К вопросу об экологической реабилитации водных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу об экологической реабилитации водных объектов

Аннотация

В докладе представлены инновационные биоинженерные технологии, разрабатываемые в рамках новой дисциплины «Экологическая бионика». Биоинженерные технологии используются в задачах экологической реабилитации эвтрофированных водных объектов. Рассмотрены экобионические принципы формирования природной гидроэкосистемы водоёма. экологическая бионика гидроэкосистема водоёма

Ключевые слова: гидроэкосистема водоёма, биоинженерные технологии, экологическая реабилитация, экобионика.

Основой развития современных биоинженерных технологий являются достижения в области биологии, географии и экологии. Только за последние десятилетия возникли такие научно-прикладные направления как инженерная биология, инженерная гидробиология, инженерная экология, инженерная география и ряд других прикладных дисциплин.

К новым научно-прикладным наукам также можно отнести научное направление «Экобионика», концепция которого была сформулирована в 90-х годах XX века Ю.Г. Кагановым [1]: «Экобионика - новое направление современной техники, связанное с использованием фундаментальных закономерностей функционирования биологических систем для разработки новых технических решений».

В рамках дисциплины «экобионика» можно выделить научно-прикладное направление, связанное с природоохранной деятельностью, которое направлено на экологическую реабилитацию деградированных природных объектов [2].

Основные цели и задачи по экологической реабилитации в задачах охраны окружающей среды можно сформулировать следующим образом:

- комплексное изучение закономерностей процессов и механизмов самоочищения и восстановления природных геосистем на основе использования известных в биологии и географии парадигм [4-6].

- разработка природоохранных биоинженерных методов и технологий (экобиоинженерных систем), основанных на использовании механизмов самоочищения, действующих в природных геосистемах;

- восстановление (биоремедиация) и поддержание устойчивости природных геосистем и природно-техногенных систем.

Под биоремедиацией понимается комплекс биоинженерных методов очистки поверхностных вод, природных ландшафтов, грунтов и атмосферного воздуха с использованием метаболического потенциала биоты: растений, микроорганизмов, водорослей, грибов, насекомых, червей и других живых организмов. Комплекс биоинженерных мероприятий уже частично находит применение при ликвидации последствий антропогенного воздействия на окружающую среду [2].

Так, для биоремедиации эвтрофированных водоёмов и поддержания в них качества воды автором статьи предложен биоинженерный комплекс, названный «Живые системы» [3] (рис. 1).

Рис. 1. Схема комплекса биоинженерных технологий «Живые системы»

для биоремедиации водных объектов и улучшения качества воды:

1 - плавающий остров, 2- гидробионты, 3 - подводные рифы,

4 - гидроботаническая площадка, 5 - система циркуляции.

Блоки такой комплексной биоинженерной системы выполняют следующие функции биоремедиации:

Плавающий остров, засаженный высшими водными растениями (ВВР) - используется для улучшения качества поверхностных слоёв воды, которые очищаются с помощью микроорганизмов-фильтраторов, живущих в корнях водных растений.

Гидробионты - ВВР, планктонные организмы-фильтраторы, ихтиофауна - способствуют созданию геосистемы водоёма, биота которой фильтрует воду, очищая её от загрязнений.

Гидроботаническая площадка (ГБП) - мелководная зона водоёма, засаженная высшими водными растениями - рогоз, камыш, осока; ГБП применяется для очистки, с помощью растений, поверхностных стоков, попадающих в водоём.

Подводные рифы - специально организованные искусственные каменные сооружения, являются местом обитания бентосных организмов: водорослей, микроорганизмов, рыб-бентофагов, очищающих дно от детрита и фильтрующих воду придонных слоёв водоёма.

Система циркуляции воды - специально созданная гидравлическая система для организации циркуляции воды, которая служит важнейшим фактором жизнедеятельности биоты водоёма; от наличия циркуляции зависит поступление питательных веществ для планктонных и бентосных организмов, и насыщение толщи воды кислородом, необходимым для жизни биоты.

Концепция экологической реабилитации водоёма заключается в следующем. Природный водоем представляет собой биологически сбалансированную гидроэкосистему, в которой естественным образом происходит самоочищение воды. Когда в такой водоем попадают загрязняющие вещества в виде большого количества органики, нарушается способность экосистемы к самоочищению. Органика опускается на дно, образуя органическую биомассу донных отложений, подвергающуюся разложению гнилостными бактериями и грибками. При разложении интенсивно поглощается растворенный кислород, взамен выделяются в воду продукты распада - питательные элементы азота и фосфора. Избыток органических веществ приводит к нарушению биологического равновесия и подавлению способности экосистемы к самоочищению. Далее происходит изменение сценария трофности водоема: он меняет тип гидроэкосистемы на эвтрофный, т.е. происходит заболачивание.

