Vízminőség: Trofitás termőképesség Szaprobitás

Átírás

1 Vízminőség: Trofitás termőképesség Szaprobitás Halobitás Toxicitás Eutrofizáció Foszfor formák, foszfor forgalom Eutrofizálódás Mesterséges eutrofizálódás Tározók Esettanulmányok hazai vonatkozású legfontosabb hidrobiológiai témakörökből ld.: www! (Kis-Balaton, Balaton, Szigetköz, Tisza-tó, Hanság, Duna, Tisza) habitat helyreállítás eutrofizálódás oligotrofizálódás Dunaszaurusz!!! hajózás, erőmű tározó habitat helyreállítás hajózás, erőművek áradás, szennyezés

2 Foszfor formák: Összes foszfor: Oldott: Partikulált: szervetlen: ortofoszfát szerves: polifoszfátok (pl. detergensekből), szerves kolloidok, foszfátészterek szervetlen: foszfor tartalmú ásványok (hidroxiapatit+ kb. 200 más ásvány!), adszorbeált foszfort tartalmazó ásványok (agyagásványok, Fe- és Al hidroxidok, karbonátok) Szerves: - élőlényekben: nukleinsavak, foszfor tartalmú fehérjék, enzimészterek, vitaminok, nukleotid foszfátok - elhalt szervezetekből keletkezett detrituszban vagy ahhoz adszorbeálódva

3 Vizek emberi eredetű foszfor terhelése: Kommunális szennyvíz: 1980-as évek végéig foszforalapú mosóporok, azóta: nem foszforalapú mosószerek + szennyvíztisztítók: foszfor lecsapató egység: antropogén foszfor-terhelés 50-80%-kal csökkent! Foszforforgalom: Vízi üledék és a víztér között XX. Sz. közepén első megközelítés: üledék foszfor kibocsájtását elsősorban kémiai folyamatok határozzák meg: Tó: aerob körülmények között bekerülő ortofoszfát vas-oxi-hidroxid (FeOOH) pelyhek felületén adszorbeálódik v. FePO4 csapadék keletkezik, leülepszik Anaerob fenéküledékből származó foszfát számára csapda! nem juthat be a víztérbe

4 A víztérben a felvehető, szabad foszformennyiség az üledék intersticiális vízteréhez képest 1/5 1/20 Hogyan kerül az üledékből foszfor a víztérbe??? Redoxpotenciál: 200 mv kritikus érték (Mortimer 1941) Fe(II); foszfát oldható < 200 mv < foszfát kicsapódik; főként Fe(III) ferro- forma ferri-forma Belső foszforterhelés: a víz-üledék határfelület redoxpotenciál változása következtében történő foszfor felszabadulás (és nyári rétegzettség során a belső seiche következtében a tápanyagdús hipolimnionból az epilimnionba történő ~ áramlás) (Külső foszfor terhelés: befolyókból, atmoszférából) Újabb eredmények tükrében: Üledék foszfor kibocsájtása a víztérbe: nem a kémiai, hanem elsődlegesen a biológiai folyamatok határozzák meg!

5 Thiobacillus, Ferrobacillus: energianyerés: ph <5, Fe(II)-ről e - O 2 -re, Fe(III) (oldott O 2 : alacsony koncentrációban! mély tavak hipolimnionja, sekély tavak üledéke 20-30mV) ph 7,5 7,7: Fe(III) van csak jelen Fe(OH) 3 csapadék keletkezik: 0,05-0,35µm-es aggregátumok, amelyek felületén más anyagok is adszorbeálódnak: szerves anyag, foszfor, nitrogén, Mn, Si, S, Ca, Mg koprecipitáció (a vashidroxid csapadákhoz adszorbeálódó szervesanyag a nehézfémeket megköti, így kerülnek azok a víztérből az üledékbe ahol felhalmozódhatnak) Vas oldódása: jelenlevő kén meghatározó! Ha kénhidrogén van jelen, (v. más szulfidok, biszulfidok) a vas kicsapódik, nem kerül vissza oldatba! Biológiai folyamatok során: 2(CH 2 O)+SO 4 2- S CO 2 + 2H 2 O S 2- v. (HS - ) vassal anaerob körülmények között rosszul oldódó csapadékot képez (FeS, fekete)

