Eutrofiering
Eutrofiering är den process genom vilken en hel vattenförekomst , eller delar av den, successivt berikas med mineraler och näringsämnen , särskilt kväve och fosfor . Det har också definierats som "näringsinducerad ökning av växtplanktonproduktiviteten ". Vattenförekomster med mycket låga näringsnivåer kallas oligotrofa och de med måttliga näringshalter kallas mesotrofa . Avancerad eutrofiering kan också kallas dystrofiska och hypertrofiska tillstånd. Eutrofiering kan påverka sötvatten- eller saltvattensystem . I sötvattensekosystem orsakas det nästan alltid av överskott av fosfor. I kustvatten å andra sidan är det mer sannolikt att det huvudsakliga bidragande näringsämnet är kväve, eller kväve och fosfor tillsammans. Detta beror på platsen och andra faktorer.
När den sker naturligt är övergödning en mycket långsam process där näringsämnen, särskilt fosforföreningar och organiskt material, ansamlas i vattendrag. Dessa näringsämnen härrör från nedbrytning och lösning av mineraler i bergarter och genom effekten av lavar , mossor och svampar som aktivt rensar upp näringsämnen från stenar. Antropogen eller "kulturell övergödning" är ofta en mycket snabbare process där näringsämnen tillförs en vattenförekomst från en mängd olika förorenande tillförsel, inklusive orenat eller delvis renat avloppsvatten, industriellt avloppsvatten och gödningsmedel från jordbruksmetoder . Näringsföroreningar , en form av vattenförorening , är en primär orsak till övergödning av ytvatten , där överskott av näringsämnen, vanligtvis kväve eller fosfor, stimulerar tillväxt av alger och vattenväxter .
En vanlig synlig effekt av övergödning är algblomning . Algblomningar kan antingen bara vara till besvär för dem som vill använda vattenförekomsten eller bli skadliga algblomningar som kan orsaka betydande ekologisk försämring i vattendrag. Denna process kan resultera i syrebrist i vattenkroppen efter den bakteriella nedbrytningen av algerna.
Tillvägagångssätt för att förebygga och vända övergödning inkluderar: minimera punktföroreningar från avloppsvatten och minimera näringsföroreningar från jordbruk och andra icke-punktföroreningskällor . Även skaldjur i flodmynningar, tångodling och geoteknik i sjöar används, en del i försöksstadiet. Det är viktigt att notera att termen eutrofiering används flitigt av både forskare och offentliga beslutsfattare, vilket ger den otaliga definitioner.
Orsaker och mekanismer
Ökad produktion av biomassa
Eutrofiering är en process för att öka biomassagenereringen i en vattenförekomst orsakad av ökande koncentrationer av växtnäringsämnen, oftast fosfat och nitrat . Ökande näringskoncentrationer leder till ökad tillväxt av vattenväxter , både makrofyter och växtplankton . När mer växtmaterial blir tillgängligt som en födoresurs, finns det en associerad ökning av ryggradslösa djur och fiskarter . När processen fortsätter ökar vattenkroppens biomassa och den biologiska mångfalden minskar. Med mer allvarlig övergödning resulterar bakteriell nedbrytning av överskottsbiomassan i syreförbrukning, vilket kan skapa ett tillstånd av hypoxi , som börjar i bottensedimentet och djupare vatten. Hypoxiska zoner finns vanligtvis i djupvattensjöar under sommarsäsongen på grund av skiktning i den kalla syrefattiga hypolimnion och den varma syrerika epilimnion .
Starkt eutrofa sötvatten kan bli hypoxiska på hela sitt djup efter allvarliga algblomningar eller makrofytöverväxter. På liknande sätt i marina system kan både ökande näringskoncentrationer och isolering av vattendrag från kontakt med atmosfären leda till utarmning av syre, vilket kan göra dessa vatten ogästvänliga för fiskar och ryggradslösa djur.
Fosfor är ett nödvändigt näringsämne för växter att leva, och är den begränsande faktorn för växttillväxt i de flesta sötvattensekosystem. Fosfat fäster tätt på jordpartiklar, så det transporteras främst genom erosion och avrinning. När fosfat har flyttats till sjöar går utvinningen av fosfat i vatten långsamt, därav svårigheten att vända effekterna av övergödning.
I marina ekosystem är kväve och järn de primära begränsande näringsämnena för ackumulering av algbiomassa, men mer generellt i marina system kan kväve, fosfor och järn alla vara begränsande. Begränsningen av produktiviteten i ett visst vattensystem vid en viss tidpunkt varierar med tillförseln av näringsämnen från externa källor samt näringsåtervinning i vattenkroppen. Produktivitetens begränsning av näringsämnen beror också på den hastighet med vilken näringsämnen och alger fysiskt spolas ut ur det systemet eller området. Dessutom är ljus en viktig faktor så att produktiviteten blir låg på djupet och på tempererad vinter när ljusnivån är låg.
