معلومة

لماذا يتم استخدام الأكسجين في التخثث؟

لماذا يتم استخدام الأكسجين في التخثث؟



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.

ربما يبدو هذا غبيًا جدًا ، لكن ألا ينتج عن تكاثر الطحالب الكثير من الأكسجين؟ على الرغم من أنها ستموت وأن المحللون سيستهلكون الأكسجين ، فهل هذا أكثر مما تنتجه الطحالب؟


تنتج الطحالب O2 في الطبقة العليا من الماء ولكن عندما تموت تتوقف عن إنتاج O2. تغرق في قاع البحر وتتحلل معظمها بسبب البكتيريا الموجودة في قاع البحر. في هذه العملية ، تستخدم البكتيريا O2 الموجود في الطبقة السفلية من الماء مما يقلل من تركيز O2 المذاب في الماء السفلي.

هذه المفاهيم (وأكثر من ذلك بكثير!) موصوفة جيدًا في ورقة الوصول المفتوح الممتازة التي أعدها Rabalais et al. (2010) ديناميات وتوزيع نقص الأكسجة الطبيعي والبشري. كما يتضمن دراسات حالة للمناطق المتأثرة بنقص الأكسجة والتثثث حول العالم. يجب أن تقرأ إذا كنت مهتمًا بهذا الموضوع!


كما تتخيل ، يتم استهلاك الأكسجين بواسطة المُحلِّلات. من صفحة ويكيبيديا عن التخثث:

الفوسفور عنصر غذائي ضروري للنباتات لتعيش ، وهو العامل المحدد لنمو النبات في العديد من النظم البيئية للمياه العذبة. تؤدي إضافة الفوسفور إلى زيادة نمو الطحالب ، ولكن ليس كل الفوسفات يغذي الطحالب بالفعل. تستوعب هذه الطحالب العناصر الغذائية الضرورية الأخرى اللازمة للنباتات والحيوانات. عندما تموت الطحالب فإنها تغرق في القاع حيث تتحلل وتتحول العناصر الغذائية الموجودة في المادة العضوية إلى شكل غير عضوي بواسطة البكتيريا. تستخدم عملية التحلل الأكسجين وتحرم المياه العميقة من الأكسجين الذي يمكن أن يقتل الأسماك والكائنات الحية الأخرى.


التخثث

التخثث (من اليونانية eutrophos، "تغذية جيدة") [1] هي العملية التي يتم من خلالها إثراء جسم كامل من الماء ، أو أجزاء منه ، تدريجياً بالمعادن والمغذيات. تسمى الأجسام المائية ذات المستويات المنخفضة جدًا من العناصر الغذائية قليلة التغذية وتلك التي تحتوي على مستويات مغذية معتدلة تسمى متوسطة التغذية. يمكن أيضًا الإشارة إلى التخثث المتقدم باسم التصنع و ضخامي شروط. [2]

قبل التدخل البشري ، كانت هذه ، ولا تزال ، عملية طبيعية بطيئة للغاية تتراكم فيها العناصر الغذائية ، وخاصة مركبات الفوسفور والمواد العضوية ، في المسطحات المائية. [3] هذه العناصر الغذائية مستمدة من تحلل ومحلول المعادن في الصخور وتأثير الأشنات والطحالب والفطريات التي تزيل العناصر الغذائية من الصخور. [4] غالبًا ما يكون التخثث البشري المنشأ أو الثقافي عملية أسرع بكثير يتم فيها إضافة العناصر الغذائية إلى الجسم المائي من أي مجموعة متنوعة من المدخلات الملوثة بما في ذلك مياه الصرف الصحي غير المعالجة أو المعالجة جزئيًا ومياه الصرف الصناعي والأسمدة من الممارسات الزراعية. التلوث بالمغذيات, شكل من أشكال تلوث المياه ، هو سبب رئيسي لإغناء المياه السطحية بالمغذيات ، حيث تحفز المغذيات الزائدة ، عادة النيتروجين أو الفوسفور ، نمو الطحالب والنباتات المائية.

غالبًا ما يكون التأثير المرئي للتخثث هو تكاثر الطحالب المزعج الذي يمكن أن يتسبب في تدهور بيئي كبير في المسطحات المائية والجداول المرتبطة بها. [5] قد تؤدي هذه العملية إلى استنفاد الأكسجين في الجسم المائي بعد التحلل البكتيري للطحالب. [6]

يحدث التخثث في أنظمة المياه العذبة دائمًا بسبب الفوسفور الزائد. [7] زاد الجنس البشري من معدل دوران الفوسفور على الأرض بمقدار أربع مرات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى إنتاج الأسمدة الزراعية واستخدامها. بين عامي 1950 و 1995 ، تم استخدام ما يقدر بنحو 600 مليون طن من الفوسفور على سطح الأرض ، في المقام الأول على أراضي المحاصيل. [8]


ما هو التخثث؟

يبدو أن متصفحك لا يدعم فيديو HTML5. إليك رابط مباشر للفيديو بدلاً من ذلك.

فيديو: ما هو التخثث؟ هذه نظرة عامة في دقيقة واحدة. كشف الدرجات

التخثث كلمة كبيرة تصف مشكلة كبيرة في مصبات الأنهار في البلاد. إن تكاثر الطحالب الضارة والمناطق الميتة ونفوق الأسماك هي نتائج عملية تسمى التخثث - والتي تحدث عندما تصبح البيئة غنية بالمغذيات ، مما يزيد من كمية نمو النباتات والطحالب في مصبات الأنهار والمياه الساحلية.