6 Hipertróf tó: fenéken nincs O 2, intenzív kénhidrogén képződés, oldott vasat megköti, kicsapja! Eutróf tó: kevés O 2 a fenéken, Fe(II)-forma uralkodó, ez vízben oldott, tehát van szabad vas Aerob bakteriális lebontás: oldható reaktív foszfor keletkezik Fe(III) redukció: nem következhet be pusztán kémiai úton amennyiben az üledék oxigénhiányos, a koprecipitáció miatt (kötődő szerves ag.)! Csak baktériumok jelenlétében tud oxidálódni (energianyeréskor: szervesanyag oxidációjakor Fe(III)-at e- akceptorként redukálják) Biz.: antibiotikummal kezelt üledék: kisebb foszforkibocsájtás! Aerob üledékből foszforkibocsájtást elősegítő tényezők: T emelkedése: gyorsítja a biol. reakciókat, intenzívebb fotoszintézis, ph nő, koprecipitált P az aggregátumok felszínén OH - -ra cserélődik Bioturbáció: üledéklakó gerinctelenek szűrögetése, alzat túrása: O2 konc. Nő de: légzés: O2 konc csökken Élőbevonat Hullámzás: üledék legfelső rétegét felkeveri, intersticiális térből P a víztérbe jut Üledékből kibuborékoló gázok (algabevonat: O2, üledékben metán, kénhidrogén): fenti hatás

7 Aerob hipolimnionnal rendelkező tavak: Nagy mélység, vastag hipolimnion, átkeveredés után ide sok O 2 kerül Kis área-koefficiens: befolyók: kevés, kis befolyó vízmennyiség miatt hosszú retenciós idő Bejövő P-t visszatartja Ha a retenciós idő >10 év: P70-90% -t visszatartja! Sekély tavak: nagyobb bejövő vízmennyiség, foszfor nagy része az epilimnionban marad, Produkcióban részt vesz! Rétegzett tó csekély külső P és N terheléssel: alacsony primer produkció alacsony szedimentáció Hipolimnion O 2 készletét nem csökkenti az ülepedő szerves ag. Aerob marad az üledék Az üledékből származó P (belső terhelés) kicsi Foszforcsapda! (üledék megköti a foszfort de nem szabadul fel belőle)

8 Anoxikus hipolimnionnal rendelkező tavak: Kisebb mélység (<10m) Rövidebb retenciós idő Nagyobb külső P terhelés Nagyobb fitoplankton biomassza Nagyobb mennyiségű anyag ülepszik le Hipolimnion O2 készletét elfogyasztja P nem stabilizálódik az üledékben mert az anaerob és a P könnyen kimosódik a rövid retenciós idő miatt Magas Ca 2+ és karbonát, bikarbonát tartalmú tavak: P kiülepedés: biológiai kalcit-precipitáció Fotoszintézis intenzitása befolyásolja: Fotoszintézis ph nő kristályosodás fokozódik P-t adszorbeálja+beépül Epilimnion P-készlet csökkenéséért 25-35%-ban felelős a folyamat!

9 Eutrofizálódás Növényi tápanyagok (limitációnak megfelelően 1. P és 2. N) feldúsulása a vizekben Autotrófok produkciója megnő Esetleg: tömegprodukció, vízvirágzás planktonikus eutrofizálódás v. üledékfelszínen szubmerz hínár ill. algagyep bentonikus eutrofizálódás Lebontásuk: O2 igényes másodlagos következmények: Halpusztulás Toxikus anyagok keletkezése Korrozív gázok keletkezése Hatás Helyi élővilágra (fauna és flóra összetétele) a humán vízhasználat minden aspektusára (ivóvíz, közlekedés, halászat, )

