Воды Берлина несут бактериальные следы населения города — с последствиями для экологического состояния

Исследовательская группа из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB) изучила взаимосвязь между гидрологией и микробными сообществами в малых водоёмах Берлина. Было обнаружено множество микроорганизмов, указывающих на сильное антропогенное влияние.

Причина: малые водотоки, такие как Панке или Эрпе, в основном несут очищенные сточные воды — на их долю летом приходится до 100% общего объёма стока. Микроорганизмы в водоёме влияют на его экологическое состояние, качество воды и биоразнообразие. Поэтому при восстановительных мерах следует больше учитывать происхождение воды и состав микробиома. Здоровый речной микробиом включает бактерии, археи и микроводоросли.

«Подобно нашему кишечнику, пресноводным экосистемам нужен функционирующий микробиом. Бактерии и другие микроорганизмы формируют основу пищевых цепей и метаболических процессов, а также способность водоёмов к самоочищению», — заявила Мария Магдалена Вартер, исследователь IGB и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Hydrology and Earth System Sciences.

В течение года её команда анализировала водные потоки, происхождение воды, химические параметры и микробное сообщество в нескольких точках отбора проб в реках Вуле, Эрпе и Панке, а также в нескольких прудах Берлина. Используя стабильные изотопы для определения происхождения воды и генетические методы (eDNA) для обнаружения микроорганизмов, команда выявила чёткую связь между происхождением воды и составом бактериальных сообществ.

В то время как в Вуле и городских прудах исследователи обнаружили типичные пресноводные бактерии, диатомовые или зелёные водоросли, в пробах воды из Эрпе и Панке не хватало типичного водного микробиома. «Мы нашли много бактерий, которые указывают на большее влияние антропогенных источников воды и которых может не быть в более естественных системах», — сказал профессор Майкл Монахан, проанализировавший микробиологические образцы. Согласно исследованию, это связано с высокой долей очищенных сточных вод, сбрасываемых в эти реки.

Водный баланс засушливого Берлина сильно зависит от очищенных сточных вод

В Берлине выпадает всего около 580 мм осадков в год. Более половины из них теряется для ландшафтного водного баланса из-за эвапотранспирации с почвы и растений. Следовательно, значительная часть воды во многих водотоках — это очищенные сточные воды. В зависимости от сезона, от 80% до 100% воды в реках Эрпе и Панке состоит из очищенных стоков.

Анализы также выявили сезонные различия: разнообразие микробиома летом было ниже, чем зимой. Это связано с тем, что в засушливые периоды подземные воды и осадки играют меньшую роль в водном балансе, чем очищенные стоки.

Помимо происхождения воды, на состав микробиома значительное влияние оказывала температура. Другими факторами были доли растворённого углерода и кислорода.

Неблагоприятный микробиом может снизить успех мер по ренатурации

Для улучшения качества воды и мест обитания животных и растений за последние 10 лет оба водотока подверглись масштабной реставрации. Для этого были удалены поперечные сооружения и созданы зоны стоячей воды. Кроме того, русло реки частично восстановили до его первоначального естественного состояния.

«Пока такие реки, как Эрпе и Панке, получают много воды из городских источников, их хорошему экологическому статусу и успеху восстановления по-прежнему угрожают высокие нагрузки питательных веществ, а также загрязняющих веществ и следовых веществ. То же самое относится и к разнообразию бактерий», — сказала Вартер.

«Чисто структурные изменения водотока, такие как удаление укрепления берегов, действительно влияют на эстетику и создают близкие к естественным структуры русла. Однако, если водоём состоит почти на 100% из очищенных сточных вод, экологический потенциал остаётся потенциально ограниченным».

Это также показало исследование других групп организмов: в обоих водотоках исследовательская группа обнаружила низкое разнообразие фитопланктона и водных растений, включая в основном виды, устойчивые к высоким нагрузкам питательных веществ.

Городские водоёмы обладают огромным потенциалом как природные решения для поддержки климатической устойчивости, формирования грунтовых вод и накопления воды

Особенно в условиях урбанизации и учащения климатических экстремумов городские водоёмы имеют для нас огромное значение. Как природные решения, они могут увеличить удержание воды, улучшить пополнение грунтовых вод, смягчить эффект городского теплового острова и поддержать зелёные зоны, а также принести значительную пользу для отдыха и здоровья жителей.

Однако для того, чтобы можно было устойчиво использовать и наслаждаться городскими водами, требуются адаптируемые концепции управления и восстановления. В будущих восстановительных мероприятиях следует учитывать микробные процессы, чтобы создавать сбалансированные экосистемы и улучшать экологический статус деградировавших экосистем.

Важным новым аспектом этого исследования стало сочетание тщательного мониторинга с использованием eDNA, гидрохимии и стабильных изотопов воды, проведённого в течение полного года и нескольких сезонов в сложной городской среде. Полученный набор данных уникален по своей экологической и гидрологической широте — существует мало сопоставимых наборов данных, особенно для городских систем.

С помощью этого интегративного подхода можно было изучить взаимодействие между гидрологией и структурами микробных сообществ и связать их с эффектами климата и урбанизации.