Källor till näringsämnen
Källorna till överskott av fosfat är fosfater i tvättmedel , industri-/hushållsavrinning och gödningsmedel. I och med utfasningen av fosfathaltiga tvättmedel på 1970-talet har industri/hushållsavrinning, avlopp och jordbruk framstått som de dominerande bidragsgivarna till övergödningen. De huvudsakliga källorna till kväve vid sidan av naturlig kvävefixering är avrinning från jordbruket (från gödselmedel och animaliskt avfall), från avloppsvatten och från atmosfäriskt nedfall av kväve som härrör från förbränning eller animaliskt avfall.
Källor till antropogena näringsföroreningar
| Mattyper |
Övergödande utsläpp (g PO 4 3- ekv per 100 g protein) |
|---|---|
| Nötkött |
365,3
|
| Odlad fisk |
235,1
|
| Odlade kräftdjur |
227,2
|
| Ost |
98,4
|
| Lamm och fårkött |
97,1
|
| Fläsk |
76,4
|
| Fjäderfän |
48,7
|
| Ägg |
21.8
|
| Jordnötter |
14.1
|
| Ärter |
7.5
|
| Tofu |
6.2
|
(NRCS_Photo_Gallery).jpg)
- Jordbruk : animalieproduktion eller grödor
- Stad/förort: dagvattenavrinning från vägar och parkeringsplatser; överdriven användning av gödningsmedel på gräsmattor; kommunala reningsverk; motorfordons utsläpp
- Industriellt: luftföroreningsutsläpp (t.ex. elkraftverk ), avloppsvattenutsläpp från olika industrier.
Näringsföroreningar från vissa luftföroreningskällor kan uppstå oberoende av den lokala markanvändningen, på grund av långväga transporter av luftföroreningar från avlägsna källor.
För att bedöma hur man bäst förhindrar övergödning från att inträffa, måste specifika källor som bidrar till näringsbelastning identifieras. Det finns två vanliga källor till näringsämnen och organiskt material: punktkällor och icke- punktkällor.
Typer
Kulturell övergödning
.jpg)
Kulturell eller antropogen övergödning är den process som påskyndar naturlig övergödning på grund av mänsklig aktivitet. På grund av röjning av mark och byggande av städer påskyndas landavrinningen och mer näringsämnen som fosfater och nitrat tillförs sjöar och floder och sedan till kustmynningar och vikar. Kulturell övergödning uppstår när överskott av näringsämnen från mänskliga aktiviteter hamnar i vattendrag som skapar näringsföroreningar och även påskyndar den naturliga övergödningsprocessen. Problemet blev mer uppenbart efter införandet av kemiska gödningsmedel i jordbruket (den gröna revolutionen i mitten av 1900-talet). Fosfor och kväve är de två huvudsakliga näringsämnena som orsakar kulturell övergödning eftersom de berikar vattnet, vilket gör att vissa vattenväxter, särskilt alger, växer snabbt och blommar i höga tätheter. Algblomningar kan skugga bort bentiska växter och därigenom förändra det övergripande växtsamhället. När alger dör bort, tar deras nedbrytning av bakterier bort syre, vilket potentiellt skapar anoxiska tillstånd. Denna anoxiska miljö dödar aeroba organismer (t.ex. fiskar och ryggradslösa djur) i vattenkroppen. Detta påverkar också landlevande djur, vilket begränsar deras tillgång till påverkat vatten (t.ex. som drickskällor). Urval av alg- och vattenväxtarter som kan frodas under näringsrika förhållanden kan orsaka strukturella och funktionella störningar på hela vattenekosystem och deras näringsnät, vilket leder till förlust av livsmiljöer och arters biologiska mångfald.
Det finns flera källor till överskott av näringsämnen från mänsklig aktivitet, inklusive avrinning från gödslade åkrar, gräsmattor och golfbanor, orenat avloppsvatten och avloppsvatten och intern förbränning av bränslen som skapar kväveföroreningar. Kulturell övergödning kan förekomma i sötvatten och saltvattenförekomster, grunda vatten är de mest mottagliga. I strandlinjer och grunda sjöar återsuspenderas sediment ofta av vind och vågor, vilket kan leda till att näringsämnen släpps ut från sediment till det överliggande vattnet, vilket ökar övergödningen. Försämringen av vattenkvaliteten orsakad av kulturell övergödning kan därför negativt påverka mänsklig användning, inklusive dricksvatten för konsumtion, industriell användning och rekreation.