10 Tó trofitása termőképessége: Olyan változók fejezik ki, amelyek az eutrofizálódással kapcsolatba hozhatók (P tot, produkció, biomassza, kl-a) Trofitási indexek: OECD (1982): Eutrofication of waters. Monitoring, assessment and controll. OECD ajánlás jelentősége: addigi kvalitatív jellemzés helyett kvantitatív alapokra helyezték a trofitás szintjének megállapítását (ld. Később: Vollenweider és Kerekes) klorofilltartalom éves átlaga és éves maximuma (µg/l) Secchi-átlátszóság éves átlaga és minimuma Százalékos O 2 telítettség éves minimuma az üledék feletti cm-s víztérben (csak rétegzett tavakban használatos) A trofitási kontinuumot (oligotróf és eutróf között) a tavaszi keveredés során meglévő P tot koncentrációk alapján felosztották kategóriákra: ultraoligotróf: P tot <5 µg/l oligotróf: P tot 5 10 µg/l mezotróf: P tot µg/l eutróf: P tot µg/l hipereutróf: P tot >100 µg/l

11 Használatosak más kategorizálások is: Atróf: terméketlen víz Acidotróf: alacsony produktivitás ph<5, gyakran C limitáció Alkalitróf magas produktivitás magas Ca2+ konc. Argillotróf: alacsony produktivitás, agyagásványok nagy mennyiségben, turbid, fénylimitált Sziderotróf: alacsony produktivitás, magas Fe konc. Disztróf: alacsony produktivitás, sok oldott huminanyag, ált. savas Politróf: átmenet eutróf és hipertróf állapot között N/P arány (atom v. tömegarány): tápanyagforrások jellemzésénél informatív Redfield arányok alapján: N:P = 16:1 Természetes tápanyagforrások egy tó esetében (befolyók, atmoszféra): Redfield arányhoz képest kevesebb foszfort tartalmaznak, N/P atomos arány >16

12 N/P arány: Nem szennyezett talajvíz: 63 Csapadék: 54 Mezőgazdasági területről befolyás 44 Vízi makrofitonok 24 Alga (P limitáció nélkül) 22 Kiegyensúlyozottan növő fitoplankton 16 Állattartó telep szennyvize 14 Makrozooplankton salakanyaga 11 Bakterioplankton protoplazma 10 Városi szennyvíz 10 Szennyvíztelep kifolyója 6 Eutróf tó üledéke 6 Libaürülék 2 Üledékes kőzetek 2

13 Adatok vizsgálata alapján: Vollenweider és Kerekes (1980) az éves kl-a konc és az éves P terhelés között az alábbi empírikus összefüggést állapította meg: Log kl-a = 0,91* log P 0,435 Másképpen: Ahol a retenciós idő évben kifejezve PL: Ptot éves Pin: befolyók Pkonc (tó éves fajlagos foszforterhelése) A befolyók és a tó P konc. között a különbség a retenciós időtől függ

14 Különböző vízi üledékek foszfor adszorpciós kapacitását meghatározza: Üledék összetétele: szervesanyag tartalom, Al és Fe hidroxidok, Agyag tartalom CaCO 3 Eutrofizálódás: hazai példák (Balaton alakulása:1960-jelen) mesterséges tározóknál is különösen nagy jelentőségű probléma!: Kína: Három Szurdok erőmű és tározó területén biz. hatásvizsgálatok már megkezdődtek: vizsgálták az üledék természete és foszfor-kötése kapcsolatát Foszfát adszorpciós kapacitás különböző foszfát koncentrációk mellett ún. abszorpciós izotermákkal vizsgálható: Foszfát abszorpciós izotermák különböző üledékeknél 20 C-on Wang & al. Journal of Hazardous Materials 162 (2009) 92 98

15 tiszta energia előállítása Hajózható meder biztosítása Árvizek megakadályozása 1,24 millió lakos áttelepítése régészeti lelőhelyek elárasztása földcsuszamlás kockázatának növekedése Három Szurdok erőmű és tározó: Kína, Jangce-folyón, világon a legnagyobb völgyzárógát, hossza: 2335 m, magassága 101 m, 39,3 km 3 kapacitás, 1,000,000 km 2 vízgyűjtő, tározó felülete: 1,045 km október óta működik, 2011-re éri el a teljes kapacitását