خمسة وستون في المائة من مصبات الأنهار والمياه الساحلية في الولايات المتحدة المتاخمة التي تمت دراستها من قبل الباحثين تتدهور بشكل معتدل إلى شديد بسبب مدخلات المغذيات المفرطة. تؤدي المغذيات الزائدة إلى تكاثر الطحالب والمياه منخفضة الأكسجين (نقص الأكسجين) التي يمكن أن تقتل الأسماك والأعشاب البحرية وتقليل موائل الأسماك الأساسية. العديد من مصبات الأنهار هذه تدعم أيضًا تجمعات الرخويات ذات الصدفتين (مثل المحار والبطلينوس والاسقلوب) ، مما يقلل بشكل طبيعي من العناصر الغذائية من خلال أنشطة التغذية بالترشيح.

يؤدي التخثث إلى حدوث تفاعل متسلسل في النظام البيئي ، يبدأ بوفرة من الطحالب والنباتات. تتحلل الطحالب الزائدة والمواد النباتية في النهاية ، وتنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. هذا يقلل من الرقم الهيدروجيني لمياه البحر ، وهي عملية تعرف باسم تحمض المحيطات. يؤدي التحمض إلى إبطاء نمو الأسماك والمحار ويمكن أن يمنع تكوين الصدفة في الرخويات ذات الصدفتين. وهذا يؤدي إلى انخفاض المصيد المخصص لمصايد الأسماك التجارية والترفيهية ، مما يعني حصادًا أصغر ومأكولات بحرية باهظة الثمن.

هل كنت تعلم؟

في سبتمبر 2017 ، أعلن حاكم نيويورك أندرو م. كومو عن جهود بقيمة 10.4 مليون دولار لتحسين جودة المياه في لونغ آيلاند وتعزيز اقتصادات ومرونة المجتمعات الساحلية من خلال استعادة مجموعات المحار الأصلية إلى المياه الساحلية. تخطط الولاية لإنشاء خمسة مواقع محميات جديدة في مقاطعتي سوفولك وناساو لزرع بذور المحار والمحار ، وتوسيع المفرخات العامة للمحار في المقاطعتين من خلال برنامج مخصص للمنح. كان للتغذيات آثار اقتصادية كبيرة على لونج آيلاند ساوند ، حيث خسرت مصايد القواقع التجارية ملايين الدولارات سنويًا منذ عام 1985. وتشير التوقعات الأخيرة إلى أنه بدون تدخل ، يمكن أن يفقد الصوت جميع أعشابه البحرية بحلول عام 2030 ، وأن ثلثي الصوت يمكن أن تفتقر إلى ما يكفي من الأوكسجين للأسماك للبقاء على قيد الحياة.

في السنوات الأخيرة ، قامت المراكز الوطنية لعلوم المحيطات الساحلية (NCCOS) التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ، بالتعاون مع مركز علوم شمال شرق مصايد الأسماك التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ، بتجنيد السكان الأصليين في مصبات الأنهار ، أي الرخويات ذات الصدفتين ، للمساعدة في إبطاء عملية التخثث ، وفي بعض الحالات عكسها. ، لأنها تزيل العناصر الغذائية بكفاءة من الماء لأنها تتغذى على العوالق النباتية والمخلفات.

أظهر مشروع نمذجة رائد في Long Island Sound أن صناعة تربية الأحياء المائية للمحار في ولاية كونيتيكت توفر 8.5 - 23 مليون دولار سنويًا من فوائد تقليل المغذيات. أظهر المشروع أيضًا أن التوسع المعقول في تربية الأحياء المائية للمحار يمكن أن يوفر قدرًا كبيرًا من تقليل المغذيات مثل الاستثمار المماثل البالغ 470 مليون دولار في تدابير تقليل المغذيات التقليدية ، مثل تحسين معالجة مياه الصرف الصحي وأفضل ممارسات الإدارة الزراعية.

استخدم علماء الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أدوات نمذجة الاستزراع المائي لإثبات أن تربية المحار المائية تُقارن بشكل إيجابي مع استراتيجيات إدارة المغذيات الحالية من حيث كفاءة إزالة المغذيات وتكلفة التنفيذ. لقد أدى توثيق فوائد جودة المياه التي يوفرها استزراع المحار إلى زيادة قبول المجتمعات والهيئات التنظيمية لاستزراع المحار ، ليس فقط في ولاية كونيتيكت ولكن في جميع أنحاء البلاد. في خليج تشيسابيك ، على سبيل المثال ، تشمل سياسات إزالة المغذيات حصاد أنسجة المحار كطريقة معتمدة ، وفي خليج ماشبي بولاية ماساتشوستس ، تعتبر زراعة المحار والمحار والحصاد جزءًا من خطة إدارة المغذيات الرسمية.


مجلة تحقيقات البيولوجيا التمهيدية

عندما يزيد جسم من الماء من مستويات المغذيات ، خاصة بالنظر إلى الفوسفور والنيتروجين ، اللذين يعززان نمو الطحالب وموتها لاحقًا ، فإن هذا يسمى التخثث (Olatunji et al. ، 2015). التخثث مشكلة رئيسية يواجهها المجتمع الزراعي. عادة ما يكون النيتروجين هو العامل الذي يحد من نمو النباتات (بما في ذلك الطحالب) بسبب قيام هؤلاء المزارعين بإضافة الأسمدة إلى حقولهم (Chapin et al. ، 1987). يؤدي الإفراط في استخدام الأسمدة المرتبطة بالمطر إلى جريان الأسمدة إلى مصادر المياه ، مما يؤدي إلى زيادة المغذيات (دياز ، 2008). قارنت التجربة مستويات المغذيات المختلفة لتأثير الماء على تأثير الأسمدة والأسمدة على دورة حياة الطحالب. من خلال وضع الأسمدة في الماء ، سينخفض ​​الأكسجين المذاب بمرور الوقت لأن المُحلِّلات ستفكك تكاثر الطحالب الناتج عن الأسمدة وتستهلك كل الأكسجين المذاب في الماء بغض النظر عن مستويات المغذيات في الماء. على الرغم من أن آخرين حاولوا إثبات تأثيرات الأسمدة في الماء ووجدوا بيانات كافية ، فقد اتخذنا اتجاهًا مختلفًا من خلال محاولة رؤية تأثيرات مستويات المغذيات المختلفة للأسمدة في الماء. هذه المعلومات مهمة لأن معرفة كيفية تفاعل الأسمدة مع مستويات المغذيات المختلفة للمياه سيساعد في التنبؤ بتأثير السماد على النظام البيئي في الماء.