Naturlig övergödning
Även om övergödning vanligtvis orsakas av mänskliga aktiviteter, kan det också vara en naturlig process, särskilt i sjöar. Paleolimnologer inser nu att klimatförändringar, geologi och andra yttre påverkan också är avgörande för att reglera sjöarnas naturliga produktivitet. Ett fåtal sjöar visar också den omvända processen (meiotrofiering), och blir mindre näringsrika med tiden eftersom näringsfattiga tillförseln långsamt eluerar sjöns näringsrikare vattenmassa. Denna process kan ses i konstgjorda sjöar och reservoarer som tenderar att vara mycket eutrofa vid första fyllningen men kan bli mer oligotrofa med tiden. Den största skillnaden mellan naturlig och antropogen övergödning är att den naturliga processen är mycket långsam och sker på geologiska tidsskalor.
Effekter
Ekologiska effekter
Eutrofiering kan ha följande ekologiska effekter: ökad biomassa av växtplankton , förändringar i makrofytartssammansättning och biomassa , löst syrebrist , ökad förekomst av fiskdöd , förlust av önskvärda fiskarter .
Minskad biologisk mångfald
När ett ekosystem upplever en ökning av näringsämnen, skördar primärproducenterna frukterna först. I akvatiska ekosystem upplever arter som alger en befolkningsökning (kallad algblomning ). Algblomning begränsar solljuset tillgängligt för bottenlevande organismer och orsakar stora svängningar i mängden löst syre i vattnet. Syre krävs av alla som andas aerobt och det fylls på i dagsljus av fotosyntetiserande växter och alger. Under eutrofa förhållanden ökar löst syre kraftigt under dagen, men reduceras kraftigt efter mörkrets inbrott av de andande algerna och av mikroorganismer som livnär sig på den ökande massan av döda alger. När nivåerna av löst syre sjunker till hypoxiska nivåer, kvävs fiskar och andra marina djur . Som ett resultat dör varelser som fiskar, räkor och särskilt orörliga bottenbor. I extrema fall anaeroba förhållanden, vilket främjar tillväxten av bakterier. Zoner där detta inträffar kallas döda zoner .
Ny artinvasion
Eutrofiering kan orsaka konkurrensutsättning genom att göra rikligt med ett normalt begränsande näringsämne . Denna process orsakar förändringar i artsammansättningen i ekosystemen. Till exempel kan en ökning av kväve göra det möjligt för nya, konkurrenskraftiga arter att invadera och konkurrera ut de ursprungliga arterna. Detta har visat sig inträffa i New Englands saltmarker . I Europa och Asien karpen ofta i naturligt eutrofa eller hypereutrofa områden och är anpassad att leva under sådana förhållanden. Övergödningen av områden utanför dess naturliga utbredningsområde förklarar delvis fiskens framgång med att kolonisera dessa områden efter att ha introducerats.
Giftighet
Vissa skadliga algblomningar till följd av eutrofiering är giftiga för växter och djur. Giftiga föreningar kan ta sig upp i näringskedjan , vilket resulterar i djurdödlighet. Sötvattenalgblomningar kan utgöra ett hot mot boskapen. När algerna dör eller äts frigörs neuro- och hepatotoxiner som kan döda djur och kan utgöra ett hot mot människor. Ett exempel på alggifter som arbetar sig in i människor är fallet med skaldjursförgiftning . Biotoxiner som skapas under algblomning tas upp av skaldjur ( musslor , ostron ), vilket leder till att dessa mänskliga livsmedel får giftigheten och förgiftar människor. Exempel inkluderar paralytisk , neurotoxisk och diarréisk skaldjursförgiftning. Andra marina djur kan vara vektorer för sådana toxiner, som i fallet med ciguatera , där det typiskt är en rovfisk som samlar giftet och sedan förgiftar människor.
Ekonomiska effekter
Övergödning och skadliga algblomningar kan ha ekonomiska konsekvenser på grund av ökande vattenreningskostnader , förluster av kommersiellt fiske och skaldjur, förluster av fritidsfiske (minskningar av skördbar fisk och skaldjur ) och minskade turistinkomster (minskningar i vattenförekomstens upplevda estetiska värde). Vattenbehandlingskostnaderna kan öka på grund av minskad vattengenomskinlighet (ökad grumlighet ). Det kan också uppstå problem med färg och lukt vid behandling av dricksvatten.
Hälsoeffekter
Hälsoeffekter inkluderar överskott av nitrat i dricksvatten ( blått barnsyndrom) ; desinfektionsbiprodukter i dricksvatten. Att simma i vatten som påverkats av en skadlig algblomning kan orsaka hudutslag och andningsproblem.
Orsaker och effekter för olika typer av vattenförekomster
Sötvattensystem
Ett svar på tillförda mängder näringsämnen i akvatiska ekosystem är den snabba tillväxten av mikroskopiska alger, vilket skapar en algblomning . I sötvattensekosystem är bildandet av flytande algblomningar vanligen kvävefixerande cyanobakterier (blågröna alger). Detta resultat gynnas när lösligt kväve blir begränsande och fosfortillförseln förblir betydande. Näringsföroreningar är en viktig orsak till algblomning och överväxt av andra vattenväxter, vilket leder till överbefolkning i konkurrens om solljus, rymden och syre. Ökad konkurrens om de tillsatta näringsämnena kan orsaka potentiella störningar på hela ekosystem och näringsnät, såväl som förlust av livsmiljöer och arters biologiska mångfald.
