Con el fin de hacer más científica la medición de los indicadores de muestreo, este libro selecciona varios factores principales que afectan el medio ambiente acuático para el análisis de impacto ambiental (Wang Zhenhong, 2005).
2.1.2.1 Transparencia
El grado de transparencia de una masa de agua es uno de los factores importantes que determinan la productividad de la masa de agua, y además es el indicador de eutrofización más conveniente. para medir. Se ha demostrado que la intensidad de la luz que entra en el agua generalmente disminuye exponencialmente con la profundidad del agua (ley de Beer):
Investigación sobre la ecología ambiental de los estanques de colapso de las minas de carbón
Donde: I0 es el capa superficial La iluminancia del agua. Es la absorbancia a la profundidad t; α es el coeficiente de absorción.
En los lagos oligotróficos hay muy pocas sustancias flotantes como las algas y el valor α es pequeño, por lo que la luz incidente puede llegar a partes muy profundas. Por el contrario, en los lagos eutróficos, si aumenta la cantidad de algas existentes, la luz incidente disminuye bruscamente y la transparencia disminuye. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) utiliza la transparencia como criterio para la clasificación de los lagos, es decir: los lagos con una transparencia >3,7 m son oligotróficos, los lagos con una transparencia entre 2,0 y 3,7 m son mesotróficos y los lagos con una transparencia <2,0 m son eutróficos. Al mismo tiempo, la transparencia también se ve afectada por la inyección externa de aguas residuales y la piscicultura.
2.1.2.2 Valor de pH
Generalmente, el valor de pH de los cuerpos de agua dulce varía entre 6 y 9 debido al efecto tampón del sistema de ácido carbónico. En ocasiones, debido al fuerte. fotosíntesis del fitoplancton, el valor del pH El valor puede alcanzar por encima de 9 a 10 durante un período de tiempo por la tarde (Dalian Fisheries University, 1989).
Las masas de agua continentales se pueden dividir en tres categorías según su valor de pH: ① Masa de agua medianamente alcalina: el valor de pH varía entre 6 y 10, y el agua de los estanques colapsados pertenece a este tipo de masa de agua; Masa de agua ácida: valor de pH si es inferior a 5, es un pantano; ③ Masa de agua alcalina: el valor de pH es superior a 9, y algunos lagos salino-alcalinos entran en esta categoría, como el lago Qinghai, el lago Dali, etc.
Según la relación con el valor del pH, los organismos acuáticos se pueden dividir en dos tipos básicos:
El primer tipo son los organismos estrechamente ácidos y alcalinos, que aparecen principalmente en ambientes medio alcalinos. El valor del pH de las masas de agua oscila entre 4,5 y 10,5. Los organismos comunes de agua dulce entran en esta categoría. Por ejemplo, Colpidium campy-lum entre los ciliados vive en un rango de pH de 4,5 a 9, un Brachionus urceolaris se adapta a un rango de pH de 4,5 a 11, la carpa a un rango de pH de 4,4 a 10,4 y la carpa verde a un rango de pH de 4,5 a 11. Los valores de pH adecuados para los cuatro tipos principales de peces, a saber, la carpa herbívora, la carpa plateada y la carpa cabezona, son todos de 4,6 a 10,2.
Algunos organismos en aguas ácidas y alcalinas también son organismos estrictamente ácidos y alcalinos. Los primeros se denominan organismos amantes de los ácidos, como ciertos rotíferos (Elo-sauorallii), protozoos (Hyalosphaenia) y flagelados incoloros (euglena), que sólo aparecen en la parte central de los pantanos de sphagnum con un valor de pH de 3,8; -organismos amantes, como ciertas cianobacterias y moluscos.
El segundo tipo son los llamados organismos eurialcalinos, que se pueden encontrar en cuerpos de agua tanto ácidos como moderadamente alcalinos, como por ejemplo Cyclops longuidus y Daphnia ovale (C. ovalis, algunas larvas de insectos son organismos muy ácidos y alcalinos); .
