Биогенные вещества и другие ионы

Урбанизация, как правило, приводит к повышению концентрации фосфора на городских водосборах. Городской эффект чаще всего проявляется в увеличение как взвешенно, так и растворенной формы. В некоторых случаях увеличение содержания фосфора за счет городов может даже конкурировать с тем, что наблюдается на сельскохозяйственных водосборах. Попытка понять сельскохозяйственный вклад в динамику фосфора в водосборном бассейне Среднего Запада обнаружила, что урбанизация является доминирующим фактором. Несмотря на то, что урбанизированные территории составляют лишь 5% водосборной площади и вносят лишь небольшую долю в общий годовой объем растворенного фосфора, именно городское землепользование в течение всего года контролировало концентрацию растворенного фосфора.

Основные источники фосфора на городских водосборах это - сточные воды и удобрения. В Мэдисоне, штат Висконсин в результате внесения удобрений газоны стали основным источником поступления фосфора. Почвы играют важную роль в динамике фосфора, а удержание фосфора из септических полей грунтовыми водами влияет на концентрацию фосфора в реках. Однако фосфор, хранящийся в почве, может быть мобилизован эрозией почвы и способствовать эвтрофикации принимающего водного объекта. Этот эффект был назван «химической бомбой замедленного действия» и вызывает особую озабоченность, когда ранее сельскохозяйственные угодья были очищены для застройки.

Хотя концентрация фосфора в городских водотоках повышена, эффективный прирост не так велик, как в случае азота. Было показано, что городские центры увеличивают концентрацию азота в реках на сотни километров. Наблюдалось увеличение содержания аммония, а также нитрата. Степень увеличения зависит от технологии очистки сточных вод, степени незаконного сброса и протекания канализационных линий, а также от использования удобрений. Как и в случае с фосфором, концентрации азота в реках, с сельскохозяйственные водосборов, обычно намного выше, однако иногда отмечаются аналогичный или даже более высокий уровень азотной нагрузки в результате урбанизации. Характеристики почвы также влияют на степень удержания азота, что имеет важное значение, когда на территории расположено много септических систем.             

Содержание других ионов в пределах городов повышено, в особенности кальция, натрия, калия и магния. Концентрации хлорид-ионов в городских водотоках также повышены, особенно там, где хлорид натрия все еще используется в качестве основной противогололедной соли. Значительная часть из более чем 100 000 тонн хлорида натрия, ежегодно применяемого в Торонто для борьбы с гололедом, поступает в бассейны подземных вод с длительным водообменом и высвобождается медленно, повышая концентрацию хлорида в потоке в течение всего года. Совокупный эффект повышения концентраций ионов в водотоках — это повышенная проводимость, наблюдаемая в большинстве городских рек и ручьев. Эффект настолько распространен, что некоторые предлагают использовать концентрацию хлоридов или проводимость в качестве общих показателей воздействия города.

 Металлы

Другая общая черта городских водотоков - повышенная концентрация металлов в воде и отложениях. Наиболее часто встречающиеся металлы: свинец, цинк, хром, медь, марганец, никель и кадмий, хотя содержание свинца в некоторых городских речных системах снизилось с момента его исключения в качестве газовой добавки. Концентрация ртути иногда повышена в некоторых городских водотоках, и связанна с частицами метилртуть которые попадают туда в результате ливневых осадков. В дополнение к промышленным сбросам, есть много рассредоточенных источников этих металлов в городских водосборных бассейнах которые возникают в результате жизнедеятельности человек например, — это тормозные накладки, которые содержат никеля, хрома, свинц и медь; шины в которых содержится цинк, свинец, хром, медь и никель; сплавы, используемые для частей двигателя. Все эти металлы накапливаются на дорогах и автостоянках. Многие другие металлы были обнаружены в повышенных концентрациях в городских осадках, они включали мышьяк, железо, бор, кобальт, серебро, стронций, рубидий, сурьма, скандий, молибден, литий и олово. В результате основным источником поступления металлов в водоемы становится рассредоточенное.