När makrofyter och alger dör i överproduktiva eutrofa sjöar, floder och vattendrag, sönderfaller de och näringsämnena i det organiska materialet omvandlas till oorganisk form av mikroorganismer. Denna nedbrytningsprocess förbrukar syre, vilket minskar koncentrationen av löst syre. De utarmade syrenivåerna kan i sin tur leda till fiskdöd och en rad andra effekter som minskar den biologiska mångfalden. Näringsämnen kan koncentreras i en anoxisk zon, ofta i djupare vatten avskurna av skiktning av vattenpelaren och får endast göras tillgängliga igen under höstens omsättning i tempererade områden eller under förhållanden med turbulent flöde. De döda algerna och den organiska belastningen som bärs av vattnet strömmar in i en sjö sätter sig på botten och genomgår anaerob rötning och frigör växthusgaser som metan och CO 2 . En del av metangasen kan oxideras av anaeroba metanoxidationsbakterier som Methylococcus capsulatus , som i sin tur kan utgöra en näringskälla för djurplankton . Således kan en självuppehållande biologisk process äga rum för att generera primär födokälla för växtplankton och djurplankton beroende på tillgången på tillräckligt löst syre i vattenkroppen.
Ökad tillväxt av vattenvegetation, växtplankton och algblomningar stör ekosystemets normala funktion, vilket orsakar en mängd olika problem som syrebrist som behövs för att fiskar och skaldjur ska överleva. Tillväxten av täta alger i ytvattnet kan skugga det djupare vattnet och minska livskraften för bentiska skyddsväxter med åtföljande effekter på det bredare ekosystemet. Eutrofiering minskar också värdet på floder, sjöar och estetisk njutning. Hälsoproblem kan uppstå där eutrofa förhållanden stör dricksvattenbehandlingen .
Fosfor anses ofta vara den främsta boven i fall av övergödning i sjöar som utsätts för "punktkälla"-föroreningar från avloppsledningar. Koncentrationen av alger och trofiska tillstånd motsvarar väl fosforhalten i vattnet. Studier utförda i det experimentella sjöområdet i Ontario har visat ett samband mellan tillsats av fosfor och övergödningshastigheten. Senare stadier av övergödning leder till blomningar av kvävefixerande cyanobakterier begränsade enbart av fosforkoncentrationen.
Kustvatten
Övergödning är ett vanligt fenomen i kustvatten . I kustvatten är kväve vanligtvis det viktigaste begränsande näringsämnet i marina vatten (till skillnad från sötvattensystemen där fosfor ofta är det begränsande näringsämnet). Därför kvävenivåer viktigare än fosfornivåer för att förstå och kontrollera övergödningsproblem i saltvatten. Flodmynningar , som gränssnittet mellan sötvatten och saltvatten, kan vara både fosfor- och kvävebegränsade och ofta uppvisa symtom på övergödning. Eutrofiering i flodmynningar resulterar ofta i bottenvattenhypoxi eller anoxi, vilket leder till fiskdöd och livsmiljöförsämring. Uppvällning i kustsystem främjar också ökad produktivitet genom att föra djupa, näringsrika vatten till ytan, där näringsämnena kan assimileras av alger .
Exempel på antropogena källor till kväverika föroreningar till kustvatten är odling av burfisk och utsläpp av ammoniak från produktion av koks från kol. Förutom avrinning från land, avfall från fiskodling och industriella ammoniakutsläpp, kan atmosfäriskt fixerat kväve vara en viktig näringskälla i det öppna havet. Detta kan stå för omkring en tredjedel av havets externa (icke-återvunna) kvävetillförsel och upp till 3 % av den årliga nya marinbiologiska produktionen.
Kustvatten omfattar ett brett utbud av marina livsmiljöer från slutna flodmynningar till kontinentalsockelns öppna vatten . Växtplanktonproduktiviteten i kustvatten beror på både närings- och ljustillförsel, med den senare en viktig begränsande faktor i vatten nära kusten där sedimentåtersuspension ofta begränsar ljuspenetration.
Näringsämnen tillförs kustvattnen från land via flod och grundvatten och även via atmosfären. Det finns också en viktig källa från det öppna havet, via blandning av relativt näringsrika djuphavsvatten. Näringsämnen från havet förändras lite av mänsklig aktivitet, även om klimatförändringar kan förändra vattenflödena över hyllan. Däremot har tillförseln från land till kustzoner av näringsämnena kväve och fosfor ökat av mänsklig aktivitet globalt. Omfattningen av ökningar varierar mycket från plats till plats beroende på mänsklig verksamhet i avrinningsområdena. Ett tredje nyckelnäringsämne, löst kisel , kommer främst från sedimentvittring till floder och från havs och påverkas därför mycket mindre av mänsklig aktivitet.