Применительно к разработке биоинженерных технологий по реабилитации водного объекта использована геосистемная концепция В.Б. Сочавы [4], который в своей работе делает вывод, что геосистемный подход - это основа практических действий по защите окружающей среды.

Также для обоснования предложенных биоинженерных технологий была использована известная в гидробиологии инновационная теория «биоремедиации» крупного российского учёного С.А. Остроумова, который в своей работе [5] обосновал, что биологические фильтры водоёма «…включают в себя следующие функциональные фильтрующие системы: а) совокупность беспозвоночных гидробионтов-фильтраторов; б) макрофиты, которые задерживают часть биогенов и загрязняющих веществ, поступающих в экосистему с прилегающей территории; в) бентос, задерживающий и поглощающий часть биогенов и поллютантов, мигрирующих на границе раздела вода/ донные осадки; г) микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах,… извлекают из воды растворенные органические вещества (РОВ) и биогены». Автор полагает, что «…масштабы сорбции загрязняющих веществ зависят от концентрации клеток фитопланктона; фотохимические процессы разрушения веществ протекают при условии прозрачности воды, а прозрачность обеспечивается фильтрационной активностью гидробионтов; таким образом, биотические процессы находятся в центре всей системы самоочищения воды».

Кроме того, предложенная в обсуждаемой биоинженерной технологии гидроботаническая площадка является аналогом природных «геохимических барьеров», концепция которых изложена А.И. Перельманом и Н.С. Касимовым, показавшим в своей работе [6], что на таких геохимических барьерах происходит депонирование и очистка загрязняющих веществ. В предложенной биоинженерной технологии в процессе попадания грязных стоков на ГБП происходит иммобилизация микроорганизмов на биоплёнке (перифитоне), прикреплённой к стеблям ВВР. Перифитон представляет собой пространственное структурированное гетерогенное сообщество различных микроорганизмов, посредством которых происходит почти полная нейтрализация загрязняющих веществ, неблагоприятно воздействующих на естественные процессы биологического самоочищения воды, нормализуется метаболизм, восстанавливается и активизируется аборигенный для водоема видовой состав биоты.

Заключение

1. Реализация комплекса биоинженерных технологий типа «Живые системы» для реабилитации эвтрофных водоёмов способствует созданию в них природной геосистемы. В такой геосистеме формируются механизмы самоочищения, способствующие поддержанию воды хорошего качества. Процессы самоочищения происходят при непосредственном участии гидробионтов: планктонных и бентосных организмов, растений-макрофитов, моллюсков, ихтиофауны.

2. Биоинженерные технологии более всего соответствуют законам биосферы, используя природные механизмы самоочищения в гидроэкосистеме, и поэтому не причиняют природному объекту вреда по сравнению с традиционной инженерией, применяющей зачастую для реабилитации водных объектов железобетонные конструкции и химические препараты.

3. С использованием биоинженерных технологий формируется класс дружественных природе методов и способов, способных обеспечить экологическую реабилитацию природных объектов.

Список использованной литературы

1. Каганов Ю.Т. Экобионика и искусственная жизнь//Эволюция, 2004, № 1, 2004 г. С. 71.

2. Кривицкий С.В. Экобионика: биоинженерные технологии реабилитации природных объектов//Научно-технический прогресс как фактор развития современной цивилизации: Сб. статей по итогам Международной научно - практической конференции (Магнитогорск, 14 ноября 2017 г.) Часть 3 - Стерлитамак, АМИ, 2017. С. 142-146.

3. Кривицкий С.В. Использование биоинженерных технологий для экологической реабилитации природных ландшафтов//Внедрение результатов инновационных разработок: проблемы и перспективы. Сборник статей Международной научно-практической конференции 8 февраля 2017 г, г. Пермь. Часть 1. - Пермь: МЦИИ «ОМЕГА САЙНС», 2017. С.44-47.

4. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск, Изд-во «Наука» Сиб. Отделение, 1978. 319 с.

5. Остроумов С.А. О биотическом самоочищении водных экосистем. Элементы теории//Доклады академии наук. 2004. т.396. № 1. С.136-141.

6. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: МГУ. 610 с.

Размещено на Allbest.ru