نص كامل:

مراجع

Chapin، F. S.، III، Bloom، A. J.، Field، C.B، Waring، R.H. (1987). استجابة النبات لعوامل بيئية متعددة. العلوم البيولوجية. 37 (1) ، 49-57.

دياز ، ر.ج.روزنبرغ ، ر. (2008). انتشار المناطق الميتة وعواقب النظم البيئية البحرية. علم. 321 (5891) ، 1-6. دوى: 10.1126 / العلوم .1156401.


محتويات

التخثث هو عملية زيادة توليد الكتلة الحيوية في جسم مائي ناتج عن زيادة تركيزات المغذيات النباتية ، والفوسفات والنترات في الغالب. [6] تؤدي زيادة تركيزات المغذيات إلى زيادة خصوبة النباتات المائية ، سواء كانت نباتات كبيرة أو عوالق نباتية. [7] مع توفر المزيد من المواد النباتية كمورد غذائي ، هناك زيادات مصاحبة في أنواع اللافقاريات والأسماك. مع استمرار العملية ، تزداد الكتلة الحيوية للجسم المائي ولكن التنوع البيولوجي يتناقص. [9] مع زيادة التخثث الشديدة ، يؤدي التحلل البكتيري للكتلة الحيوية الزائدة إلى استهلاك الأكسجين ، والذي يمكن أن يخلق حالة من نقص الأكسجة على الأقل في الرواسب السفلية والطبقات العميقة من الماء. توجد مناطق نقص الأكسجين بشكل شائع في بحيرات المياه العميقة في موسم الصيف بسبب التقسيم الطبقي إلى نقص الأوكسجين البارد ونقص الأوكسجين الدافئ الغني بالأكسجين. يمكن أن تصبح المياه العذبة شديدة التخثر ناقصة التأكسج خلال عمقها بعد تكاثر الطحالب الشديدة أو فرط نمو الخلايا الكبيرة.

وفقًا لموسوعة أولمان ، [10] "العامل الأساسي المحدد لزيادة التخثث هو الفوسفات." يؤدي توفر الفوسفور بشكل عام إلى زيادة نمو النبات وتعفنه مما يؤدي إلى انخفاض حاد في جودة المياه. الفوسفور عنصر غذائي ضروري للنباتات لتعيش ، وهو العامل المحدد لنمو النبات في معظم النظم البيئية للمياه العذبة. [11] يلتصق الفوسفات بإحكام بجزيئات التربة ، لذلك يتم نقله بشكل أساسي عن طريق التعرية والجريان السطحي. بمجرد نقل الفوسفات إلى البحيرات ، يكون استخراج الفوسفات في الماء بطيئًا ، ومن هنا تأتي صعوبة عكس آثار التخثث. [12] في النظم البحرية ، يعتبر النيتروجين والحديد من العناصر الغذائية الأساسية التي تحد من تراكم الكتلة الحيوية للطحالب. [13]

مصادر الفوسفات الزائدة هي الفوسفات في المنظفات والجريان السطحي الصناعي / المنزلي والأسمدة. مع التخلص التدريجي من المنظفات المحتوية على الفوسفات في السبعينيات ، برز الجريان السطحي الصناعي / المحلي والزراعة كمساهمين مهيمنين في التخثث. [10]

تحرير التخثث الطبيعي

على الرغم من أن التخثث يحدث عادة بسبب الأنشطة البشرية ، إلا أنه يمكن أن يكون أيضًا عملية طبيعية ، لا سيما في البحيرات. يدرك علماء الحفريات الآن أن تغير المناخ والجيولوجيا والتأثيرات الخارجية الأخرى ضرورية أيضًا في تنظيم الإنتاجية الطبيعية للبحيرات. تظهر بعض البحيرات أيضًا العملية العكسية (التضمين العضلي) ، حيث تصبح أقل ثراءً بالمغذيات مع مرور الوقت نظرًا لأن المدخلات الفقيرة بالمغذيات تزيل ببطء كتلة المياه الغنية بالمغذيات في البحيرة. [14] [15] يمكن رؤية هذه العملية في البحيرات والخزانات الاصطناعية التي تميل إلى أن تكون عالية التغذية عند التعبئة الأولى ولكنها قد تصبح أكثر قلة التغذية مع مرور الوقت. الفرق الرئيسي بين التخثث الطبيعي والبشري هو أن العملية الطبيعية بطيئة للغاية ، وتحدث على نطاقات زمنية جيولوجية. [16]