Effekter av kustövergödning
Dessa ökande kväve- och fosfortillförseln av näringsämnen utövar övergödningstryck på kustområdena. Dessa tryck varierar geografiskt beroende på avrinningsverksamheten och tillhörande näringsbelastning. Den geografiska inramningen av kustzonen är en annan viktig faktor eftersom den styr utspädningen av näringsbelastningen och syreutbytet med atmosfären. Effekterna av dessa övergödningstryck kan ses på flera olika sätt:
- Det finns bevis från satellitövervakning att mängden klorofyll som ett mått på den totala växtplanktonaktiviteten ökar i många kustområden över hela världen på grund av ökad tillförsel av näringsämnen.
- Växtplanktonarternas sammansättning kan förändras på grund av ökade näringsämnen och förändringar i proportionerna av nyckelnäringsämnen. I synnerhet ökar ökningen av kväve- och fosfortillförseln, tillsammans med mycket mindre förändringar i kiseltillförseln, förändringar i förhållandet mellan kväve och fosfor till kisel. Dessa förändrade näringsförhållanden driver förändringar i sammansättningen av växtplanktonarter, vilket särskilt missgynnar kiseldioxidrika växtplanktonarter som kiselalger jämfört med andra arter. Denna process leder till utvecklingen av störande algblomningar i områden som Nordsjön (se även OSPAR-konventionen ) och Svarta havet . I vissa fall kan näringsberikning leda till skadliga algblomningar ( HAB). Sådana blomningar kan förekomma naturligt, men det finns goda bevis för att dessa ökar som ett resultat av näringsberikning, även om orsakssambandet mellan näringsberikning och HAB inte är okomplicerat.
- Syrebrist har funnits i vissa kusthav som Östersjön i tusentals år . I sådana områden begränsar vattenpelarens densitetsstruktur allvarligt vattenpelarens blandning och tillhörande syresättning av djupt vatten. En ökning av tillförseln av bakteriellt nedbrytbart organiskt material till sådana isolerade djupa vatten kan dock förvärra sådan syrebrist i haven . Dessa områden med lägre löst syre har ökat globalt under de senaste decennierna. De är vanligtvis kopplade till näringsberikning och resulterande algblomning. Klimatförändringar tenderar i allmänhet att öka vattenpelarens skiktning och på så sätt förvärra detta problem med syrebrist. Ett exempel på sådan syrebrist vid kusten är i Mexikanska golfen där ett område med säsongsbetonad anoxi som är mer än 5000 kvadratkilometer i yta har utvecklats sedan 1950-talet. Den ökade primärproduktionen som driver denna anoxi drivs av näringsämnen från Mississippifloden . En liknande process har dokumenterats i Svarta havet.
Omfattningen av problemet
Undersökningar visade att 54 % av sjöarna i Asien är eutrofa; i Europa , 53 %; i Nordamerika , 48%; i Sydamerika , 41%; och i Afrika , 28%. I Sydafrika har en studie av CSIR med fjärranalys visat att mer än 60 % av de undersökta reservoarerna var eutrofa.
World Resources Institute har identifierat 375 hypoxiska kustzoner i världen, koncentrerade till kustområden i Västeuropa, USA:s östra och södra kuster och Östasien , särskilt Japan .
Globala mål
FN :s ramverk för hållbar utvecklingsmål erkänner de skadliga effekterna av övergödning för marina miljöer. Den har fastställt en tidslinje för att skapa ett index för kustövergödning och flytande plastskräpdensitet (ICEP) inom hållbar utvecklingsmål 14 (liv under vatten). SDG 14 har specifikt ett mål att "senast 2025 förebygga och avsevärt minska havsföroreningar av alla slag, särskilt från landbaserade aktiviteter, inklusive marint skräp och näringsföroreningar".
Förebyggande
Minimera punktföroreningar från avloppsvatten
Åtgärder för att avlägsna fosfor i Finland startade i mitten av 1970-talet och har riktats mot floder och sjöar som förorenats av industri- och kommunala utsläpp. Dessa ansträngningar har haft en borttagningseffektivitet på 90 %. Ändå visade vissa riktade punktkällor inte en minskning av avrinning trots reduktionsansträngningar.
Det finns flera olika sätt att fixa kulturell övergödning med råavloppsvatten som en punktkälla för föroreningar. Till exempel avloppsreningsverken uppgraderas för biologiskt näringsavtag så att de släpper ut mycket mindre kväve och fosfor till den mottagande vattenförekomsten. Men även med god sekundär rening innehåller de flesta slutliga avloppsvatten från reningsverk betydande koncentrationer av kväve som nitrat, nitrit eller ammoniak. Avlägsnande av dessa näringsämnen är en dyr och ofta svår process.
