Eutrofikasie

Eutrofikasie of voedingstofverryking verwys na die stadige toename in die konsentrasie van fosfor, stikstof en ander plantvoedingstowwe. Dit kan natuurlik voorkom, maar dit gebeur ál meer en meer weens menslike aktiwiteite. Die toename in fosfor en stikstof lei tot groot biologiese aktiwiteit en hoë konsentrasies plankton. Eutrofikasie veroorsaak dat water groen en troebel raak en dat die volume van water verklein weens die ophoping van organiese materiaal. 

Eutrofiese mere sal natuurlikerwys 75 g – 250 g koolstof per vierkante meter per jaar produseer, terwyl mere wat eutrofikasie weens menslike aktiwiteite ondergaan 75 g – 750 g koolstof per vierkante meter per jaar kan produseer. In Suider-Afrika is daar baie damme wat eutrofies raak. 'n Voorbeeld is die Karibadam in Zimbabwe, waar 'n dik, groen varinglaag, bekend as die watervaring, dikwels die oppervlak bedek. Die suurstofkonsentrasie in die onderste water is só laag dat die visse begin vrek.

Dit is nie slegs varswatergebiede wat eutrofikasie ondergaan nie, maar ook kusgebiede kan deur dié proses getref word. Op 'n globale skaal is die inset van organiese materiaal deur riviere na die oseane vandag twee keer soveel as in prehistoriese tye, en die byvoeging van stikstof en fosfor lei ook tot eutrofikasie van marienestelsels.

Proses 
In sy eenvoudigste vorm geskied die eutrofikasieproses soos volg:

 In die boonste laag water vloei die konsentrasie voedingstowwe, wat in hierdie omgewing aanleiding gee tot die ontwikkeling van mikroplantegroei (hoofsaaklik fitoplankton en alge) en die soöplankton na hierdie laag lok om die fitoplankton te vreet. Hierdie toename in plantegroei maak die water minder deursigtig, sodat die sonlig nie tot op die bodem kan deurdring nie. Die plante op die bodem of onderste laag van die meer, dam of reservoir begin vrek, omrede hulle nie kan fotosinteer nie. Die verwelking en vrektes van die bodemplante lei weer tot die dood van ander organismes vir wie die bodemplante as habitat en voedselbron dien.

 Die temperatuur van die boonste waterlaag is afhanklik van die aktiwiteit van die toenemende plantbiomassa (veral alge). Saans geskied geen fotosintese nie, maar die respirasie duur onverpoos voort. In die somer en die vroeë oggendure van warm dae daal die suurstofgehalte in die boonste waterlae en die vrektes van die aërobiese organismes wat hierdie lae bewoon en suurstof benodig kan bespeur word. Die soöplankton vrek dus ook.

 Dooie organismes val op die bodem van die reservoir of watermassa en word ontbind deur aërobiese bakterie. Die dooie bodemplante kan egter nie meer volhoubaar suurstof verskaf om die ontbindingsproses aan die gang te hou nie. Suurstof word meer uit die water onttrek om die ontbinding van die dooie organismes te bewerkstellig. Daar vind nou ook 'n wanbalans plaas tussen die suurstofproduksie en -verbruik op die bodem. Weens die suurstoftekort begin die bodemdiere ook nou vrek.

 Noudat die diepste bodem suurstofvry is, begin die anaërobiese afbreking van dooie organismes wat sterk giftige verbindings soos waterstofsulfied, karbolsuur en metaan laat ontstaan. As gevolg van die eutrofikasieproses is die vernietiging van die grootste deel van die plante- en dierelewe van die watermassa afgehandel, en die hele ekostelsel is verander, sodat die watergehalte erg aangetas word en nie meer vir bad- of drinkwater geskik is nie.

Voordele van eutrofikasie 
 Volgens Fanie Brink (onafhanklike landbou-ekonoom en biobrandstofkenner) is alge die mees ekonomiese produk vir die opwekking van bio-elektrisiteit. Ondersoeke moet wel nog bepaal tot watter mate eutrofikasie benut kan word vir bio-energieverskaffing.
 Oortollige alge kan vir bemesting gebruik word.

