Eutrofizace

Termín eutrofní (z řeckého eutrophos – dobře živený) se dá přeložit jako „bohatý na živiny“. Opačným pojmem „chudý na živiny“ je termín oligotrofní. Tyto termíny poprvé v limnologii použil německý limnolog C.A. Weber roku 1907, když je aplikoval pro vznik rašelinišť. Švédský botanik Naumann až později (roku 1929) spojil tento termín s produkcí fytoplapktonu v jezerech. Třebaže v té době nebyly přesné chemické analýzy běžnou záležitostí, Naumann zdůrazňoval, že chemické složení vody (zejména koncentrace P, N a Ca) a geologické vlastnosti povodí jsou primárními faktory, určujícími trofii. Na základě primární biologické produkce fytoplanktonu a fyzikálních a chemických parametrů pak definoval určité typy jezer. Oligotrofní jezera mají nízkou produkci fytoplanktonu s nízkými koncentracemi dusíku a fosforu. Čistá, modrá jezera jsou charakteristická zejména pro horská povodí s neúživným skalním podkladem a nevyvinutými půdami. Naopak eutrofní jezera jsou zakalená a zelená, s vysokou produkcí a s vysokými hodnotami fosforu a dusíku. Tato jezera nalezáme v dolních částech povodí, zejména v údolních, zemědělsky využívaných oblastech se zvýšeným přísunem živin do vod v důsledku antropogenní činnosti. Mezotrofní jezera stojí mezi těmito dvěma typy. Jezera dystrofní pak mají nízkou produkci s intenzivním zbarvením vody huminovými látkami. Naumann navrhl ještě další termíny, které se vesměs neujaly - acidotrofie (nízká produkce, s nízkou koncentrací P a N, ale s pH < 5,5), alkalitrofie (vysoká produkce spojená s vysokou koncentrací Ca, charakteristická pro krasové oblasti), argillotrofie (nízká produkce v důsledku vysokého zákalu jílovými částicemi), siderotrofie (nízká produkce v důsledku vysokých koncentrací Fe) (Moss 1999, Wetzel 2001).

S nárůstem četnosti lokalit se zjevnou nadprodukcí (hypertrofií) biomasy se pojem eutrofizace využil pro tento nový fenomén. Eutrofizace byla jako problém související se znečištěním rozpoznána v mnoha jezerech Západní Evropy a Severní Ameriky v polovině dvacátého století (Rohde 1969). Od té doby došlo zejména v určitých oblastech k jejímu značnému rozšíření; způsobila poškození vodních ekosystémů a vážné potíže s využitím vodních zdrojů, zejména při přípravě pitné vody. V pacifické oblasti Asie je 54% jezer eutrofických; jejich poměr v Evropě, Africe a v Severní a Jižní Americe je 53%, respektive 28%, 48% a 41% (ILEC / Lake Biwa Research Institute, 1988-1993). Eutrofizace také postihuje pomalu tekoucí řeky, zejména pokud dojde k prodloužení období sucha a nízkých průtoků.
Eutrofizované vody vlivem nadměrného obohacení živinami podporují rozvoj primárních producentů (autotrofních organismů schopných fotosyntézy) a následně dochází buď k nadprodukci biomasy fytoplanktonních organismů (sinic a řas rozptýlených ve vodě), nebo k zvýšenému rozvoji vodní makrovegetace, případně se objevují makroskopické nárosty vláknitých sinic a řas na ponořených podkladech. Vysoká biomasa fytoplanktonu způsobuje (vlivem své fotosyntetické aktivity) růst pH vody (často nad hodnoty 9,0) a nadměrnou spotřebu kyslíku v blízkosti dna vodního tělesa (MŽP 2004).
V současné době je pojem eutrofizace používán zejména ve vztahu k zachování ekologické kvality vody. Ve směrnicích Evropské unie a různých mezinárodních smlouvách je definován jako složitý jev, vyvolaný přebytkem živin v prostředí (hlavně sloučenin dusíku a fosforu), jehož důsledkem je narušení ekologických procesů a negativní ovlivnění kvality, biodiverzity a udržitelného využivání vody (OECD 1999). Podle dnešního pojetí charakterizuje eutrofizace spíše stav než trend a je kvalitativním popisem podmínek narušeného vodního prostředí a nekvantifikuje produkci biomasy (European Communities 2002).