Lagar som reglerar utsläpp och rening av avloppsvatten har lett till dramatiska minskningar av näringsämnen till omgivande ekosystem. Eftersom en stor bidragande orsak till den icke-punktbaserade näringsbelastningen i vattendrag är orenat hushållsavlopp, är det nödvändigt att tillhandahålla reningsanläggningar till mycket urbaniserade områden, särskilt de i utvecklingsländer, där rening av hushållsavloppsvatten är en brist. Tekniken för att på ett säkert och effektivt sätt återanvända avloppsvatten , både från hushållskällor och industriella källor, bör vara ett primärt bekymmer för politiken angående övergödning.
Minimera näringsföroreningar från jordbruket
Det finns många sätt att hjälpa till att åtgärda kulturell övergödning orsakad av jordbruk. Säkra jordbruksmetoder är det främsta sättet att lösa problemet. Några säkerhetsåtgärder är:
- Tekniker för näringshantering - Alla som använder gödningsmedel bör applicera gödningsmedel i rätt mängd, vid rätt tid på året, med rätt metod och placering.
- År - Round Ground Cover - en täckgröda kommer att förhindra perioder av barmark och därmed eliminera erosion och avrinning av näringsämnen även efter att växtsäsongen har inträffat.
- Plantera fältbuffertar - Genom att plantera träd, buskar och gräs längs åkrarnas kanter för att fånga upp avrinning och absorbera lite näring innan vattnet når en närliggande vattenförekomst.
- Bevarande jordbearbetning - Genom att minska frekvensen och intensiteten av bearbetningen kommer marken att öka chansen att näringsämnen absorberas i marken.
Minimera icke-punktsföroreningar
Icke-punktföroreningar är den svåraste källan till näringsämnen att hantera. Litteraturen tyder dock på att när dessa källor kontrolleras minskar övergödningen. Följande steg rekommenderas för att minimera mängden föroreningar som kan komma in i akvatiska ekosystem från tvetydiga källor.
Ripariska buffertzoner
Studier visar att avlyssning av icke-punktföroreningar mellan källan och vattnet är ett framgångsrikt sätt att förebygga. Ripariska buffertzoner är gränssnitt mellan en strömmande vattenmassa och land, och har skapats nära vattenvägar i ett försök att filtrera föroreningar; sediment och näringsämnen deponeras här istället för i vatten. Att skapa buffertzoner nära gårdar och vägar är ett annat möjligt sätt att förhindra att näringsämnen färdas för långt. Ändå har studier visat att effekterna av atmosfärisk kväveförorening kan nå långt förbi buffertzonen. Detta tyder på att det mest effektiva sättet att förebygga är från den primära källan.
Förebyggande politik
En policy som reglerar jordbrukets användning av gödselmedel och animaliskt avfall måste införas. I Japan är mängden kväve som produceras av boskap tillräcklig för att tillgodose jordbruksindustrins behov av gödningsmedel. Det är alltså inte orimligt att beordra djurägare att hämta djuravfall från fältet, som när det står stilla läcker ut i grundvattnet.
Politiken för att förebygga och minska övergödning kan delas upp i fyra sektorer: Teknik, allmänhetens deltagande, ekonomiska styrmedel och samarbete. Termen teknologi används löst och syftar på en mer utbredd användning av befintliga metoder snarare än en appropriering av ny teknologi. Som nämnts tidigare är icke-punktföroreningskällor de primära bidragsgivarna till övergödning, och deras effekter kan lätt minimeras genom vanliga jordbruksmetoder. Att minska mängden föroreningar som når en vattendelare kan uppnås genom att skydda dess skogstäcke, vilket minskar mängden erosion som rinner in i en vattendelare. Dessutom, genom effektiv, kontrollerad användning av mark med hållbara jordbruksmetoder för att minimera markförstöring , kan mängden markavrinning och kvävebaserad gödning som når en vattendelare minskas. Tekniken för avfallshantering utgör en annan faktor för att förebygga övergödning.
Allmänhetens roll är en viktig faktor för ett effektivt förebyggande av övergödning. För att en politik ska ha någon effekt måste allmänheten vara medveten om sitt bidrag till problemet och hur de kan minska deras effekter. Program som inrättats för att främja deltagande i återvinning och eliminering av avfall, samt utbildning i frågan om rationell vattenanvändning är nödvändiga för att skydda vattenkvaliteten inom urbaniserade områden och angränsande vattendrag.
Ekonomiska styrmedel, "som inkluderar bland annat äganderätt, vattenmarknader, skatte- och finansiella instrument, avgiftssystem och ansvarssystem, blir gradvis en väsentlig del av det ledningsverktyg som används för föroreningskontroll och vattenfördelningsbeslut." Incitament för dem som använder ren, förnybar vattenhanteringsteknik är ett effektivt sätt att uppmuntra förebyggande av föroreningar. Genom att internalisera kostnaderna förknippade med de negativa effekterna på miljön kan regeringar uppmuntra en renare vattenförvaltning.