Las condiciones ácidas son generalmente perjudiciales para el metabolismo de muchos animales. Muchos datos de investigación señalan que los cambios en el valor del pH afectan el grado de utilización del oxígeno por parte de los peces y reducen la tolerancia de los peces a condiciones de bajo oxígeno. Cuando el valor del pH es demasiado bajo o demasiado alto, aumentará su punto de asfixia. En condiciones ácidas, la reducción de la tolerancia hipóxica de la mayoría de las especies de peces es más significativa. Entre los peces de agua dulce, la carpa es más sensible al ambiente ácido que la lubina. Cuando el valor del pH cae de 7,4 a 5,5, el consumo de oxígeno de la carpa por gramo de peso corporal por hora cae de 0,24 a 0,27 mg a 0,16 a 0,26 mg por respiración. El oxígeno absorbido se reduce aproximadamente entre 1/3 y 2/3.
El impacto de los cambios en el pH en los procesos metabólicos también se puede observar en las condiciones de alimentación, ya que los peces generalmente experimentan una reducción de la absorción de alimentos en condiciones ácidas.
Los cambios en el valor del pH también tienen un impacto importante en la reproducción y desarrollo de los organismos acuáticos. Los valores de pH óptimos necesarios para la reproducción de distintos organismos también son diferentes.
Por ejemplo, cuando el valor del pH baja de 7,2 a 7,4, algunas algas Cladora detienen la reproducción vegetativa y forman zoosporas, mientras que Pandorina se reproduce mejor en un ambiente débilmente alcalino (valor de pH bueno 7,8). También hay algunas algas que se reproducen bien en un ambiente ligeramente ácido. Por ejemplo, Cryptomonas ovata se reproduce más rápidamente en un ambiente con un valor de pH de 5 a 7.
La influencia del valor del pH en los organismos está relacionada con la concentración de gases disueltos y ciertos iones. Cuando la concentración de CO2 en el agua es de 10 mg/L, el valor de pH semiletal de un salmón (Salmo gairdneri) es 4,5 cuando la concentración de CO2 aumenta a 20 mg/L, el valor semiletal del valor de pH aumenta; a 5,7; cuando el pez luna de agallas azules Cuando el oxígeno disuelto en el agua es de 5 mg/L, la muerte comenzará cuando el valor del pH aumenta a 9,6. Cuando el oxígeno disuelto es de 10 mg/L, no habrá efectos adversos en el valor del pH de. 9,5; el aumento de la concentración de Ca2+ puede reducir la toxicidad de valores bajos de pH. La supervivencia del salmón moteado (Salvelinus fontinalis) a pH 4 se prolonga al aumentar la concentración de calcio.
Cabe señalar que la reacción del valor del pH del agua natural es el resultado del efecto combinado de las propiedades químicas del agua y las actividades biológicas. Por lo tanto, al estudiar la relación entre el valor del pH y la biología, debemos prestar atención a los muchos factores que determinan el valor del pH, así como a los cambios en otros factores causados cuando cambia el valor del pH. Por ejemplo, en condiciones naturales, la disminución del valor del pH va acompañada de un aumento del contenido de CO2 y una disminución del contenido de oxígeno. Sin embargo, muchos animales no pueden tolerar condiciones bajas de oxígeno en agua ácida. El contenido de oxígeno en el agua, el dióxido de carbono y el valor del pH afectan a los animales al mismo tiempo.
Además, en un ambiente con pH reducido y deterioro del oxígeno, también se pueden generar otros factores adversos (como el H2S). En vista de esto, debería ser razonable considerar el valor del pH como una característica que refleja las propiedades integrales de las masas de agua.
2.1.2.3 Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto en el agua es un factor importante en la vida y distribución de los organismos acuáticos. Su condición en el agua determina directamente si la mayoría de los organismos acuáticos pueden sobrevivir.
La gran mayoría de los seres vivos necesitan oxígeno para respirar. La falta de oxígeno puede provocar la muerte masiva o incluso total de peces y otros organismos acuáticos. Sólo en casos raros el exceso de oxígeno resulta perjudicial para la vida acuática.