• Zvýšená biomasa fytoplanktonu
• Toxické nebo nepoživatelné druhy fytoplanktonu
• Zvýšena biomasa bentických a epifytických řas
• Změny biomasy a druhového složení makrofyt
• Snížení průhlednosti vody
• Problémy s chutí, zápachem a čištěním vody
• Vyčerpání rozpuštěného kyslíku
• Zvýšený výskyt náhlého umrtí ryb
• Vymizení žádaných rybích druhů
• Snížení množství jedlých ryb, korýšů a měkkýšů
• Snížení estetické hodnoty vodní plochy

Tab. Nepříznivé vlivy eutrofizace jezer, nádrží, řek a okrajových moří
zdroj: Carpenter et al., 1998

K rozvoji eutrofizace je zapotřebí několik podpůrných faktorů. První podmínka, kromě přísunu živin, je dostatečná doba zdržení vody. Z ostatních fyzikálních faktorů (v různých oblastech a v různých zeměpisných šířkách) jsou to teplota, světlo a termální stratifikace stojatých vod. Ta může být způsobena různou hustotou vodních vrstev, kdy se u jezer a pomalu proudících řek svrchní a spodní vrstvy vzájemně nemísí. Projevy eutrofizace mají výrazný sezónní charakter. V našich podmínkách je v zimním období primární produkce fytoplanktonu vesměs nízká a k hlavnímu rozvoji fytoplanktonu dochází nejčastěji koncem jarního a začátkem letního období.
Příčiny eutrofizace jsou buď přirozené (natural eutrophization) – spad vulkanického popela, lesní požáry v povodí jezera, rozklad odumřelých vodních organismů anebo umělé (cultural eutrophization) - odlesnění, eroze a vyluhování živin z hnojených zemědělských pozemků, přísun nitrátů, fosfátů a amoniaku z odpadů živočišné produkce, splachy a eroze v důsledku zemědělské výroby, těžby a stavebnictví, přísun odpadních vod a přísun neúplně čištěných odpadních vod, přísun detergentů a zplodiny spalování (Mason, 1988).

Obr. Proces eutrofizace

Zdroj: Eutrofizace a zdraví, 2002

Od doby, kdy se problematice eutrofizace povrchových vod začala věnovat zvýšená pozornost, byly vyvinuty praktické metody, které slouží k preventivnímu zabránění přínosu živin z odpadních vod a ze zemědělství, a v některých oblastech se využívají čím dál více a častěji. Během 90. let minulého století došlo ke snížení přísunu živin z bodových zdrojů, hlavně díky výstavbě nových a modernizaci stávajících čistíren, a také zastavením některých průmyslových provozů. Řada evropských států (Belgie, Itálie, Německo, Irsko, Rakousko, Švýcarsko, Norsko, Makedonie, Francie) reguluje i obsah fosforu v pracích prostředcích.
V Severní Americe a v severozápadní Evropě tyto metody ukazují první výsledky, spočívající ve snížení obsahu fosforu ve vodách; v několika nádržích došlo i ke skutečnému snížení výskytu vodního květu, způsobeného řasami a sinicemi.
Ve srovnání se zeměmi EU má ČR prodlení ve snaze tento problém řešit. Ještě v roce 1989 neměla značná část měst a obcí vyřešeno ani základní čištění odpadních vod. Po roce 1990 došlo ke snížení přísunu živin z bodových zdrojů. Bylo vybudováno nebo zásadně rekonstruováno několik stovek ČOV. Jakost povrchových vod příznivě ovlivnil i útlum průmyslové výroby (hlavně cukrovarnictví) a omezení použití umělých hnojiv v zemědělství. (Kožíšek and Pumann 2002). K omezení používání sloučenin fosforu v pracích prostředcích pro praní textilu byla přijata vyhláška č. 78/2006 Sb. Omezení spočívá v tom, že v uvedených výrobcích může být pouze určitá koncentrace fosforu, a sice nejvýše 0,5 % hmot. Počínaje 1. červencem 2006 se prací prostředky pro praní textilu s vyšší než uvedenou koncentrací fosforu nesmí uvádět na trh a od 1. října 2006 se nesmí uvádět do oběhu. Vyhláška č. 78/2006 Sb. obsahuje dvě výjimky, na které se omezení používání sloučenin fosforu nevztahuje. První jsou prací prostředky používané pro praní v průmyslu a institucích, které je prováděné školenými pracovníky. Důvodem pro tuto výjimku je skutečnost, že v současné době neexistuje náhrada fosfátových pracích prostředků v průmyslu. Druhou výjimku představuje vývoz a distribuce do jiných členských zemí Evropské unie. To znamená, že výroba pracích prostředků pro domácnost s vyšší koncentrací fosforu než 0,5 % hmot. v České republice je možná, avšak pouze v případě, že je výrobce prodává do zahraničí. Důvodem je skutečnost, že vyhláška č. 78/2006 Sb. omezuje používání fosfátů pouze na území České republiky, a pokud jiný stát umožňuje používání fosfátů ve větší míře, může i český výrobce do takového státu prací prostředky s vyšší koncentrací fosforu dodávat (MŽP ČR).Seznam prášků s nulovým nebo sníženým obsahem fosforu naleznete na stránkách www.sinice.cz/popularizacni/fosfaty-obsah.doc.
Mezi roky 1990 až 2002 se množství celkového P zmenšilo o 41 % a množství anorganického dusíku o 28 %. Přesto zejména koncentrace fosforu z komunálních vod je stále vysoká a problém eutrofizace zcela vyřešen nebyl. Běžné ČOV sloučeniny fosforu nezadržují a speciálními technologiemi pro tzv. dočišťování je vybaveno pouze málo čistírenských zařízení. A tak se stále setkáváme s masovým výskytem sinic na našich vodních nádržích, které často vedou k zákazům koupání a ke zhoršení kvality pitné vody.

