Анализ глубокого озера с чистой водой показывает: мелководные зоны критически важны для баланса питательных веществ

Даже глубокие озера с чистой водой, считающиеся особенно ценными экосистемами, могут демонстрировать признаки эвтрофикации и роста водорослей — часто без видимой причины.

Новое исследование четырёх учёных из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB) показывает, что причины не всегда следует искать в увеличении поступления питательных веществ с водосбора или в процессах повторного растворения в глубоких зонах озера, но также и в мелководных областях до глубины около 20 метров. Статья опубликована в журнале Global Change Biology.

Команда объединила долгосрочные данные по химии воды, многолетние измерения с помощью седиментационных ловушек, анализы донных отложений и простые модели баланса массы, чтобы расшифровать механизмы внезапной эвтрофикации озера Штехлин. Результаты не только удивительны, но и могут быть применимы к аналогичным типам озёр по всему миру.

Мелководные зоны: новый состав растений и изменённые свойства осадков привели к увеличению фосфора

Исследователи обнаружили, что на естественное удержание фосфора в озере влияют не только процессы в осадках глубоких областей, но и мелководные зоны озера. Под этим учёные подразумевают зоны, куда свет ещё проникает до дна, что в случае Штехлина включает области до глубины около 20 метров и, таким образом, 46% площади озера.

В частности, изменения в произрастающих там подводных растениях и сниженная способность осадков связывать фосфор усиливают внутреннюю динамику фосфора. До сих пор так называемые смены режима в основном описывались для мелководных озёр, но не для стратифицированных. Однако с максимальной глубиной почти 70 метров Штехлин является одним из самых глубоких озёр северной Германии.

Как описывают исследователи, площади, заселённые зимнезелёной харовой водорослью, резко сократились, что привело к обнажению участков донных отложений, которые постепенно заселились однолетними высшими водными растениями. Эти изменения в растительности означали, что фосфор, ранее связанный в растениях или осадках, смог попасть в толщу воды.

Помимо растений, изменения свойств донных отложений также являются важным фактором. Учёные обнаружили, что в верхних слоях осадка содержится меньше железа, что снижает способность связывать фосфор. Это могло быть вызвано в течение нескольких десятилетий прогрессирующим образованием сульфида железа в мелководных и глубоких осадках озера. Железо всё больше фиксируется в виде сульфида железа и становится недоступным для связывания фосфора.

«Эти сложные взаимодействия между растительностью и свойствами осадков могут объяснить, почему озеро Штехлин так быстро эвтрофицировалось в последние годы», — поясняет доктор Томас Гонсиорчик, один из двух ведущих авторов исследования. «Даже глубокие озера могут достичь состояния сильной эвтрофикации в своих мелководных областях в результате этих процессов».

Процессы в глубокой воде и внешние поступления играют второстепенную роль в Штехлине

Анализ озера Штехлин также показал, что увеличение концентраций фосфора нельзя объяснить внешними поступлениями питательных веществ. Анализ данных даже предполагает, что фосфорная нагрузка с водосбора снизилась с 1990 года.

Тренд на разворот: концентрации фосфора снижаются с 2020 года

Концентрация фосфора в озере резко снизилась с 2020 года. «Концентрация фосфора в озере в 2024 году лишь вдвое меньше, чем в 2020», — говорит профессор Михаэль Хупфер, также ведущий автор исследования.

Однако остаётся открытым вопрос, продолжится ли эта тенденция и приведёт ли это изменение к долгосрочному развороту тренда в заселении подводными растениями. Снижающиеся концентрации фосфора также ещё не привели к решающему улучшению кислородных условий в глубокой воде.

Значение для охраны вод

Результаты исследования важны для охраны вод, поскольку многие стратифицированные озёра, несмотря на глубину, имеют высокую долю мелководья в описанном смысле. Следовательно, там могут происходить схожие процессы. Изменение климата усугубляет явления эвтрофикации в озёрах из-за более длительной летней стратификации, сильных осадков и более частых штормов.

«Для долгосрочного сохранения стратифицированных озёр с чистой водой меры защиты в будущем также должны включать мелководные, хорошо освещённые области», — говорит Хупфер.