16 Három Szurdok : természetes üledékekben a foszfát adszorbciós kinetikája: nem lineáris modellt követ tesztelések során egy ún. módosított Langmuir-függvény bizonyult a legalkalmasabbnak a modellezésére, több független vizsgálat megerősítette segítségével meghatározható az ún. zéró-ekvilibrium P koncentráció az aktuális P koncentrációból, kideríthető, h. időben foszfor akkumuláció vagy kibocsájtási trend lesz-e jellemző, becsülhető az eutrofizáció kockázata Különböző függvényekkel próbálták modellezni az üledék foszfor adszorpciós kinetikáját Erősen befolyásolta az üledék összetétele (elsősorban a szerves anyagok és a fém hidroxidok jelenléte miatt; adszorpció: a Fe-Al-Ca koncentráció növekedésével erősödő ütemben) Az üledék foszfát adszorpciós kapacitása a) az egyik mintavételi helyen különböző kezdeti P koncentrációknál b) valamennyi mintavételi helyen, azonos (1,75 mg P / l) kezdeti P koncentráció mellett Wang & al. Journal of Hazardous Materials 162 (2009) 92 98

17 Három Szurdok térképen és műholdról Egy kivétellel minden vizsgált helyen a P kibocsájtási trend volt jellemző az üledékre majdani eutrofizálódás veszélye

18 Krasznojarszk: Jenyiszejen 1964 óta, Erős hatás a helyi éghajlatra: Előzőleg a folyó alvízi irányban évente közel 200 napig be volt fagyva; jelenleg a tározó alatti km-nyi folyószakaszon egész évben hiányzik a jégtakaró. Gána: Volta-tározó Sokáig a legnagyobb vízfelszínű tározó Gond lehet: üledékfelhalmozódás Bilharziasis: fertőzöttség jelentősen megnőtt Folyami vakság: visszaszorult!

19 Duna: Vaskapu: régen és ma Eredetileg a folyó 134 km-s szakasza, ma szűkebb értelemben az Orsava környékén létesítet erőmű és környéke (I. és II. tározók) Vaskapu I : a teljes Dunán a legnagyobb tározó, 135 km hosszú Nagytestű anadrom halak vándorlása lehetetlen Üledék felhalmozódás, tápanyag visszatartás Oldott Si koncentráció 2/3-ra csökkent alvízi irányban (a tározóban megemelkedett kovaalga produkció vonja el), a Fekete-tengernél a parti vizekben az algaközösség összetétele eltolódott a kovaalgák felől a cianobaktérium túlsúly felé, káros hatások! Pl. romló fogások halászatnál

20 Mit jelentenek számunkra, miért vizsgáljuk őket? Vizsgálatok különböző térbeli skálán Vízgyűjtőterület jelentősége Veszélyeztető tényezők Bioinváziók Tápanyagterhelés, ipari szennyezés Védelem: Ramsari Egyezmény Aktív cselekvési programok: EU Vízkeretirányelv (+ECOSURV)

21 Ramsari Egyezmény Megfogalmazás: Irán, Életbelépés: Cél: vizes élőhelyek megőrzésének elősegítése Ehhez szükséges intézményi és jogi keretek létrehozása Magyarország: 1979-ben csatlakozott

22 EU vízpolitika újragondolása már az 1980-as évek végén megkezdődött Frankfurt 1988: ökológiai minőséget lefedő közösségi joganyag szükségessége Hága, 1991: felszín alatti vizekről tartott miniszteri szeminárium: cselekvésre van szükség a felszín alatti vizek hosszú távú minőségi és mennyiségi leromlásának elkerüléséhez Szükséges egy 2000-ig végrehajtandó cselekvési program az édesvízkészletekkel történő fenntartható gazdálkodás és azok védelmének céljából Európai Tanács december 18: egy új keret-jellegű irányelv felvázolása a fenntartható vízvédelmi politika alapelveinek meghatározására Az Európai Bizottságot felkérték egy olyan javaslat kidolgozására, amely összhangban áll az állampolgárok, a civil szervezetek és más érdekelt intézmények vízzel kapcsolatos elvárásaival Fontos állomás: 1996-os brüsszeli Víz Konferencia, ahol az EU intézményein és tagországain kívül civil szervezetek, az ipar és a mezőgazdaság szereplői, fogyasztók és környezetvédők képviselői vettek részt

23 egyeztetési folyamat: tagjelölt országokat is bevonták, Magyarországot is! Európai Tanács és az Európai Unió Bizottsága október 23-án hagyta jóvá a vízvédelmi politika terén a közösségi fellépés kereteinek meghatározásáról szóló, 2000/60/EK számú irányelvet Víz Keretirányelv (rövidítve VKI) hatálybalépés dátuma december 22., ettől az időponttól számítják a különböző teljesítendő határidőket keretet kíván biztosítani a Közösség édesvízzel kapcsolatos szabályozásának lefektetve egy új vízpolitika alapjait azzal a céllal, hogy az európai vizek jó állapotot érjenek el 2015-re (mára már eltolódott a dátum a 2020-as évekre!)