Концентрация, захоронение и транспортировка металлов в городских водотоках связаны с содержанием твердых органических частиц и их характеристиками. Органическое вещество обладает высокой связывающей способностью по отношению к металлам, его высокое содержание во взвешенном состояние может способствовать повышению концентрации металлов (цинк, свинец, хром, медь, ртуть и кадмий) в донных отложениях в 50-7500 раз. Текстура осадков также имеет важное значение. Концентрация металлов в осадках обратно коррелирует с размером частиц в нескольких городских водотоках Нью-Джерси. Кроме того, показано влияние геоморфологических особенностей на скопления металлов. Более высокие концентрации металла в донных отложениях были обнаружены в областях с низкой скоростью (застойные зоны, бары и т. д.), где накапливаются мелкие осадки и органические частицы, в то время как районы с промежуточными скоростями способствуют накоплению металлических частиц крупного размера.

Некоторые организмы (включая водоросли, моллюсков, членистоногих и кольчатых) демонстрируют повышенные концентрации металлов в городских реках, а экологические реакции организмов на металлы включают снижение популяции и изменение ее структуры. Важно отметить, что путь проникновения, по-видимому, заключается как в непосредственном воздействии растворенных металлов, так и в поступлении металлов, связанном с мелкими отложениями и органическим веществом. Это привело к тому, что несколько исследователей предположили, что токсичность металлов наиболее сильно проявляется через донные отложения, а не через воду, хотя в Соединенных Штатах регулируются только концентрации растворенных металлов в толще воды.

Пестициды

Частота обнаружения пестицидов в городских водах и их концентрации высоки и часто превышают нормативные. Они включают в себя инсектициды, гербициды и фунгициды. Кроме того, вызывает озабоченность частое обнаружение запрещенных веществ, таких, как ДДТ и других хлорорганических пестицидов (хлордан и дильдрин), в городских водотоках. Наиболее удивительным является то, что многие концентрации хлорорганических пестицидов в городских осадках и биоте часто превышают концентрации, наблюдаемые в интенсивных сельскохозяйственных районах Соединенных Штатов, что также наблюдается во Франции. Кроме того, по оценкам, масса инсектицидов, вносимых на урбанизированных территориях, аналогична массе вносимой на сельскохозяйственных угодий в Соединенных Штатах.

На городских водосборах имеется много источников пестицидов. На долю городского использования приходится более 136 000 кг, что составляет треть использования пестицидов в США. Они часто применяются вокруг домов (70–97% домов в США используют пестициды) и коммерческих / промышленных зданий, интенсивно используются в управлении газонами и полями для гольфа. Местные нормы внесения в городских условиях часто превышают нормы применения в сельском хозяйстве на порядок. Например, норма применения пестицидов на полях для гольфа (включая гербициды, инсектициды и фунгициды) превышает 35 фунтов на акр в год, в то время как норматив для кукурузы или сои составляет менее 6 фунтов на акр в год. Однако, в отличие от сельскохозяйственного использования, нормы применения пестицидов в городах, как правило, недостаточно хорошо документированы.

Как и в случае металлов, основным источников поступления пестицидов в городские водотоки, по-видимому, является рассредоточенный сток, а не стоки очистных сооружений. Сильная корреляция между концентрацией взвешенных частиц и концентрацией пестицидов была обнаружена в бассейне реки Анакостия в Мэриленде и реке Сан-Хоакин в Калифорнии, что свидетельствует о том, что вклад диффузного поступления является наиболее важным. Улетучивание и образование аэрозолей способствовали повышению концентраций пестицидов, включая атразин, диазинон, хлорпирифос, р-ДДЭ (метаболит ДДТ) и других хлорорганических соединений, в осадках урбанизированных территорий и могут непосредственно способствовать повышению концентраций пестицидов в реках.