Probleme veroorsaak deur eutrofikasie 

Eutrofikasie is die verryking van water met plantvoedingstowwe. Dit is 'n natuurlike proses wat deur verstedeliking en landbou- en nywerheidsgebruike versnel kan word; hierdie versnelling staan as 'kulturele eutrofikasie' bekend. Kunsmis, (rou en behandelde) riool en veemis uit kampies en krale, maar ook ontbossing, kan ook lei tot die opbou, deursypeling, verspoeling en/of uitloging van grondnitrate en -fosfate na stroompies, riviere en die grondwater, totdat 'n groot watermassa in 'n laagliggende deel bereik word. So verhoog die konsentrasie grondnitrate en -fosfate in byvoorbeeld 'n dam. Die storting of uitloging van uitvloeisel wat ryk aan oplosbare voedingstowwe soos fosfate en stikstof is, bevorder die oormatige groei van alge en ander waterplante. Dit gee aanleiding tot 'n toenemende verswakking in watergehalte en verminder die water se geskiktheid vir alle gebruike behalwe vir besproeiing (hoewel die eutrofikasiesiklus slegs voortgesit en vererger word). Dit belemmer ontspanningsbenutting en beïnvloed die behandeling en vervoer van water.

Die oormatige toename in alge, waterplante of albei in die opgegaarde water gee aanleiding tot die volgende probleme:

 Watersuiweringskoste styg as gevolg van die blokkasie van filtreerders, die verhoogde chemiese dosering vir koagulasie (stolling) en die meer gesofistikeerde behandelingsprosesse wat nodig is om smake, reuke en ander newe-effekte wat deur alge in die water veroorsaak word, te verwyder.

 Hoër peile van bedryfs- en beheerkundigheid word vereis om veilige drinkbare water te lewer.

 Gifstowwe wat deur sekere soorte alge soos mikrosistis ('n genus van bloualge) voortgebring word, kan veeverliese en visvrektes tot gevolg hê. Hierdie toksiene kan moontlik ook dodelik vir die mens wees. 'n Bloei van giftige alge kan vrektes onder vee en vis veroorsaak. Gevalle is by die mens opgeteken van maag- en dermontsteking wat veroorsaak is deur 'n giftige stof wat deur mikrosistis voortgebring word. Bloualge kan by die mens ook die volgende siektes veroorsaak: hooikoors, veluitslag, oog-irritasies, braking, gastro-enteritis, diarree, koors en spier- en gewrigpyne. Daar bestaan ook bewyse van gesondheidsrisiko's wat voortspruit uit die toename van die bevolkingsdigtheid van die mollusk (slaksoorte) of dipteran (vliegsoorte)-vektore van malaria, filariase, lewerslakbesmetting en skistosomiase (bilharzia/slakkoors/rooiwater). Buitesellulêre samestellings wat deur alge in die water vrygestel word, is verdagte voorlopers van kankerwekkende trihalometane.

 Omvattende suurstofonttrekking van die dieper lae van stilstaande waterliggame soos damme en mere (deur onder meer die ontbinding of verrotting van dooie waterplante, wat suurstof verbruik) kan versteurings in die biologiese aktiwiteit en waterchemie veroorsaak en die vermoë om gewenste visspesies te onderhou, beïnvloed. Sedimente van ontbindende alge en waterplante kan aanleiding gee tot veranderinge in die verskeidenheid visspesies en die oorheersing van ongewenste bodemvreters.

 Alge aan kanaalvoerings veroorsaak verlies van waterkapasiteit, wat met die besproeiing van gewasse kan inmeng. Beperkings op watervoorsiening is ondervind vanweë die oormatige ontwikkeling (in die 1980’s en vroeër) van alge in verspreidingskanale op Staatswaterskemas soos Hartebeespoort, Kalkfontein, Vaalharts, Albasini, Loskop en Rooikraal. Die algbestryding in die kanale onderkant die Hartebeespoortdam gedurende 1981 het ongeveer R55 000 bedra. Inkomste is ook verloor omdat die hoeveelheid water wat voorsien kon word, ingekort moes word.

 Die natuurskoongehalte van die wateroppervlakte word verminder. Estetiese probleme word hoofsaaklik deur die vrektes van alge veroorsaak, wat onaangename reuke afgee. Probleme van hierdie aard word geredelik deur die publiek opgemerk, wat sterk druk vir die nodige optrede kan uitoefen.

 Die ontspanningsgebruik van wateroppervlakke vir sportsoorte soos bootry, hengel en waterski word nadelig beïnvloed.

 Die waarde van oewereiendomme daal vanweë die negatiewe estetiese eienskappe van algbelaaide watermassas. Die gevolge van eutrofikasie kan die waarde van omliggende grond beïnvloed aangesien die lewensvatbaarheid van oewerontwikkeling wat in die begin belowend gelyk het, bedreig kan word.

 Kankerwekkende trihalometane kan gevorm word wanneer water uit geëutrofiseerde bronne gedurende watersuiwering gechloreer word.

 Die alge verstop boerderye se siwwe, inlaatkleppe en spruitpype van waterpompe. Dit verhoog ook die produksiekoste, omdat die boer meer gereeld instandhouding van die besproeiingsinfrastruktuur moet doen.

