Химия эвтрофикации

Химия эвтрофикации изучает, как обогащение питательными веществами, главным образом фосфором и азотом, приводит к избыточной первичной продукции и истощению кислорода, что ухудшает состояние водных экосистем.

Definition

Химия обогащения водной среды питательными веществами и связанные с этим изменения в продуктивности, содержании кислорода и окислительно-восстановительных условиях.

Scope

Эта тема охватывает поступление питательных веществ и концепции лимитирующих питательных веществ, лежащие в основе эвтрофикации, химическую связь первичной продукции с растворенным кислородом и окислительно-восстановительными процессами, внутреннюю нагрузку фосфора из донных отложений, а также условия, способствующие вредоносному цветению водорослей и гипоксии.

Core questions

• Какое питательное вещество ограничивает продуктивность в данном водоеме?
• Как избыточная продукция приводит к истощению кислорода и гипоксии?
• Почему фосфор может высвобождаться из донных отложений внутренним путем?
• Как взаимодействуют нагрузки азота и фосфора в пресных и прибрежных водах?

Key theories

Контроль эвтрофикации лимитирующими питательными веществами

Продуктивность водных экосистем обычно контролируется наименее доступным необходимым питательным веществом, часто фосфором в пресных водах и азотом во многих прибрежных системах, поэтому сокращение лимитирующего питательного вещества может обратить вспять эвтрофикацию.

Mechanisms

Поступление питательных веществ стимулирует рост водорослей и растений; при разложении этой биомассы микробное дыхание потребляет растворенный кислород, вызывая гипоксию и восстановительные условия. В восстановительных условиях связанный с железом фосфор высвобождается из донных отложений, обеспечивая внутреннюю нагрузку, которая может поддерживать эвтрофикацию даже после снижения внешних поступлений.

Clinical relevance

Эвтрофикация вызывает образование мертвых зон, массовую гибель рыбы и токсичное цветение цианобактерий; ее химия определяет стратегии сокращения питательных веществ и целевые показатели качества воды для озер, рек и прибрежных морей.

History

Эксперименты с целыми озерами в 1970-х годах продемонстрировали, что фосфор является ключевым лимитирующим питательным веществом во многих пресных водах, что изменило подходы к управлению, в то время как более поздние работы подчеркнули роль азота в прибрежной эвтрофикации.

Debates

Следует ли отдавать приоритет контролю азота или фосфора

Фосфор является классическим лимитирующим фактором для пресных вод, но азот часто ограничивает прибрежные системы, и эти два элемента могут быть со-лимитирующими, что вызывает дебаты о стратегии управления одним или двумя питательными веществами.

Key figures

• David W. Schindler

Seminal works

• vanLoon2017
• galloway2008

Frequently asked questions

Что вызывает мертвые зоны, о которых сообщается в прибрежных водах?

Сток питательных веществ способствует цветению водорослей, разложение которых истощает кислород, создавая гипоксические зоны, где большинство водных животных не могут выжить.