تحرير التخثث الثقافي

التخثث الثقافي أو البشري المنشأ هو العملية التي تسرع التخثث الطبيعي بسبب النشاط البشري. [17] نظرًا لتطهير الأراضي وبناء البلدات والمدن ، يتم تسريع الجريان السطحي للأرض ويتم توفير المزيد من العناصر الغذائية مثل الفوسفات والنترات للبحيرات والأنهار ، ثم إلى مصبات الأنهار الساحلية والخلجان. ينتج التخثث الثقافي عندما ينتهي الأمر بالمغذيات الزائدة من الأنشطة البشرية في المسطحات المائية مما يؤدي إلى تلوث المغذيات وكذلك تسريع عملية التخثث الطبيعية. [17] أصبحت المشكلة أكثر وضوحًا بعد إدخال الأسمدة الكيماوية في الزراعة (الثورة الخضراء في منتصف القرن العشرين). [18] الفوسفور والنيتروجين هما المغذيان الرئيسيان اللذان يسببان التخثث الثقافي لأنهما يثريان المياه ، مما يسمح لبعض النباتات المائية ، وخاصة الطحالب بالنمو بسرعة. الطحالب عرضة للتكاثر بكثافات عالية وعندما تموت ، فإن تحللها بواسطة البكتيريا يزيل الأكسجين ، مما يولد ظروف نقص الأكسجين. هذه البيئة الخالية من الأكسجين تقتل الكائنات الهوائية (مثل الأسماك واللافقاريات) في الجسم المائي. يؤثر هذا أيضًا على الحيوانات الأرضية ، مما يحد من وصولها إلى المياه المتأثرة (كمصادر للشرب على سبيل المثال). يمكن أن يؤدي اختيار أنواع النباتات الطحلبية والمائية التي يمكن أن تزدهر في ظروف غنية بالمغذيات إلى اضطراب هيكلي ووظيفي للنظم الإيكولوجية المائية بأكملها وشبكاتها الغذائية ، مما يؤدي إلى فقدان الموائل والتنوع البيولوجي للأنواع. [19]

هناك العديد من مصادر المغذيات الزائدة من النشاط البشري بما في ذلك الجريان السطحي من الحقول المخصبة والمروج وملاعب الجولف ومياه الصرف الصحي غير المعالجة ومياه الصرف والاحتراق الداخلي للوقود. [7] يمكن أن يحدث التخثث الثقافي في المياه العذبة ومسطحات المياه المالحة ، والمياه الضحلة هي الأكثر عرضة. في خطوط الشاطئ والبحيرات الضحلة ، غالبًا ما يتم تعليق الرواسب بفعل الرياح والأمواج مما قد يؤدي إلى إطلاق المغذيات في المياه التي تعلوها ، مما يعزز التخثث. [20] وبالتالي فإن تدهور جودة المياه الناجم عن التخثث الثقافي يمكن أن يؤثر سلبًا على الاستخدامات البشرية بما في ذلك إمدادات الشرب للاستهلاك والاستخدامات الصناعية والترفيه. [21]

تحرير التأثيرات في أنظمة المياه العذبة

تتمثل إحدى الاستجابة للكميات المضافة من العناصر الغذائية في النظم البيئية المائية في النمو السريع للطحالب المجهرية ، مما يؤدي إلى تكاثر الطحالب. في أنظمة المياه العذبة ، يكون تكوين تكاثر الطحالب العائمة عبارة عن بكتيريا زرقاء مثبتة للنيتروجين (طحالب خضراء مزرقة). يتم تفضيل هذه النتيجة عندما يصبح النيتروجين القابل للذوبان مقيدًا وتبقى مدخلات الفوسفور كبيرة. [11] يعد التلوث بالمغذيات سببًا رئيسيًا لتكاثر الطحالب والنمو الزائد للنباتات المائية الأخرى مما يؤدي إلى ازدحام المنافسة على ضوء الشمس والفضاء والأكسجين. يمكن أن تؤدي المنافسة المتزايدة على العناصر الغذائية المضافة إلى حدوث اضطراب محتمل في النظم البيئية وشبكات الغذاء بأكملها ، فضلاً عن فقدان الموائل والتنوع البيولوجي للأنواع. [19]

عندما تموت النباتات الكبيرة والطحالب في البحيرات والأنهار والجداول المائية المفرطة الإنتاج ، فإنها تتحلل وتتحول العناصر الغذائية الموجودة في تلك المادة العضوية إلى شكل غير عضوي بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. عملية التحلل هذه تستهلك الأكسجين ، مما يقلل من تركيز الأكسجين المذاب. قد تؤدي مستويات الأكسجين المستنفدة بدورها إلى نفوق الأسماك ومجموعة من التأثيرات الأخرى التي تقلل من التنوع البيولوجي. قد تتركز المغذيات في منطقة نقص الأكسجين ولا يمكن إتاحتها إلا مرة أخرى خلال فصل الخريف أو في ظروف التدفق المضطرب. الطحالب الميتة والحمل العضوي الذي تحمله تدفقات المياه إلى البحيرة يستقر في القاع ويخضع لعملية الهضم اللاهوائي لإطلاق غازات الدفيئة مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون2. قد يتأكسد بعض غاز الميثان بواسطة بكتيريا أكسدة الميثان اللاهوائية مثل Methylococcus capsulatus والتي بدورها قد توفر مصدر غذاء للعوالق الحيوانية. [22] وبالتالي يمكن أن تحدث عملية بيولوجية ذاتية الاستدامة لتوليد مصدر غذائي أولي للعوالق النباتية والعوالق الحيوانية اعتمادًا على توافر الأكسجين المذاب الكافي في الجسم المائي. [23]

يؤدي النمو المعزز للنباتات المائية والعوالق النباتية وتكاثر الطحالب إلى تعطيل الأداء الطبيعي للنظام البيئي ، مما يتسبب في مجموعة متنوعة من المشكلات مثل نقص الأكسجين اللازم للبقاء على قيد الحياة للأسماك والمحار. يؤدي التخثث أيضًا إلى تقليل قيمة الأنهار والبحيرات والمتعة الجمالية. يمكن أن تحدث مشاكل صحية عندما تتداخل حالات التخثث مع معالجة مياه الشرب. [24]

