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

Новое исследование четырех исследователей из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства Лейбница (IGB) теперь показывает, что причины не всегда можно найти в увеличении поступления питательных веществ из водосборной площади или в процессах повторного растворения в глубоких областях водосбора. озере, но и на более мелких участках с глубиной воды около 20 метров. Статья опубликована в журнале Биология глобальных изменений.

Команда объединила долгосрочные данные по химическому составу воды, несколько лет измерений с помощью ловушек для отложений, анализы отложений и простые модели баланса массы, чтобы расшифровать механизмы внезапной эвтрофикации озера Стехлин. Результаты не только удивительны, они также могут быть применимы к аналогичным типам озер по всему миру.

Чрезмерное удобрение, также известное как эвтрофикация, является одной из наиболее острых экологических проблем озер во всем мире. Обычно это вызвано антропогенным попаданием питательных веществ, например, неадекватно очищенными сточными водами и удобрением сельскохозяйственных земель.

Последствия, такие как цветение водорослей, дефицит кислорода и гибель рыб, известны уже давно. Однако все больше и больше отдаленных озер, на которые почти не влияет деятельность человека, в настоящее время демонстрируют признаки внезапной эвтрофикации. До сих пор в качестве возможных причин обсуждались изменение климата, попадание в атмосферу или внутреннее загрязнение из глубин озер.

Для своего исследования команда IGB исследовала озеро Штехлин, глубокое озеро с чистой водой на северо-востоке Германии, в котором в последние годы наблюдалось резкое увеличение содержания питательных веществ. Всего за десять лет концентрация фосфора выросла в четыре раза, что сопровождалось цветением водорослей, кислородным голоданием в глубокой воде и другими симптомами эвтрофикации.

Мелководье: новый состав растений и измененные свойства осадков привели к увеличению содержания фосфора

Исследователи обнаружили, что на естественное удержание фосфора в озере влияют не только процессы, происходящие в отложениях более глубоких участков, но и мелководные участки озера также играют решающую роль. Под этим исследователи подразумевают зоны, в которых свет все еще проникает на дно, что в Штечлине включает в себя участки с глубиной воды около 20 метров и, таким образом, 46% поверхности озера.

В частности, изменения в обнаруженных здесь подводных растениях и снижение способности осадков связывать фосфор усиливают внутреннюю динамику фосфора. Так называемые смены режима до сих пор были описаны в основном для мелководных озер, но не для стратифицированных озер. Тем не менее, Штехлин с максимальной глубиной почти 70 метров является одним из самых глубоких озер на севере Германии.

Как описывают исследователи, площади, заселенные зимнезеленой костянкой, резко сократились, в результате чего появились открытые участки отложений, которые постепенно были заселены однолетними высшими водными растениями. Эти изменения в растительности означали, что фосфор, ранее связанный с растениями или отложениями, смог попасть в толщу воды. Причины такого изменения в подводном растительном сообществе до сих пор являются предметом научных исследований и дискуссий.

Помимо растений, важным фактором являются также изменения свойств отложений. Ученые обнаружили, что самые верхние слои отложений содержат меньше железа, что снижает способность связывать фосфор. Это могло быть вызвано в течение нескольких десятилетий прогрессирующим образованием сульфида железа в мелких и глубоких отложениях озера. Железо все чаще фиксируется в виде сульфида железа и больше не может связывать фосфор.

«Эти сложные взаимодействия между растительной жизнью и свойствами отложений могут объяснить, почему озеро Стечлин так быстро эвтрофицировалось в последние годы», — объясняет доктор Томас Гонсиорчик, один из двух ведущих авторов исследования. «В результате этих процессов даже глубокие озера на мелководье могут достичь состояния серьезной эвтрофикации».

Глубоководные процессы и внешние факторы играют в Штечлине подчиненную роль.

Анализ озера Стехлин также показал, что увеличение концентрации фосфора не может быть объяснено внешним поступлением питательных веществ. Анализ данных даже показывает, что нагрузка по фосфору на водосборную площадь снизилась с 1990 года.

Другие потенциальные источники, такие как меры по повторному затоплению или отдаленные последствия предыдущего загрязнения сточными водами из региона, который часто посещают туристы, также были классифицированы как маловероятные причины обогащения фосфором.

Разворот тенденции: концентрации фосфора падают с 2020 года

Концентрация фосфора в озере снова резко упала с 2020 года. «Концентрация фосфора в озере в 2024 году будет лишь вдвое ниже, чем в 2020 году», — говорит профессор Майкл Хупфер, также ведущий автор исследования.

Однако еще неизвестно, продолжится ли это развитие и приведет ли это изменение к изменению долгосрочной тенденции в колонизации подводных растений. Падение концентрации фосфора также пока не привело к решительному улучшению кислородного режима на глубокой воде.

Актуальность для защиты воды

Результаты настоящего исследования представляют интерес с точки зрения водоохраны, поскольку многие стратифицированные озера, несмотря на их глубину, имеют высокую долю мелководья в описанном выше смысле. Поэтому аналогичные процессы могут происходить и там. Изменение климата усугубляет явления эвтрофикации озер из-за более длительной летней стратификации, обильных дождей и более частых штормов.

«Поэтому, чтобы сохранить стратифицированные озера с чистой водой в долгосрочной перспективе, защитные меры должны также включать мелководные участки с большим количеством света в будущем», — говорит Хупфер. «Это могло бы помочь нам лучше понять динамику питательных веществ в озерах и разработать эффективные стратегии борьбы с ухудшением качества воды».