24 A VKI célkitűzésének legfőbb elemei: a vizekkel kapcsolatban lévő (a vízi és a vízi ökoszisztémáktól közvetlenül függő szárazföldi) ökoszisztémák védelme, állapotuk javítása, a hasznosítható vízkészletek hosszú távú védelmére alapozott fenntartható vízhasználat elősegítése, a szennyezőanyagok kibocsátásának (emissziójának) csökkentésével a vízminőség javítása, a felszín alatti vizek szennyezésének fokozatos csökkentése, és további szennyezésük megakadályozása, az árvizek és aszályok hatásának mérséklése.

25 Víz Keretirányelv 2000/60/EK irányelv december 22-én lépett hatályba egységes alapokon szabályozza a felszíni, felszín alatti vizek mennyiségi és minőségi védelmét, a pontszerű és diffúz szennyező-forrásokkal szembeni fellépést, előírja a vizek jó állapotának eléréséhez vezető intézkedések vízgyűjtő szintű összehangolását Víz Keretirányelv szerint az egész Duna medencét kell vízgyűjtő területnek tekinteni Magyarország egész területe a Duna vízgyűjtőjében fekszik

26 A Duna egész vízgyűjtőjére vonatkozó tevékenységet a Duna Védelmi Egyezmény Nemzetközi Bizottsága koordinálja A Víz Keretirányelv rendelkezéseit integrált módon, a vízgyűjtő-gazdálkodási tervezés eszközeivel kell végrehajtani az érdekeltek széleskörű bevonásával EU tagországoknak 2009-re kell saját vízgyűjtő-gazdálkodási tervet (VGT) készíteniük jelentős vízgazdálkodási kérdések / problémák azonosítása vitaanyag közzététele december 22-én megtörtént, ezt követően: július 31-ig tartó konzultációs periódus

27 EU Vízkeretirányelv Hazai bevezetés első lépése: ECOSURV program 2004-től 13 hónapon át Cél: hazai felszíni vizek vizsgálata, átfogó ökológiai monitoring a Vízkeretirányelvvel összhangban levő mintavételi metodikák alkalmazásával mind élőlényekre, mind élettelen környezeti változókra Hazai viszonyokra adaptálni a VKI előírásait Megjelent: KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS VÍZÜGYI MINISZTÉRIUM MAGYARORSZÁG: ECOSURV MINTAVÉTELEZÉSI ÉS HATÁROZÓI KÉZIKÖNYV 2005 Október 3.

28 ECOSURV program Ökológiai monitoring felállítása, gyakorlati végrehajtása Uralkodó habitattípusok és a hidromorfológiai jellemzők feljegyzése Mintavételezési eljárás Gerinctelen makrofauna, phytoplankton, phytobenthos makrofitonok és halak fizikai-kémiai változók milyen feljegyzési, mintavételezési, szelekciós munkákat javasolt elvégezni VKI megadja a mitavételi gyakoriság minimális időkeretét,

29 EURÓPAI ÖSSZEFOGÁS A VÍZEK JÓ ÁLLAPOTÁÉRT Víz Keretirányelv végrehajtásának helyzete Magyarországon és a Dunavízgyűjtőkerületben ( )

30 méretosztályok élőlénycsoportok A plankton élőlénycsoportjainak méreteloszlása

31 A kis testméret alacsony generációs idővel jár, érdemes a rövidtávú hatások megismeréséhez ilyen szervezetek populációit vizsgálni Generációs idő (napok) Halak Makrogerinctelenek Zooplankton Fitoplankton : Test átmérője VKI: nem vizsgálandók sem a vízminősítésben nagyon jól használható csillósok sem a zooplankton