يمكن للأنشطة البشرية تسريع معدل دخول المغذيات إلى النظم البيئية. الجريان السطحي من الزراعة والتنمية ، والتلوث من أنظمة الصرف الصحي والمجاري ، وانتشار حمأة الصرف الصحي ، والأنشطة الأخرى ذات الصلة بالإنسان تزيد من تدفق كل من المغذيات غير العضوية والمواد العضوية إلى النظم البيئية. يمكن أن تؤدي المستويات المرتفعة من مركبات الغلاف الجوي من النيتروجين إلى زيادة توافر النيتروجين. غالبًا ما يُنظر إلى الفوسفور على أنه المذنب الرئيسي في حالات التخثث في البحيرات المعرضة لتلوث "مصدر نقطي" من أنابيب الصرف الصحي. يتوافق تركيز الطحالب والحالة الغذائية للبحيرات جيدًا مع مستويات الفوسفور في الماء. أظهرت الدراسات التي أجريت في منطقة البحيرات التجريبية في أونتاريو وجود علاقة بين إضافة الفوسفور ومعدل التخثث. تؤدي المراحل اللاحقة من التخثث إلى ازدهار البكتيريا الزرقاء المثبتة للنيتروجين المقيدة فقط بتركيز الفوسفور. [25]

تحرير التأثيرات في المياه الساحلية

التخثث ظاهرة شائعة في المياه الساحلية. على النقيض من أنظمة المياه العذبة حيث يكون الفوسفور في كثير من الأحيان هو المغذيات المحدودة ، فإن النيتروجين هو الأكثر شيوعًا هو العنصر الغذائي المحدد للمياه البحرية ، وبالتالي ، فإن مستويات النيتروجين لها أهمية أكبر لفهم مشاكل التخثث في المياه المالحة. [26] مصبات الأنهار ، كواجهة بين المياه العذبة والمياه المالحة ، يمكن أن تكون محدودة من الفوسفور والنيتروجين وعادة ما تظهر أعراض التخثث. غالبًا ما يؤدي التخثث في مصبات الأنهار إلى نقص الأكسجة في مياه القاع / نقص الأكسجين ، مما يؤدي إلى قتل الأسماك وتدهور الموائل. [27] كما أن الارتفاعات المتدفقة في النظم الساحلية تعزز الإنتاجية المتزايدة عن طريق نقل المياه العميقة الغنية بالمغذيات إلى السطح ، حيث يمكن للطحالب استيعاب العناصر الغذائية. تشمل الأمثلة على المصادر البشرية المنشأ للتلوث الغني بالنيتروجين للمياه الساحلية تربية الأسماك في أقفاص البحر وتصريف الأمونيا من إنتاج فحم الكوك من الفحم. [28]

ال معهد الموارد العالمية حددت 375 منطقة ساحلية ناقصة الأوكسجين في العالم ، تتركز في المناطق الساحلية في أوروبا الغربية ، والساحل الشرقي والجنوبي للولايات المتحدة ، وشرق آسيا ، وخاصة اليابان. [29]

بالإضافة إلى الجريان السطحي من الأرض ومخلفات تربية الأسماك وتصريف الأمونيا الصناعية ، يمكن أن يكون النيتروجين الثابت في الغلاف الجوي مصدرًا مهمًا للمغذيات في المحيط المفتوح. وجدت دراسة في عام 2008 أن هذا يمكن أن يمثل حوالي ثلث إمدادات النيتروجين الخارجية (غير المعاد تدويرها) للمحيطات ، وما يصل إلى 3 ٪ من الإنتاج البيولوجي البحري السنوي الجديد. [30] لقد تم اقتراح أن تراكم النيتروجين التفاعلي في البيئة قد يكون بنفس خطورة وضع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. [31]

تحرير النظم البيئية الأرضية

تخضع النظم البيئية الأرضية لتأثيرات ضارة مماثلة من التخثث. [٣٢] غالبًا ما تكون زيادة النترات في التربة غير مرغوب فيها للنباتات. تتعرض العديد من أنواع النباتات البرية لخطر الانقراض نتيجة لتخثث التربة ، مثل غالبية أنواع الأوركيد في أوروبا. [٣٣] تتميز المروج والغابات والمستنقعات بانخفاض محتوى العناصر الغذائية وأنواع تنمو ببطء تتكيف مع تلك المستويات ، بحيث يمكن أن تنمو بشكل متضخم عن طريق النمو الأسرع والأنواع الأكثر قدرة على المنافسة. في المروج ، قد تغير الأعشاب الطويلة التي يمكن أن تستفيد من مستويات النيتروجين المرتفعة المنطقة بحيث قد تُفقد الأنواع الطبيعية. يمكن أن تتفوق أنواع القصب أو القصب على السلالات الغنية بالأنواع. يمكن تحويل شجيرات الغابات المتأثرة بالجريان السطحي من حقل مخصب قريب إلى نبات القراص وغابة العنب. [ بحاجة لمصدر ]

