Эвтрофикация – это изменение физических, химических и биологических свойств озера при долговременном поступлении питательных веществ с прилегающих территорий за счет процессов естественной эрозии и стока. Эвтрофикация может быть следствием естественного старения водоема, внесения удобрений или загрязнения сточными водами.

По уровню эвтрофикации водоемы делятся на олиготрофные (слабо эвтрофицированные), мезотрофные (средне эвтрофицированные) и эвтрофные (сильно эвтрофицированные). Иногда также в отдельную категорию выделяют гиперэвтрофные (сверх эвтрофицированные) водоемы - такие, где эвтрофикация вызывает массовое отмирание биоты и резкое изменение параметров экосистемы.

Для эвтрофных водоемов характерны богатые и разнообразные литоральная и сублиторальная растительность, обилие планктона. Разбалансированная эвтрофикация может приводить к взрывному развитию одноклеточных водорослей («цветение воды»), дефициту кислорода и, как следствие, гибели высшей растительности, рыб и других животных.

Механизм воздействия гиперэвтрофикации на экосистемы водоемов является следующим:

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне и увеличение численности зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Как следствие прозрачность воды резко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, что приводит к гибели донных растений от недостатка света. После гибели донных растений происходит гибель организмов, чей жизненный цикл был с ними связан.

2. Водоросли и бактерии, сильно размножившиеся в верхних горизонтах водоема, имеют гораздо большую суммарную поверхность тела и биомассу, чем нормальный растительный комплекс при постоянном уровне эвтрофикации водоема. При этом в ночные часы фотосинтез в этих растениях не проходит, а процесс дыхания продолжается, что требует затрат кислорода. В результате в предрассветные часы, особенно в теплые дни, кислород в верхних горизонтах воды оказывается почти исчерпанным, и наблюдается гибель организмов, обитающих в приповерхностных водах, от недостатка кислорода (так называемый «летний замор»).

3. Большое количество отмерших организмов из верхних слоев водоема опускаются на дно, где проходит их разложение. Но, как указано в п. 1, донная растительность гибнет на ранних стадиях эвтрофикации, и производство кислорода здесь почти не происходит. Если же учесть, что биопродуктивность благодаря эвтрофикации увеличивается (см. п. 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно уходит, и все это приводит к гибели бентосных организмов, даже не связанных с придонной растительностью. Аналогичное явление, наблюдаемое во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, известное как «зимние заморы».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, проходит ферментация разложение отмерших организмов с образованием таких сильных ядов как фенолы и сероводород, вызывающие отравление организмов во всех эшелонах водоема, что вызывает еще более массированное отмирание, как следствие - дополнительное увеличение потребления кислорода при разложении органики, и т. д.

Как следствие массированной и несбалансированной эвтрофикации большая часть флоры и фауны водоема может быть уничтожена, а экосистема водоема - резко и катастрофически изменена.

Надо заметить, что жизнь на Земле с момента ее появления сопровождалась проявлениями эвтрофикации, то есть это явление не характерно исключительно для современной геологической эпохи. Именно грандиозным по масштабам эвтрофикационным явлениям мы обязаны наличием залежей угля, нефти, природного газа и других полезных ископаемых биогенного происхождения (вплоть до некоторых видов железных руд).

К биогенных элементам, которые и вызывают эвтрофикацию, относятся прежде всего азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Наибольшее значение имеют фосфор и азот, которые являются обязательными элементами тканей любого живого организма.

Концентрация биогенных элементов и их режим зависят от интенсивности биологических и биохимических процессов в водоеме и от количества биогенов, попадающих в водоем со сточными водами и поверхностным стоком на площади водосбора. Концентрации азота и фосфора характеризуют трофность водоема. Режим биогенных элементов рассматривают как исходный показатель потенциальной эвтрофикации.

Считается, что чрезмерная эвтрофикация водоемов начинается при содержании в воде азота в концентрации 0,2-0,3 мг/л, фосфора – 0,01-0,02 мг/л.

При переходе от олиготрофных водоемов к мезотрофным и эвтрофным существенно растет доля аммонийного азота в его общей численности.