Азот недооценивали в экосистемах озёр
Экологический дисбаланс в озёрах обычно связывают с увеличением поступления питательных веществ, что приводит к росту фитопланктона, дефициту кислорода, токсичному цветению цианобактерий и гибели рыбы. До сих пор меры по управлению озёрами были в основном сосредоточены на контроле поступления фосфора.
Этот догмат поставлен под сомнение исследованием, проведённым Центром экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ) совместно с Университетом Орхуса (Дания) и Эстонским университетом естественных наук, опубликованным в Nature Communications. Учёные показывают, что азот также является критическим драйвером роста фитопланктона в озёрах по всему миру.
Поступление фосфора и азота из сельскохозяйственных источников и очистных сооружений может сильно влиять на рост фитопланктона в реках и озёрах.
"Однако ранее считалось, что рост фитопланктона в озёрах в основном лимитируется и определяется доступностью фосфора", — говорит ведущий автор доктор Даниэль Гребер (UFZ). Лежащая в основе теория: если в озере доступно мало фосфора, рост фитопланктона ограничен. И наоборот, большое количество фосфора сильно стимулирует этот рост.
"В этой объяснительной модели азот не играет роли", — говорит Гребер. "Это основано на том, что определённые цианобактерии в воде могут связывать азот, содержащийся в воздухе, и вводить его в озеро. Это исключало бы долгосрочный дефицит азота в озёрах".
Избыточное поступление азота также не могло бы стимулировать рост фитопланктона и, следовательно, не могло бы вызывать эвтрофикацию. "Эта модель лежит в основе управления озёрами во всём мире, где акцент делался на контроле поступления фосфора для противодействия эвтрофикации", — объясняет доктор Томас А. Дэвидсон, лимнолог из Университета Орхуса и последний автор исследования.
"Сокращение поступления фосфора неоднократно не предотвращало эвтрофикацию. Это породило вопрос, есть ли в уравнении для воды ещё одна неизвестная". В своём исследовании команда чётко определила азот в качестве такого фактора, указывая новые направления для лимнологии и управления озёрами.
Около 89% озёр мира — это так называемые мелководные озёра со средней глубиной до 6 метров. Исследователи провели статистический анализ с долгосрочными данными мониторинга 159 мелководных озёр в Северной Америке, Европе и Новой Зеландии.
Для каждого озера они определяли взаимосвязь между соотношением общего азота к общему фосфору и концентрацией хлорофилла-a (как меры биомассы фитопланктона) за периоды по 5 лет.
"Мы хотели определить долгосрочные взаимосвязи между соотношением двух питательных веществ и ростом фитопланктона", — объясняет Даниэль Гребер. "Идея исследования возникла из нескольких выбросов в предыдущем исследовании экологии мелководных озёр. В некоторых озёрах мы не видели линейной зависимости между измеренным содержанием питательных веществ и соответствующей повышенной или пониженной концентрацией хлорофилла-a", — говорит лимнолог.
"Мы спросили себя: может ли это быть связано с соотношением питательных веществ фосфора и азота? Уже были некоторые исследования, намекающие, что азот потенциально может играть более важную роль в росте фитопланктона в озёрах, чем предполагалось ранее".
Статистические анализы в их текущем исследовании поддерживают теорию этих исследований и явно противоречат традиционному лимнологическому консенсусу: 60% исследованных водоёмов демонстрируют очень высокую вероятность двойного лимитирования питательными веществами. Это означает, что оба питательных вещества — фосфор и азот — оказывают ограничивающее влияние на рост фитопланктона в большинстве озёр.
"Взаимосвязи были настолько ясными, что я поначалу не мог в это поверить. Они точно соответствовали тому, что было известно из лабораторных экспериментов — это было поистине поразительно", — говорит Гребер.
"Результат выдержал тщательную проверку статистики: данные были надёжными. Наши результаты подтверждают гипотезу, что азот не является пассивным участником экологии озёр. И мы впервые смогли доказать на обширной базе данных, что это явно применимо к озёрам по всему миру". Исследовательская группа теперь стимулирует дальнейшие исследования, как в полевых условиях, так и с помощью моделирования, чтобы проверить результаты своего анализа данных.
Своим исследованием учёные образно "ввели азот в уравнение" экологии озёр. Они рекомендуют, чтобы на практике азоту теперь уделялось больше внимания в управлении озёрами. "Нам необходимо долгосрочное исследование соотношений питательных веществ, чтобы обеспечить успех эффективного управления эвтрофикацией", — говорит Гребер. "Это требует большего внимания к поступлению веществ из сельского хозяйства, которые, как правило, имеют высокое содержание азота".