Eftersom en vattenförekomst kan ha en effekt på en rad människor som når långt utanför vattendelaren är samarbete mellan olika organisationer nödvändigt för att förhindra inträngning av föroreningar som kan leda till övergödning. Myndigheter som sträcker sig från delstatsregeringar till förvaltning av vattenresurser och icke-statliga organisationer, som går så lågt som lokalbefolkningen, är ansvariga för att förhindra övergödning av vattenförekomster. Chesapeake Bay den mest välkända interstatliga ansträngningen för att förhindra övergödning .
Kvävetestning och modellering
Jordkvävetestning (N-Testing) är en teknik som hjälper jordbrukare att optimera mängden gödningsmedel som appliceras på grödor. Genom att testa åkrar med denna metod såg bönderna en minskning av kostnaderna för spridning av gödselmedel, en minskning av kväve som förlorats till omgivande källor, eller både och. Genom att testa jorden och modellera den absoluta minsta mängden gödningsmedel som behövs, skördar bönder ekonomiska fördelar samtidigt som de minskar föroreningarna.
Ekologiskt jordbruk
Organiskt gödslade åkrar kan "avsevärt minska skadlig nitratläckage" jämfört med konventionellt gödslade åkrar. Övergödningspåverkan är i vissa fall högre från ekologisk produktion än från konventionell produktion.
Vändning och sanering
Återhämtar sig från övergödning
Att minska tillförseln av näringsämnen är en nyckelförutsättning för återställande, men det finns två varningar: För det första kan det ta lång tid, särskilt på grund av lagring av näringsämnen i sediment . För det andra kan restaurering behöva mer än en enkel vändning av insatser eftersom det ibland finns flera stabila men mycket olika ekologiska tillstånd. Återhämtningen av eutrofierade sjöar går långsamt och kräver ofta flera decennier.
Innovativa lösningar har utformats för att hantera näringsföroreningar i vattensystem genom att förändra eller förbättra naturliga processer för att flytta näringseffekter bort från skadliga ekologiska effekter. Näringssanering är en form av miljösanering , men berör endast biologiskt aktiva näringsämnen som kväve och fosfor . Med "sanering" avses avlägsnande av föroreningar eller föroreningar, i allmänhet för att skydda människors hälsa. Inom miljösanering inkluderar tekniker för borttagning av näringsämnen biofiltrering , som använder levande material för att fånga upp och biologiskt bryta ned föroreningar. Exempel inkluderar gröna bälten, strandområden , naturliga och konstruerade våtmarker och reningsdammar. Dessa områden fångar oftast upp antropogena utsläpp såsom avloppsvatten, dagvattenavrinning eller avloppsrening, för landåtervinning efter gruvdrift, raffinaderiverksamhet eller markutveckling. [ citat behövs ] Biofiltrering använder biologisk assimilering för att fånga upp, absorbera och så småningom införliva föroreningarna (inklusive näringsämnen) i levande vävnad. En annan form av borttagning av näringsämnen är bioremediering , som använder mikroorganismer för att ta bort föroreningar. Bioremediering kan ske på egen hand som naturlig dämpning eller inneboende biosanering eller kan uppmuntras genom tillsats av gödningsmedel, en strategi som kallas biostimulering. [ citat behövs ]
Näringsbioextraktion är bioremediering som involverar odlade växter och djur. Bioextraktion eller bioskörd av näringsämnen är bruket att odla och skörda skaldjur och tång i syfte att avlägsna kväve och andra näringsämnen från naturliga vattendrag. Det har föreslagits att avlägsnande av kväve från ostronrev skulle kunna generera nettofördelar för källor som står inför restriktioner för kväveutsläpp, liknande andra scenarier för handel med näringsämnen. Specifikt, om ostron håller kvävenivåerna i flodmynningar under tröskelvärdena som skulle leda till att utsläppsgränser införs, sparar ostron effektivt källorna de kostnader som de annars skulle medföra. Flera studier har visat att ostron och musslor har kapacitet att dramatiskt påverka kvävenivåerna i flodmynningar. Dessutom har studier visat tångs potential att förbättra kvävenivåerna.
Skaldjur i flodmynningar
En föreslagen lösning för att stoppa och vända övergödning i flodmynningar är att återställa skaldjurspopulationer, såsom ostron och musslor. Ostronrev tar bort kväve från vattenpelaren och filtrerar bort suspenderat material, vilket minskar sannolikheten eller omfattningen av skadliga algblomningar eller anoxiska tillstånd. Filtermatningsaktivitet anses vara fördelaktig för vattenkvaliteten genom att kontrollera växtplanktondensiteten och binda upp näringsämnen, som kan avlägsnas från systemet genom skaldjursskörd, begravas i sedimenten eller förloras genom denitrifikation . Grundarbete för idén om att förbättra havsvattenkvaliteten genom skaldjursodling har bedrivits av Odd Lindahl m.fl. med musslor i Sverige. I USA har restaureringsprojekt för skaldjur genomförts på öst-, väst- och golfkusten. Se näringsföroreningar för en utökad förklaring av näringssanering med skaldjur.