غالبًا ما تكون الأشكال الكيميائية للنيتروجين مصدر قلق فيما يتعلق بالتخثث ، لأن النباتات لديها متطلبات عالية من النيتروجين بحيث تحفز إضافات مركبات النيتروجين نمو النبات. لا يتوفر النيتروجين بسهولة في التربة لأن N.2وهو شكل غازي من النيتروجين ، وهو مستقر للغاية وغير متاح مباشرة للنباتات العليا. تعتمد النظم البيئية الأرضية على تثبيت النيتروجين الميكروبي لتحويل النيتروجين2 في أشكال أخرى مثل النترات. ومع ذلك ، هناك حد لمقدار النيتروجين الذي يمكن استخدامه. تسمى النظم البيئية التي تتلقى نيتروجينًا أكثر مما تتطلبه النباتات بأنها مشبعة بالنيتروجين. يمكن للنظم الإيكولوجية الأرضية المشبعة بعد ذلك أن تساهم في كل من النيتروجين العضوي وغير العضوي في زيادة المغذيات في المياه العذبة والساحلية والبحرية ، حيث يكون النيتروجين أيضًا عنصرًا غذائيًا محدودًا. [34] هذا هو الحال أيضًا مع زيادة مستويات الفوسفور. ومع ذلك ، نظرًا لأن الفوسفور عمومًا أقل قابلية للذوبان من النيتروجين ، فإنه يتم ترشحه من التربة بمعدل أبطأ بكثير من النيتروجين. وبالتالي ، فإن الفوسفور أكثر أهمية كمغذٍ مقيد في النظم المائية. [9]

تحرير مياه الصرف الصحي الخام

مياه الصرف الصحي الخام هي مساهم كبير في التخثث الثقافي لأن مياه الصرف الصحي غنية جدًا بالمغذيات. يُشار إلى إطلاق مياه الصرف الصحي الخام في جسم مائي كبير باسم إغراق مياه الصرف الصحي ، وهي مشكلة كبيرة في مجتمع اليوم حتى في البلدان المتقدمة. هناك عدة طرق مختلفة لإصلاح التخثث الثقافي مع كون مياه الصرف الصحي الخام مصدرًا رئيسيًا للتلوث. أصبح جمع النفايات وحرقها ومعالجتها ممارسات شائعة في الأجزاء الصناعية من العالم. [35] محطة معالجة مياه الصرف الصحي هي المكان الذي سيتم فيه ترشيح المياه إلى مياه عادية قبل تصريفها مرة أخرى في مسطح مائي كبير. في بعض المناطق ، يتم استخدام الحرق حيث تتعرض النفايات الصلبة لدرجات حرارة عالية وتحول النفايات إلى رماد. تقوم أنظمة ترميد الحمأة التقليدية في الغالب بشحن الحمأة المنزوعة الماء مباشرة في المحرقة. [36] توليد البيئة اللاهوائية هو أيضًا طريقة أخرى حيث تعمل الكائنات الدقيقة على تحلل النفايات دون استخدام الأكسجين. يمكن استخدام النظام اللاهوائي للمعالجة المسبقة قبل التفريغ إلى محطة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية. [37] طريقة الحرق والطرق اللاهوائية هي الأكثر ملاءمة للبيئة مقارنة بالآخرين. [35] تستخدم المعالجة اللاهوائية طاقة أقل إلى حد كبير ، وتتطلب مواد كيميائية أقل ، وتتحمل تكاليف معالجة حمأة أقل مقارنة بالمعالجات الهوائية ، كما أن الغاز الحيوي المنتج هو مصدر للطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء. [٣٧] وبالمثل ، ينتج عن حرق طن من النفايات طاقة كهربائية تعادل 52.1 كيلو واط / طن من النفايات القابلة للاحتراق في مجمعات توليد الحرارة والطاقة هذه الكمية تحل محل الكهرباء التي ستوفرها محطة توليد الكهرباء التي تستخدم الوقود الأحفوري في كوريا. [35]

تحرير الزراعة

منذ الطفرة الزراعية في العقد الأول من القرن الماضي ومرة ​​أخرى في الأربعينيات من القرن الماضي لمواكبة الزيادة في الطلب على الغذاء ، يعتمد الإنتاج الزراعي بشكل كبير على استخدام الأسمدة. [35] الأسمدة هي مادة طبيعية أو معدلة كيميائيًا تساعد التربة على أن تصبح أكثر خصوبة. تحتوي هذه الأسمدة على كميات عالية من الفوسفور والنيتروجين ، مما يؤدي إلى دخول كميات زائدة من العناصر الغذائية إلى التربة. يعتبر النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم من العناصر الغذائية الأساسية "الثلاثة الكبار" في الأسمدة التجارية ، ويلعب كل عنصر من هذه العناصر الغذائية الأساسية دورًا رئيسيًا في تغذية النبات. [38] عندما لا يتم استخدام النيتروجين والفوسفور بشكل كامل من قبل النباتات النامية ، يمكن أن تضيع من الحقول الزراعية وتؤثر سلبًا على جودة الهواء ومياه المصب. [39] يمكن أن تنتهي هذه العناصر الغذائية في النهاية في النظم البيئية المائية وتساهم في زيادة التخثث. [27] عندما يقوم المزارعون بنشر الأسمدة الخاصة بهم سواء كانت عضوية أو صناعية ، فإن معظم الأسمدة ستتحول إلى جريان يتم تجميعه في اتجاه مجرى النهر لتوليد التخثث الثقافي.

هناك العديد من الطرق للمساعدة في إصلاح التخثث الثقافي الذي تسببه الزراعة. ممارسات الزراعة الآمنة هي الطريقة الأولى لإصلاح المشكلة. بعض احتياطات السلامة هي: [39]

  1. تقنيات إدارة المغذيات - يجب على أي شخص يستخدم الأسمدة أن يستخدم السماد بالكمية الصحيحة ، في الوقت المناسب من العام ، بالطريقة الصحيحة والموضع المناسب.
  2. السنة - الغطاء الأرضي المستدير - سيمنع محصول الغطاء فترات الأرض العارية وبالتالي القضاء على تآكل وجريان المغذيات حتى بعد حدوث موسم النمو.
  3. زراعة المخازن الحقلية - عن طريق زراعة الأشجار والشجيرات والأعشاب على طول حواف الحقول للمساعدة في التقاط الجريان السطحي وامتصاص بعض العناصر الغذائية قبل أن تصل المياه إلى المسطح المائي القريب.
  4. حرث الحفظ - من خلال تقليل وتيرة وكثافة حراثة الأرض سيعزز فرصة امتصاص العناصر الغذائية في الأرض.

