Toiteained ja orgaaniline aine siseveekogudes

Toiteained (ka taimetoiteained) on taimede kasvuks ja arenguks vajalikud keemilised elemendid, mida ei saa asendada teiste elementidega. Nad on keerukamad keemilised ühendid (nii anorgaanilised kui ka orgaanilised), mida organismid kasutavad energiaallikana või vajavad ainevahetuses. Eriti olulised on lämmastik, fosfor ja räni. Lämmastik on värvusetu ja lõhnatu gaas. Selle molekul on suhteliselt suure püsivusega. Põhiosa lämmastikust esineb lihtainena atmosfääris. Lämmastik on üks peamisest floora kasvu kontrollivatest toiteainetest. Lämmastiku eutrofeerumine tähendab, et toiteainete kontsentratsioon vees on liiga kõrge. Eutrofeerumine põhjustab vetikate kasvu, mis võib negatiivselt mõjutada ökosüsteemi (nt veeläbipaistvuse vähenemine, populatsioonide vähenemine, hapnikupuudus). Lämmastik on vajalik eelkõige lehtede ja varte kasvuks. Puudus ilmneb vanemate lehtede kollaseks muutumises. Liigne lämmastik muudab taime kasvu liiga lopsakaks, õitsemise nõrgaks ning saagi kehvaks. Sügisel antud lämmastik nõrgendab taimede talvekindlust. Fosfor on oluline organismide ainevahetuses, samas leidub seda hüdrosfääris vähe. Võrreldes teiste elusorganismidele vajalike toiteainete ja rakkude ülesehitamiseks vajalike komponentidega leidub sisevetes fosforit kõige vähem. Järvedes on enamasti just fosfor bioloogilise produktiivsuse limiteerija. Fosfor osaleb makroergiliste sidemete moodustamises (nt ATP). Biomolekulidest leidub fosforit nukleotiidides ja nukleiinhapetes, fosfolipiidides, süsivesikute fosfoderivaatides ja paljudes koensüümides. Sisevetes puuduvad fosforil toksilised vormid, kuigi lihtainena on ta äärmiselt mürgine. Tavatingimustes pole fosforil ka gaasilisi vorme. Räni on loodusliku vee püsikomponent, selle sisaldus pinnavees on suhteliselt väike. Räni kaitseb ja toetab elusorganisme. Kõige rohkem esineb seda vees lahusena (nt ränihape (H4SiO4) ja metaränihape (H2SiO3)). Räni mõjutab taimede kasvu, arengut ja saagikust. See võib põhjustada erinevate põllukultuuride biootilist ja abiootilist stressi (nt mineraalainete puudus, põud ja kõrge temperatuur). Räni leidub mullas enamasti suurtes kogustes: liivmuldades > 90% ja savises pinnases 40–70%. Vaatamata sellele püsib muldades suhteline ränivaegus, sest taimede jaoks omastatavat ränihapet on mullas vähe. Äärmiselt ebastabiilne monoränihape on taimedele raskesti omastatav, sest kui monoränihape on muutnud silikaatidest ränidioksiidist see polümeriseerub ega ole bioloogiliselt enam kättesaadav. Seejärel ühineb monoränihape alumiiniumi, raua, mangaani ja raskmetallidega, et moodustada vähelahustuvaid silikaate. Kõik see põhjustab bioloogiliselt kättesaadava ränihappe defitsiiti. Oleku järgi võib orgaanilise aine sisevetes jagada samuti kaheks: lahustunud orgaaniline aine (dissolved organic matter – DOM) ning lahustumata ehk partikulaarne orgaaniline aine (particulate organic matter – POM). DOMi ja POMi eraldamiseks kasutatakse mitmesuguseid meetodeid (setitamine, tsentrifuugimine, ﬁltreerimine). DOMi on vees tavaliselt kümme korda rohkem kui POMi ja seda omakorda viis korda rohkem kui planktonit. Kõige rohkem POMi on vooluvetes. Lahustunud orgaaniline aine (DOM) on erinevate molekulmassidega erinevate ühendite heterogeenne segu. See on järve süsinikuringe jaoks ülioluline. DOM-i omadused ja kontsentratsioon järvedes on tihedalt seotud inimtegevuse ja fütoplanktoni kasvuga. DOM on üks suurimaid süsinikuvarusid maailmas. See on looduslike vete biogeokeemilistes tsüklites ülioluline, moodustades üle 90% kogu orgaanilisest ainest. Orgaaniliste ainete hulka vees väljendatakse ümberarvutatult puhta süsiniku kohta või hapnikutarbena. Ainete täpse molekulaarstruktuuri määramiseks kasutatakse mitmesuguseid kromatograafilisi meetodeid. Kromatograafia on meetod, mida kasutatakse uuritavate ainete segu komponentide lahutamiseks paljukordse sorptsiooni ja desorptsiooni tingimustes. Biokeemiline hapnikutarve (BHT) väljendab hapniku hulka, mis kulub vees leiduvate organismide elutegevuseks. Primaarne BHT väljendab vette sattunud allohtoonsest orgaanilisest ainest tingitud hapnikutarvet. Sekundaarne BHT tähistab hapniku kulu autohtoonse (veekogus endas tekkinud) orgaanilise aine lagundamiseks. Keemiline hapnikutarve (KHT) väljendab vees olevate keemiliselt oksüdeeritavate ainete hulka. Sisevete humiinainete sisaldust on võimalik määrata spektrofotomeetria abil. Ott, Ingmar; Timm, Henn. Siseveekogud. Eesti Loodusfoto. Lk 143. ISBN 978-9949-9568-8-3. Jõgela, Joana; Kasuk, Heili; Metsik, Jörgen; Raudsepp, Terje; Enkvist, Erki; Lust, Karmen. "Keemia kursus gümnaasiumiõpilastele". sisu.ut.ee. "Fosfor ja lämmastik. Toitained". Water Chain. Vaadatud 02.05.2023. "Energy use reduction in wastewater treatment". kemira.com. 08.02.2022. Vaadatud 02.05.2023. Ott, Ingmar; Timm, Henn. Siseveekogud. Eesti Loodusfoto. Lk 148. ISBN 978-9949-9568-8-3. Ott, Ingmar; Timm, Henn (2020). Siseveekogud. Eesti Loodusfoto. Lk 152. ISBN 978-9949-9568-8-3. Olle, Margit (27. september 2014). "Räni parandab taimede saagikust". Postimees Online. Vaadatud 2. mai 2023. Ott, Ingmar; Timm, Henn. Siseveekogud. Eesti Loodusfoto. Lk 153. ISBN 978-9949-9568-8-3. Wen, Zhidan; Shang, Yingxin; Song, Kaishan; Liu, Ge; Hou, Junbin; Lyu, Lili; Tao, Hui; Li, Sijia; He, Chen; Shi, Quan; He, Ding (1. oktoober 2022). "Composition of dissolved organic matter (DOM) in lakes responds to the trophic state and phytoplankton community succession". Sciencedirect. Ott, Timm; Ingmar, Henn. Siseveekogud. Eesti loodusfoto. Lk 159–160. ISBN 978-9949-9568-8-3.