Las principales fuentes de oxígeno son la disolución atmosférica y la fotosíntesis de las plantas acuáticas. En los ríos y lagos oligotróficos hay menos fitoplancton y la disolución atmosférica juega un papel importante. Porque el oxígeno es mucho más soluble en agua que el nitrógeno. Por lo tanto, la proporción de oxígeno y nitrógeno en el agua disuelta es mayor que la de la atmósfera:
Investigación sobre ecología ambiental de estanques de colapso de minas de carbón
La cantidad de oxígeno disuelto en el agua es también relacionado con la temperatura y la salinidad. Es relevante que cuanto menor sea la temperatura y la salinidad del agua, mayor será la cantidad de gas disuelto.
El proceso de disolución de la atmósfera en la superficie del agua se realiza de forma continua excepto durante el periodo de congelación, pero sin las diversas mezclas de masas de agua (fluctuaciones y corrientes horizontales y verticales), el efecto de este proceso es limitado a la capa superficial. La difusión de gases en el agua avanza muy lentamente. Según cálculos aproximados, la superficie de aguas tranquilas sólo puede difundirse a una profundidad de 6 m por año a una determinada temperatura, y sólo puede oxigenar 0,25 ml por litro de agua. Se puede observar que es imposible mantener el contenido normal de oxígeno en el agua únicamente mediante difusión.
Debido a que la atmósfera contiene aproximadamente un 21% de oxígeno, el oxígeno molecular también se disuelve en agua. En agua pura sin producción biológica alguna, la concentración de oxígeno disuelto en el agua es de aproximadamente 8,8 mg/L a 20°C. En la naturaleza, los lagos oligotróficos cercanos al agua pura también tienen la misma concentración de oxígeno disuelto. Sin embargo, cuanto más eutrófico sea un lago con un crecimiento biológico vigoroso, más se verá afectado su contenido de oxígeno por las actividades biológicas. Por tanto, la concentración de oxígeno disuelto puede utilizarse como un buen indicador de eutrofización.
En lagos eutróficos y estanques fértiles, la fotosíntesis del fitoplancton es la principal fuente de oxígeno, y la disolución atmosférica sólo juega un papel menor.
La respiración de los animales acuáticos consume una gran cantidad de oxígeno. En invierno, las algas todavía pueden realizar la fotosíntesis bajo la capa de hielo transparente, suministrando una cierta cantidad de oxígeno a los organismos que hibernan. Durante el día, las plantas acuáticas también respiran durante la fotosíntesis, pero la intensidad de la respiración es mucho menor que la intensidad de la fotosíntesis. Sin embargo, por la noche, la respiración de las plantas (especialmente las algas) tiene un gran impacto en las condiciones del gas en el agua. Además, la respiración de las bacterias en el agua también es un factor extremadamente importante que afecta las condiciones del gas.
El contenido de bacterias en el agua natural es generalmente muy alto (alrededor de varios millones por mililitro). En promedio, cada célula bacteriana puede consumir 0,3×10-11 mg de oxígeno en una hora, si se mide en peso, una bacteria en peso seco. de 1 mg consume 1 mg de oxígeno en una hora. Se puede observar que las bacterias consumen mucho oxígeno, especialmente cuando la materia orgánica se descompone en grandes cantidades. Sin embargo, la intensidad respiratoria de las bacterias está estrechamente relacionada con las condiciones nutricionales. Cuando las condiciones nutricionales se deterioran, la intensidad respiratoria bacteriana se puede reducir decenas de veces.
2.1.2.4 Nutrientes
El contenido de nitrógeno y fósforo en las masas de agua naturales controla en cierta medida el crecimiento y la producción de algas. Es muy probable que el aumento de estos dos elementos estimule el crecimiento de algas.
El nitrógeno es un componente importante de las proteínas y la sustancia básica más importante que constituyen los organismos vivos. A excepción de algunas cianobacterias, los organismos generalmente acuáticos solo pueden utilizar nitrógeno orgánico disuelto, nitrógeno amoniacal, nitrógeno nitrito y nitrógeno nitrato, pero no pueden utilizar nitrógeno gaseoso disuelto. Por lo tanto, el contenido de nitrógeno en el agua a menudo no puede satisfacer las necesidades de los organismos.