تم التعرف على التخثث كمشكلة لتلوث المياه في بحيرات وخزانات أوروبا وأمريكا الشمالية في منتصف القرن العشرين. [40] ومنذ ذلك الحين ، أصبح أكثر انتشارًا. أظهرت الدراسات الاستقصائية أن 54٪ من البحيرات في آسيا غنية بالمغذيات في أوروبا ، و 53٪ في أمريكا الشمالية ، و 48٪ في أمريكا الجنوبية ، و 41٪ ، وفي إفريقيا ، 28٪. [41] في جنوب إفريقيا ، أظهرت دراسة أجراها مركز الدراسات والبحوث العلمية باستخدام الاستشعار عن بعد أن أكثر من 60٪ من الخزانات التي تم مسحها كانت غنية بالمغذيات. [42] يعتقد بعض علماء جنوب إفريقيا أن هذا الرقم قد يكون أعلى [43] حيث يتمثل المصدر الرئيسي في أعمال الصرف الصحي المختلة التي تنتج أكثر من 4 مليارات لتر يوميًا من مياه الصرف الصحي غير المعالجة ، أو المعالجة جزئيًا في أحسن الأحوال ، والتي تصب في الأنهار و الخزانات. [44] حتى مع المعالجة الثانوية الجيدة ، تحتوي معظم النفايات السائلة النهائية من أعمال معالجة مياه الصرف الصحي على تركيزات كبيرة من النيتروجين مثل النترات أو النتريت أو الأمونيا. إزالة هذه العناصر الغذائية عملية مكلفة وغالبا ما تكون صعبة.

يمكن أن تنشأ العديد من التأثيرات البيئية من تحفيز الإنتاج الأولي ، ولكن هناك ثلاثة تأثيرات بيئية مثيرة للقلق بشكل خاص: انخفاض التنوع البيولوجي ، والتغيرات في تكوين الأنواع وهيمنتها ، وتأثيرات السمية.

  • زيادة الكتلة الحيوية من العوالق النباتية
  • أنواع العوالق النباتية السامة أو غير الصالحة للأكل
  • يزيد في أزهار العوالق الحيوانية الجيلاتينية
  • زيادة الكتلة الحيوية من الطحالب القاعية والنباتية
  • التغييرات في تكوين الأنواع الضامة والكتلة الحيوية
  • انخفاض في شفافية المياه (زيادة التعكر)
  • نضوب مشاكل اللون والرائحة ومعالجة المياه
  • زيادة حالات نفوق الأسماك
  • فقدان أنواع الأسماك المرغوبة
  • التخفيضات في الأسماك والمحار التي يمكن حصادها
  • انخفاض في القيمة الجمالية المتصورة للجسم المائي

انخفاض تحرير التنوع البيولوجي

عندما يواجه نظام إيكولوجي زيادة في العناصر الغذائية ، فإن المنتجين الأساسيين يجنيون الفوائد أولاً. في النظم البيئية المائية ، تشهد الأنواع مثل الطحالب زيادة في عدد السكان (تسمى تكاثر الطحالب). تحد أزهار الطحالب من ضوء الشمس المتاح للكائنات التي تعيش في القاع وتسبب تقلبات واسعة في كمية الأكسجين المذاب في الماء. الأكسجين مطلوب من قبل جميع النباتات والحيوانات التي تتنفس هوائيًا ويتم تجديده في ضوء النهار عن طريق النباتات والطحالب التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. في ظل ظروف التخثث ، يزداد الأكسجين المذاب بشكل كبير خلال النهار ، ولكنه ينخفض ​​بشكل كبير بعد حلول الظلام من خلال تنفس الطحالب والكائنات الدقيقة التي تتغذى على الكتلة المتزايدة من الطحالب الميتة. عندما تنخفض مستويات الأكسجين المذاب إلى مستويات نقص الأكسجين ، تختنق الأسماك والحيوانات البحرية الأخرى. ونتيجة لذلك ، تموت كائنات مثل الأسماك ، والجمبري ، وخاصة سكان القاع غير المتحركين. [45] في الحالات القصوى ، تحدث ظروف لاهوائية ، مما يعزز نمو البكتيريا. تُعرف المناطق التي يحدث فيها هذا باسم المناطق الميتة.

تحرير غزو الأنواع الجديدة

قد يتسبب التخثث في إطلاق تنافسي عن طريق جعل المغذيات الوفيرة عادة محدودة. تسبب هذه العملية تحولات في تكوين الأنواع في النظم البيئية. على سبيل المثال ، قد تسمح الزيادة في النيتروجين لأنواع جديدة قادرة على المنافسة بغزو الأنواع الأصلية الأصلية والتنافس عليها. وقد ثبت أن هذا يحدث [46] في مستنقعات الملح في نيو إنجلاند. في أوروبا وآسيا ، يعيش المبروك الشائع في كثير من الأحيان في المناطق ذات التغذية الطبيعية أو شديدة التغذية ، ويتكيف مع العيش في مثل هذه الظروف. يفسر التخثث في المناطق الواقعة خارج نطاقها الطبيعي جزئيًا نجاح الأسماك في استعمار هذه المناطق بعد إدخالها.