Tångodling
Tångvattenbruk erbjuder en möjlighet att mildra och anpassa sig till klimatförändringarna. Tång, som tång, tar också upp fosfor och kväve och är därmed användbart för att ta bort överskott av näringsämnen från förorenade delar av havet. Vissa odlade alger har en mycket hög produktivitet och kan absorbera stora mängder N, P, CO 2 , vilket ger stora mängder O 2 med en utmärkt effekt på att minska övergödningen. Man tror att tångodling i stor skala bör vara en bra lösning på övergödningsproblemet i kustvatten .
Geoteknik i sjöar (kemisk fosforavskiljning)
Geoteknik är manipulation av biogeokemiska processer, vanligtvis fosforcykeln , för att uppnå ett önskat ekologiskt svar i ekosystemet . Geotekniktekniker använder typiskt material som kan kemiskt inaktivera den fosfor som är tillgänglig för organismer (dvs. fosfat) i vattenpelaren och även blockera fosfatutsläppet från sedimentet (intern belastning). Fosfat är en av de främsta bidragande faktorerna till algtillväxt, främst cyanobakterier, så när fosfatet väl har reducerats kan algen inte växa över. Således används geotekniska material för att påskynda återhämtningen av eutrofa vattendrag och hantera algblomningen. Det finns flera fosfatsorbenter i litteraturen, från metallsalter (t.ex. alun , aluminiumsulfat ) mineraler, naturliga leror och lokala jordar, industriella avfallsprodukter, modifierade leror (t.ex. lantanmodifierad bentonit) och andra. Fosfatsorbenten appliceras vanligtvis i vattenkroppens yta och den sjunker till botten av sjön och reducerar fosfat, sådana sorbenter har applicerats över hela världen för att hantera övergödning och algblomning (till exempel under det kommersiella namnet Phoslock ) .
En metod för eutrofieringssanering använder kemisk fosforborttagning med aluminiumsulfat, ett salt som vanligtvis används i koaguleringsprocessen vid behandling av dricksvatten . Aluminiumsulfat, eller "alun" som det vanligtvis kallas, används för att minska fosforbelastningen. I en storskalig studie övervakades 114 sjöar för effektiviteten av alun vid fosforreduktion. Över alla sjöar reducerade alun effektivt fosforn under 11 år. Även om det fanns variation i livslängden (21 år i djupa sjöar och 5,7 år i grunda sjöar), uttrycker resultaten effektiviteten av alun för att kontrollera fosfor i sjöar. Alunbehandling är mindre effektiv i djupa sjöar, såväl som i sjöar med betydande extern fosforbelastning.
Historia
Eutrofiering erkändes som ett vattenföroreningsproblem i europeiska och nordamerikanska sjöar och reservoarer i mitten av 1900-talet. Banbrytande forskning som utfördes vid Experimental Lakes Area (ELA) i Ontario, Kanada, på 1970-talet gav bevis för att sötvattenförekomster är fosforbegränsade. ELA använder hela ekosystemansatsen och långsiktiga helsjöundersökningar av sötvatten med fokus på kulturell övergödning.
Terminologi
Etymologi
Termen "eutrofiering" kommer från grekiskans eutrophos , som betyder "välnärd".
Andra användningar av termen
Jordbunden övergödning
Medan övergödning vanligtvis syftar på vattensystem, har vissa författare använt termen "terrestra övergödning" för terrestra ekosystem. Detta definieras som "berikning av ett ekosystem med ett begränsande näringsämne" och kan orsakas av kvävedeposition på terrestra ekosystem. Till exempel kan atmosfärisk CO 2 -gödsling förvärra övergödningen av den boreala skogsbiomen .
Se även
- Biogeokemisk cykel – Kemisk överföringsväg mellan jordens biologiska och icke-biologiska delar
- Ekologisk kvalitetskvot – direktiv
- Kvävecykel – Biogeokemisk cykel genom vilken kväve omvandlas till olika kemiska former
- Trophic state index – Mått på vattnets förmåga att upprätthålla biologisk produktivitet
- Högland och lågland (sötvattensekologi) – Typer av vanliga
- ramdirektivet för vatten
externa länkar
| Del av en serie om |
| Plankton |
|---|
 |
| Luft | |
|---|---|
| Biologisk | |
| Digital | |
| Elektromagnetisk | |
| Naturlig | |
| Ljud |
|
| Strålning | |
| Jord | |
| Fast avfall | |
| Plats | |
| Visuell | |
| Krig | |
| Vatten |
|
| Ämnen | |
| Svar | |
| Listor | |
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
