Сложная динамика превращает воду в озере в зеленый и коричневый

Ученые и специалисты по водным ресурсам работают над прогнозированием условий, вызывающих изменение цвета и цветение водорослей, но это легче сказать, чем сделать.

Исследователи в основном предполагали, что экосистемные отношения, которые приводят к этим сдвигам, являются линейными, так что, например, добавление большего количества фосфора в озеро прямо и пропорционально приведет к большему росту водорослей.

Но новое глобальное исследование озер показывает, что эти отношения намного более сложные, взаимосвязанные и нелинейные.

«Наше исследование показывает, что мы не можем точно предсказать, как озера реагируют на добавленный углерод и питательные вещества, без учета нелинейной динамики и одновременного рассмотрения обоих факторов», — сказала Мередит Холджерсон, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни. и первый автор исследования «Интеграция экосистемного метаболизма и потребительского аллохтония выявляет нелинейные движущие силы в переработке органического вещества в озере», которое было опубликовано 6 августа в журнале Лимнология и океанография.

Озера и пруды все чаще подвергаются эвтрофикации — процессу, при котором добавление питательных веществ способствует росту растений и водорослей, которые делают озера зелеными, снижают уровень кислорода в воде и могут быть токсичными. Еще одно изменение в озере — «потемнение», когда увеличение содержания органического углерода делает озеро темнее и усиливает разложение. Изменение климата может усугубить эти условия, поскольку более частые и интенсивные штормы увеличивают сток питательных и органических веществ с наземного ландшафта.

В исследовании изучается, как поступление фосфора и углерода в озера взаимодействует и влияет на рост растений, дыхание и аллохтонию пищевых цепей — сколько биомассы организма происходит из наземных источников по сравнению с водными источниками.

В ходе исследования группа из восьми исследователей проанализировала научную литературу для составления наборов данных о метаболизме экосистем (валовая первичная продукция и дыхание в озере) и аллохтонии пищевых сетей (сколько наземных источников подпитывают пищевую сеть) из озер по всему миру. В то время как предыдущие исследования изучали метаболизм или аллохтонию независимо, это исследование является первым, в котором они сравниваются одновременно в большом количестве озер. Объединив эти два показателя, исследователи получили более четкое представление о том, как озера реагируют на изменения как в питательных веществах, так и в углероде.

«Мы обнаружили, что большинство наших взаимоотношений было нелинейным как для метаболизма, так и для аллохтонии», — сказал Холджерсон.

Например, валовая первичная продукция (общая скорость производства растительного материала) линейно увеличивается только при промежуточных уровнях общего фосфора. При низком и высоком уровнях добавление фосфора существенно не повлияло на валовое первичное производство.

В прошлом общепринятое мнение гласило, что более высокие внешние поступления углерода земной поверхности приведут к увеличению аллохтонии в пищевой сети. «Но вместо этого мы обнаружили, что самый высокий уровень аллохтонии требует промежуточных уровней углерода и фосфора», — сказал Хольджерсон. «Чтобы предсказать, как озера будут реагировать на изменения в содержании питательных веществ и углерода, нам необходимо понять формы этих отношений».

По ее словам, поскольку динамика озера не является линейной, исследование указывает на возможные пороговые значения для изменения.

«Без учета этих пороговых сдвигов и потенциальных взаимодействий между углеродом и питательными веществами мы бы неправильно предсказали реакцию озера на изменения», — сказала она.

В конечном итоге, по словам Хольджерсона, решения проблемы эвтрофикации и потемнения будут включать снижение нагрузки на озера питательными веществами и углеродом, что, хотя и простое в теории, сложно реализовать.