц-ия фосфора на оз. Мюриц составляла около 80, а на оз.
Нойсиедлер-Зё – около 100 мкг/л.
Повышенной естественной биологической продуктивностью отличаются многие
Ирландские озера. Содержание фосфора в воде оз. Дерг и Ри в начале 1990-х
составляло 40-45 мкг/л. На протяжении всего периода измерений (с 1970-х) конция фосфора в воде оз. Лох Ней изменялась от 80 до 170 мкг/л причем, несмотря
на предпринимаемые меры, наблюдался его постепенный рост.
Анализ изменения конц-ии основных биогенных элементов и величин
первичной биопродукции больших озер Европы за последние пол столетия
приводит к выводу, что реакция озер на антропогенную нагрузку и на
предпринимаемые меры по их восстановлению определяется, прежде всего,
местоположением водоема, а также его морфометрическими особенностями.
Северные озера, обладающие неустойчивыми экосистемами наиболее
быстро подвергаются загрязнению и эвтрофируются, а их восстановление
представляет сложную задачу.
Глубоководные озера бореальной и суббореальной зон, в силу их большей
буферной способности, медленнее реагируют на антропогенную нагрузку.
Если уровень этой нагрузки не очень велик, то они отличаются хорошей
реакцией на восстановительные мероприятия.
Ряд
больших
мелководных
озер,
несмотря
на
предпринятые
восстановительные меры остаётся сильно загрязненным. Причем после
снижения внешней фосфорной нагрузки рост конц-ии фосфора в воде может
продолжаться на протяжении нескольких десятилетий за счет его
поступления из донных отложений.
Многие большие олиготрофные озера при повышении в них уровня фосфора
до значений, характерных для мезотрофных озер, продолжали некоторое
время сохранять ряд черт, характерных для олиготрофных водоемов. Рост
биомассы фитопланктона существенно запаздывал, однако отмечалось
изменение его видового состава, характеризующее изменение экологических
условий. Аналогичные изменения наблюдались и при переходе озер к
эвтрофному уровню.
На многих больших озерах, по мере снижения биогенной нагрузки,
наблюдалась сходная ситуация: биомасса фитопланктона существенно не
изменялась, тогда как его видовой состав указывал на улучшение
экологической ситуации.
Спасибо за внимание!