Literatura:

Boström, B.,Jansonn, M.,  Forsberg, C.: Phophorus release from Lake Sediments. Arch. Hydrobiologia Beih. Ergebn. Limnol. 18, 1982, pp. 5-59.

Boström, B., Andersen, J.M.,J., Fleischer, S. and Jansson, M.: Exchange of Phosporus Across the Sediment-Wateer Interface. Hydrobiologia 170, 1988, pp.229-244.

Carpenter, S.R., N.F. Caraco, and V.H. Smith.: Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological Applications 8, 1998, pp.559-568.

Carmichael, W.W. and Falconer, I.R.. : Diseases related to freswater blue-green algal toxins, and control measurement. Chapt. 12 in Algal toxins in seafood and drinking water.  Acad. Press, 1993, pp. 187-209.

ILEC/Lake Biwa Research Institute [Eds]. 1988-1993 Survey of the State of the World's Lakes. Volumes I-IV. International Lake Environment Committee, Otsu and United Nations Environment Programme, Nairobi.

Hamilton, D.P. and Mitchell, S.F. (1988). Effects of Wind on Nitrogen, Phosporus and Chlorophyll in a Shallow New Zeland Lake. Verb. Int. Ver. Limnol..23, 1988, pp. 624-628.

Hejzlar, J. ,Nedoma, J. ,Kopáček, J.:Formy fosforu v procesu eutrofizace údolních nádrží. In: Aktuální otázky vodárenské biologie. - Praha, Pobočka ČVVS Ministerstva životního prostředí ČR 1994, pp 29-35.

Maršálek, B.:  Toxiny sinic – cyanotoxiny, rozdělení funkce a detekce – Sborník semináře. Aktuální otázky vodárenské biologie, Pobočka ČVVS Ministerstva životního prostředí ČR 199,  Praha, 1997, pp. 52-57.

Moss,B. (1999). From algal culture to ecosystem, from information to cultur. European Phycological Journal 34, 1999, pp. 193-204.

Pípalová, I :Limnologické změny způsobené Amurem bílým 2000

Pokorný, J., Květ, J. , Ondok, P. :Functioning of the plant component in densely stocked fispond. Bull.Ecol. 21, 1990, pp. 44-48.

Prairie, Z.T : Statistical models for the estimation of Net Phosphorus Sedimentation in Lakes. Aquat. Sci. 51, 1989, pp. 192-210.

Rodhe, W.: Crystallization of eutrophication concepts in North Europe. In: Eutrophication, Causes, Consequences, Correctives. National Academy of Sciences,.Washington D.C., Standard Book Number 309-01700-9, 1969, pp. 50-64.

Sivonen,K., Jones, G.: CYANOBACTERIAL TOXINS. In:Toxic Cyanobacteria in Water. London and New York, by E & FN Spon, 1999.

Tolgyessyy, J.: Chemistry and biology of water, air and soil, Environmental aspects, Elsevier, 1993.

Smith, V.H., Tilman, G.D.,  Nekola, J.C.: "Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems". Environmental Pollution 100, 1999, pp.179-196.

Vollenveider, R.A.:The nutrient Loading Concept as a Basis for the External Manipulation of the Process of Eutrophication of Lakes and Reservoirs. J.Water and Wastewater Res. 12, 1979, p. 46-56