El fósforo también es un componente importante de las proteínas y también es necesario en el cerebro y los nervios de los animales superiores (incluidos los peces). El contenido de fósforo en el agua suele ser muy pequeño, por lo que la reproducción y desarrollo del fitoplancton suele verse limitado debido a la falta de fósforo.
El fósforo y el nitrógeno son sustancias necesarias para los organismos acuáticos y contenidas en cantidades muy pequeñas en el agua. Generalmente se denominan sales nutritivas o sustancias biogénicas.
2.1.2.5 Intensidad de la luz y fotosíntesis
En el agua, la luz tiene efectos evidentes como factor ecológico (Lin Biqin, 1988). Maucha (1937, 1942) calculó una vez que la intensidad de la luz en la superficie del agua en cualquier lugar de la tierra es suficiente para la asimilación de las algas. Por lo tanto, la luz en la superficie del agua no es un factor limitante para la aparición de algas. Sólo una fracción de la luz real es suficiente para que las algas realicen una fotosíntesis moderada. En Europa central, con sólo aproximadamente 1/20 de la luz solar real en verano, las algas pueden alcanzar el nivel máximo de fotosíntesis. Por este motivo, las condiciones adecuadas para la aparición de muchas algas fitoplanctónicas nunca se dan en la superficie del agua, sino a cierta profundidad. En las profundidades de los lagos u océanos, la luz se absorbe rápidamente y las propiedades de la luz también cambian significativamente. A una profundidad de 10 m en un lago, la intensidad de la luz es solo el 10% de la superficie del agua, e incluso en el agua del lago más limpia; , sólo aproximadamente el 40% de la luz penetra hasta una profundidad de 1 m. A una profundidad de 100 m en el océano, sólo se retiene el 1% de la intensidad de la luz en la superficie del agua.
La contaminación provoca demasiada materia suspendida en el agua. La materia suspendida se dispersa y absorbe la luz, dificultando la penetración de la luz, en casos graves, puede provocar un cese casi completo de la fotosíntesis en el medio acuático. haciendo así que todo el ecosistema acuático tienda a colapsar. Cuando la eutrofización de la masa de agua provoca un crecimiento excesivo de algas fitoplanctónicas, también afecta la penetración de la luz en la capa de agua y reduce la transparencia del agua. Esto a su vez afecta el crecimiento de las algas fitoplanctónicas, provocando su muerte en grandes cantidades. y aumentando la transparencia del agua.
Entre el fitoplancton de agua dulce, las algas verdes tienen la intensidad luminosa óptima más alta, seguidas de las diatomeas y las cianobacterias. La luz excesiva es perjudicial para las algas. Por ejemplo, si la chlorella se cultiva bajo luz excesiva, el color de las células será verde claro, el crecimiento será lento y eventualmente perderá el color verde y morirá.
Dado que la intensidad de la luz en el agua disminuye con la profundidad del agua, la tasa de fotosíntesis en la capa de agua también se debilita gradualmente con la profundidad del agua. A cierta profundidad, la intensidad de la luz se ha debilitado lo suficiente. para evitar que las plantas realicen la fotosíntesis. La cantidad de oxígeno generada en la planta solo puede satisfacer su propio consumo en la respiración. La iluminación en este momento se denomina punto de compensación de esta planta. La profundidad a la que existe el punto de compensación se denomina profundidad de compensación. Las plantas aún pueden sobrevivir bajo la iluminación del punto de compensación, pero no pueden reproducirse; la profundidad de compensación es el límite para la distribución de plantas en aguas profundas. El punto de compensación disminuye al disminuir la temperatura.
Dado que la energía de la radiación solar cambia significativamente debido a la latitud geográfica, la estación, el día y la noche, etc., la profundidad de compensación no solo es diferente en diferentes áreas geográficas, sino también en la misma masa de agua en diferentes meses del año. año y el mismo mes. Puede cambiar en diferentes momentos. En términos generales, la profundidad de compensación es aproximadamente de 1,5 a 2,5 veces la transparencia del agua.