تحرير السمية

بعض تكاثر الطحالب الناتجة عن التخثث ، والتي تسمى "تكاثر الطحالب الضارة" ، سامة للنباتات والحيوانات. يمكن للمركبات السامة أن تشق طريقها في السلسلة الغذائية ، مما يؤدي إلى نفوق الحيوانات. [٤٧] يمكن أن تشكل تكاثر الطحالب في المياه العذبة تهديدًا للماشية. عندما تموت الطحالب أو تؤكل ، يتم إطلاق السموم العصبية والكبدية التي يمكن أن تقتل الحيوانات وقد تشكل تهديدًا للإنسان. [48] ​​[49] من الأمثلة على السموم الطحلبية التي تشق طريقها إلى الإنسان حالة تسمم المحار. [٥٠] يتم تناول السموم الحيوية التي تم إنشاؤها أثناء تكاثر الطحالب بواسطة المحار (بلح البحر والمحار) ، مما يؤدي إلى اكتساب هذه الأطعمة البشرية السمية وتسمم البشر. وتشمل الأمثلة التسمم بالشلل ، والتسمم العصبي ، والتسمم بالمحار المصحوب بالإسهال. يمكن أن تكون الحيوانات البحرية الأخرى ناقلات لمثل هذه السموم ، كما في حالة السيجواتيرا ، حيث عادة ما تكون سمكة مفترسة تتراكم السموم ثم تسمم البشر.

في أقصى المستويات ، يمكن التعرف على التخثث بالبصر والشم.

عندما تصبح الظروف مثيرة للاشمئزاز ويلزم اتخاذ خطوات جذرية للسيطرة على النمو البغيض للطحالب ، لم تعد هناك حاجة لحشد الخبراء أو المعدات العلمية لشرح ما حدث.

ومع ذلك ، نظرًا لأن المسطحات المائية تغير حالتها الكيميائية والبيولوجية ، فإن تحديد حجم المشكلة وأسبابها يعد من المتطلبات الأساسية لتحديد استراتيجية العلاج.

داخل المسطحات المائية المغذية ، تكون العناصر الغذائية في حالة تدفق مستمر وقد لا يوفر تحديد تركيزات N و P دليلًا جيدًا على حالة التخثث الحالية. في الدراسات المبكرة على منطقة البحيرات العظمى ، قدمت المواد الصلبة الكلية ، والكالسيوم ، والصوديوم ، والبوتاسيوم ، والكبريتات ، والكلوريد أدلة داعمة جيدة على التخثث على الرغم من أنها لم تكن متورطة. كانت هذه الأيونات تدل على المدخلات البشرية العامة وقدمت بدائل جيدة لمدخلات المغذيات [4]

التقييمات النوعية للمياه استنادًا إلى علامات التخثث الواضحة مثل التغييرات في أنواع الطحالب الموجودة أو وفرتها النسبية عادةً ما تكون متأخرة جدًا لتفادي الضرر الناجم عن التخثث للتنوع الحيوي [4]

يمكن أن توفر التقييمات الكمية على فترات منتظمة للمؤشرات الكيميائية والبيولوجية الرئيسية بيانات صالحة إحصائيًا لتحديد أول ظهور للمغذيات ورصد تقدمه. تشمل المعلمات النموذجية المستخدمة الكلوروفيل-أ ، والنيتروجين الكلي ، والفوسفور الكلي والمذاب ، والطلب البيولوجي أو الكيميائي للأكسجين ومستوى عمق سيكي. [51]

يطرح التخثث مشكلة ليس فقط على النظم البيئية ، ولكن للبشر أيضًا. يجب أن يكون الحد من التخثث مصدر قلق رئيسي عند النظر في السياسة المستقبلية ، ويبدو أن الحل المستدام للجميع ، بما في ذلك المزارعين ومربي الماشية ، أمر ممكن. 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.

مصدر:
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)

شارك هذا:

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.

المعلمين وأولياء الأمور ، اشترك في ورقة الغش

تحديثات أسبوعية لمساعدتك في الاستخدام أخبار العلوم للطلاب في بيئة التعلم

In a sentence

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

كلمات القوة

(لمزيد من المعلومات حول Power Words ، انقر هنا)

الطحالب 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.

بكتيريا (plural bacteria) A single-celled organism. هذه تعيش في كل مكان تقريبًا على الأرض ، من قاع البحر إلى داخل الحيوانات.

تقسيم العملية التي يتم من خلالها تكسير المركبات الموجودة في الكائنات الحية وإعادتها إلى البيئة ، وهي العملية التي يتحلل بها شيء ما أو يتعفن.

النظام البيئي 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.

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

فوسفات A chemical containing one atom of phosphorus and four atoms of oxygen. وهو مكون من مكونات العظام ومينا الأسنان البيضاء الصلبة وبعض المعادن مثل الأباتيت. It is a primary ingredient in most plant fertilizers.

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

جريان المياه 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.

حول بيثاني بروكشاير

كان بيثاني بروكشاير كاتبًا قديمًا في أخبار العلوم للطلاب. هي حاصلة على دكتوراه. في علم وظائف الأعضاء وعلم الصيدلة ويحب أن يكتب عن علم الأعصاب وعلم الأحياء والمناخ وأكثر من ذلك. إنها تعتقد أن Porgs هي من الأنواع الغازية.

موارد الفصل الدراسي لهذه المقالة مزيد من المعلومات

تتوفر موارد المعلم المجانية لهذه المقالة. سجل للوصول:


Why is oxygen used up in eutrophication? - مادة الاحياء

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 6ح12ا6).

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

وبالتالي 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. لكن، 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.