Verhoogde soutkonsentrasies in die water veroorsaak die neerslag van sediment en verminder troebelheid. Onder sekere omstandighede word die groei van alge en ander waterplante deur die gevolglike dieper ligindringing bevorder.

Voorgestelde oplossings 
'n Eutrofikasiebestuurstrategie het ernstige ekonomiese implikasies. Die verwydering van fosfate uit afvalwater sal 'n groot kapitaalbesteding vereis om afvalwaterbehandelingsaanlegte te bou of te verbeter en dit sal ook die indiensneming van beter, gekwalifiseerde operateurs meebring. Besluitnemers op die gebied van waterhulpbronbeplanning en -bestuur sal gevolglik realistiese voorspellings van die gevolge van alternatiewe keuses vereis.

Die verkieslikste wyse om eutrofikasie te verminder is om voedingstofladings by die oorsprong daarvan te beheer. Die meeste ontwikkelingswerk en toepassings in die praktyk is op hierdie benadering gegrond. Ongelukkig is beheer by die oorsprong nie altyd doenlik nie. Ander benaderings word gevolglik bestudeer en in beperkte mate geïmplementeer.
Die volgende is 'n oorsig van die algemeenste maatreëls wat toegepas word (na Vollenweider, R.A. 1981. 'Eutrophication – a global problem'):

 Voorkomingsmaatreëls buite reservoirs:
 Behandeling van afvalwater, bv. deur die verwydering van fosfate en stikstof.
 Volledige wegkering van afvalwater, bv. deur kringkanalisering.
 Voedingstofverwydering deur voorafopdamming
 Besinking van fosfate in strome en riviere stroom-op van damme.
 Opvanggebiedbeskerming, bv. deur herbebossing en deur beperkinge op die gebruik van kunsmis en op die daarstelling van potensiële voedingstofbronne in rivieropvanggebiede.
 Die vervanging van fosfate in wasmiddels vir wasgoed deur bestanddele wat minder skadelik vir die omgewing is.
 Herstelmaatreëls binne reservoirs:
 Fisiese manipulasie, bv. deur destratifikasie, hipolimnetiese belugting, onttrekking van hipolimnetiese water en wysiging van uitspoelingsregimes.
 Chemiese manipulasie, bv. deur voedingstofbesinking binne die watermassa en deur die sediment onaktief te maak en te verwyder.
 Biologiese manipulasie, bv. deur meganiese versameling van die biomassa (makrofiete, alge en vis), aanwending van giftige stowwe (onkruiddoders, algdoders en plaagdoders) en regstreekse manipulasie van die voedselketting.
 Verbeteringsmaatreëls by of na die punt van onttrekking uit reservoirs:
 Fisiese verwydering van alge en makrofiete, bv. deur mikrofiltrering en flottering.
 Voorafchlorering om alge dood te maak, gevolg deur die fisiese verwydering van dooie alge deur sedimentering, flottering en filtrering.
 Oksidasie om (waterstofsulfied) H2S, (yster) Fe2+ en (mangaan) Mn2+-ione te verwyder.
 Geaktiveerdekoolstofbehandeling om opgeloste organiese verbindings en voorlopers van trihalometane te verwyder.
 Die gebruik van osoon as 'n ontsmettingsmiddel in plaas van chloor om die kanse van trihalometaanvorming in waterbehandeling te verminder.

Die resultate wat deur hierdie maatreëls behaal is het gewissel tussen uiterste sukses en volslae mislukking. Volgens die suksesse is omkering van die eutrofikasieproses wel moontlik. Die minder suksesvolle gevalle dui egter daarop dat voldoende kennis oor eutrofikasiebeheer nog nie beskikbaar is nie. Kritiese ontleding is nodig om die redes vir die mislukkings te bepaal.

Omdat die aantal stedelike gebiede in die Derde Wêreld vinnig vermeerder, moet besondere aandag gegee word aan die ontwikkeling van laevlaktegnologie vir fosfaatverwydering, wat gelyk staan met die peil van kundigheid wat vir die bedryf van waterversorgingswerke in hierdie gebiede beskikbaar is.