2.1.2.6 Elementos metálicos (oligoelementos)
El magnesio es uno de los componentes de la clorofila de las algas, pero su requerimiento es bajo. Generalmente no falta en los cuerpos de agua naturales, pero sí. en tipos extremadamente oligotróficos. En lagos donde el magnesio es deficiente, puede limitar la productividad de las algas fitoplanctónicas.
El hierro puede favorecer el desarrollo normal de la clorofila, y la clorofila suele aparecer cuando las plantas tienen deficiencia de hierro. El fitoplancton tiene una gran capacidad para utilizar el hierro y, a menudo, una cantidad considerable de compuestos de hierro se absorben en la superficie del cuerpo. Por lo tanto, la deficiencia de hierro generalmente no es un problema.
Demasiado hierro no favorece el crecimiento de algas. Cuando el hierro en la solución de cultivo supera los 1,4 mg/L, se inhibe la producción de fitoplancton. Cuando supera los 2,9 mg/L, una gran cantidad de algas morirá. Sin embargo, en el agua natural, todavía no es tóxica cuando a veces supera los 5 mg/L, lo que puede estar relacionado con el efecto desintoxicante de otros iones.
La presencia de trazas de manganeso puede estimular el crecimiento del fitoplancton. Cuando supere los 0,01 a 0,02 mg/L, será tóxico para las algas.
El silicio es un componente esencial de las paredes celulares de las diatomeas y de algunos huesos de animales. A juzgar por los experimentos de cultivo de Zhu Shuping (1949), la falta de silicio en el agua natural tiene un efecto limitante sobre las diatomeas. Wetzel (1976) también creía que la disminución de las poblaciones de diatomeas en el fitoplancton al final de la primavera se debía al consumo de silicatos y a la caída por debajo de 0,5 mg/L. Pero en circunstancias normales, el contenido de silicio en el agua dulce puede satisfacer las necesidades de las diatomeas.
La presencia de trazas de zinc, boro, cobalto, molibdeno y cobre puede estimular el crecimiento de algas, y una cantidad ligeramente mayor puede resultar tóxica.
2.1.2.7 Clorofila a
Las algas, al igual que otras plantas verdes, tienen diversos pigmentos como la clorofila, la luteína y el caroteno. La clorofila tiene el mayor contenido y se encuentra en casi todas las algas. Las tres clorofilas más comunes en las algas son la clorofila a, b y c. Dado que el contenido de clorofila a es alto en las algas vivas, representando alrededor del 1% al 2% del peso seco de la materia orgánica, la medición de clorofila a es un indicador importante de la cantidad de algas existente y también puede usarse como un importante indicador de biomasa. Además, el método de medición de la clorofila a es simple y el contenido de clorofila a generalmente puede indicar el nivel de contenido de algas. El contenido de clorofila a varía según el grupo de algas y también se ve afectado por la edad, la tasa de crecimiento, la luz y las condiciones nutricionales. Al mismo tiempo, la relación entre biomasa y clorofila a (índice autótrofo) es un valioso indicador de la calidad del agua. En los cuerpos de agua no contaminados, la población de plancton se compone principalmente de algas verdes autótrofas. A medida que el cuerpo de agua se contamina, la materia orgánica en el agua aumenta gradualmente y la proporción de organismos heterótrofos, como bacterias filamentosas y entozoos, aumenta en consecuencia.
La clorofila a es un parámetro biológico importante en el seguimiento de masas de agua eutróficas, y también es un índice de reflexión integral de los cambios dinámicos en la calidad del agua. La distribución del valor máximo de este indicador juega un papel importante en la gestión de la calidad del agua del lago. Comprender el contenido de clorofila a y el análisis de sus principales factores de control es un requisito previo importante para la evaluación de la eutrofización de las masas de agua y la base para controlar la eutrofización de las masas de agua. Es de gran importancia para la gestión de la calidad del agua de las masas de agua.