Gevallestudie: Hartebeespoortdam 

Teen Januarie 2013 (in die somertyd) was die Hartbeespoortdam die skoonste in dekades nadat meer as 2 400 ton rommel met die hand verwyder is en 190 ton ongewenste vis gevang en aan die plaaslike inwoners te koop aangebied is. Die hele projek het 70 heeltydse werksgeleenthede geskep. Uit 'n retrospeksie het die hiasintprobleem reeds voor die 1980's begin, as gevolg van rommel en rioolafval wat ná swaar reën in die dam se opvangsgebied daarheen gevloei het. Die gifstowwe wat gebruik is as kitsoplossing om die hiasinte dood te maak, het veroorsaak dat die verrottende plantmateriaal die vis- en dierelewe benadeel het (onder andere dié wat die alge gevreet het), maar het terselfdertyd ook 'n stank vrygestel. Nou is kompos van die hiasinte en alge gemaak – waarmee geskikte plante op die damwal gevestig is. Die hoofoorsaak, die fosfaatprobleem, talm wel nog. 'n 'Suksesverhaal' is die Hartbeespoortdam dus nie: dit is slegs 'n herhaling van die geskiedenis.

Volgens die Departement van Waterwese se Bestuur van die waterhulpbronne van die Republiek van Suid-Afrika (1986) is die waterhiasinte in 1977/78 in die Hartbeespoortdam goedkoper, teen 'n koste van slegs R220 000, chemies bestry: "Vroeër is waterhiasinte etlike jare lank met die hand verwyder of stukkend gekap deur spesiale skuite te gebruik, teen 'n totale beraamde koste van tussen R600 000 en R1 miljoen."

Op 12 Januarie 1999 is die uitslag van toetse deur die Departement Waterwese van die Hartbeespoortdam bekend gemaak. Die water was in 'n haglike toestand, die waterhiasinte gevaarlik baie, en die inwoners/vakansiegangers is gewaarsku om nie water uit die dam te drink nie. Van die menings van die inwoners was dat, indien die waterhiasinte in die dam totaal uitgeroei sou word, dit die dam sou doodmaak, aangesien die visse nie in besoedelde water sal kan oorleef nie. Solank die waterhiasinte nie die 5%-perk oorskry nie, sal dit die water van skadelike afvalstowwe suiwer.

By die Hartbeespoortdam het daar ondertussen deur eutrofikasie teen 2004 'n bevolkingsontploffing van karp en tot 'n mindere mate babers ontstaan, sodat byna al die algevretende insekte opgevreet is. Daar is nie meer krokodille in die dam wat hierdie visbevolking kan laat daal nie. Dit het die reeds bestaande bloualge verder laat aankweek op die oortollige fosfaat in die dam. Oplaas is 'n projek geloods om die oorbevolking vis uit die dam te haal (200 ton was beoog). "Harties" se vullis en alge het ondertussen ook in Roodekoppies ingespoel (2004). Die skoonmaakproses het eers in laat-2007 begin.  R22,5 miljoen is deur die Departement Waterwese en Bosbou goedgekeur sodat waterstudies gedoen kon word. Teen 2008 was slegs 3 ton vis uitgehaal weens sabotasie deur die publiek wat die visnette beskadig het (deur middel van bote wat die nette "ernstig beskadig" het). Verder sou die sediment uitgepomp moes word. Valhekke in die dam is gebruik om die alge te keer. Die giftige alge moes ook uitgepomp word. Die hoofoorsaak is egter die hoë konsentrasies stikstof en fosfaat in die water wat veroorsaak word deur die invloei (deur die Krokodilrivier) van kunsmis, waspoeier en ander skoonmaakmiddels, asook rioolafval. Drywende planteilande is ook gevestig om die toename in vriendelike waterorganismes aan te moedig. Daagliks is 500 tot 800 kg ongewenste vissoorte ook gevang om “vriendelike” vissoorte soos kurper, wat alge vreet, se getalle te vermeerder. Daar is bereken dat 50% van die water wat die Hartbeespoortdam invloei, gesuiwerde riool is, en tussen 200 tot 350 ton fosfaat jaarliks van rioolwerke die dam inspoel. Tempelhoff bly egter sinies oor die manier hoe die projek aangepak is: slegs die gevolge van eutrofikasie is behandel, maar die oorsake self is nie teengewerk nie: die besoedeling lê by die opvangsgebiede, by die sytakke van die Krokodilrivier en die ander riviere hoër op wat uiteindelik na die Hartbeespoortdam lei.

Sien ook 
 Detritus, dooie organiese materiaal.

Bronne 
  Departement van Waterwese. 1986. Bestuur van die waterhulpbronne van die Republiek van Suid-Afrika Pretoria: Staatsdrukker.
  Toerien, D.F. 1986. Besoedeling van waterbronne. S.A. Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie 5(1):22-27
  Goudie, A. & Viles, H. 1997. 'Eutrophication'. In: The earth transformed: an introduction to human impact on the environment. Oxford: Blackwood Publishing, p. 146, 150-3, 221.

Verwysings 

Ekologie