Ученые обнаружили дисбаланс питательных веществ в озере Флэтхед

Азот и фосфор — ключевые элементы для роста растений в почвах и удобрениях. Их соотношение критически важно для разных видов растений. Эти же элементы играют мощную роль в озерах, влияя на чистоту воды.

Хотя мониторинг концентраций азота и фосфора по отдельности ведется давно, мало исследований оценивало, как соотношение азота к фосфору (N:P), поступающее в озера, влияет на рост водорослей и качество воды.

Ученые из Биологической станции озера Флэтхед (FLBS) Университета Монтаны проанализировали почти 40-летнюю динамику питательных веществ в озере Флэтхед. Этот уникальный набор данных, собранный Программой мониторинга FLBS, выявил устойчивый дисбаланс между азотом и фосфором, который может иметь серьезные экологические последствия для этого и других малопитательных водоемов.

Исследование опубликовано 11 июля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Озеро Флэтхед известно чистой водой, поскольку геология его водосбора древняя и бедна питательными веществами, особенно фосфором. Это делает озеро чувствительным к антропогенным поступлениям. В 1970–80-х годах опасения по поводу эвтрофикации привели к мерам по снижению нагрузки, включая один из крупнейших в США запретов на фосфатные стиральные порошки и модернизацию очистных сооружений.

Однако команда под руководством Джима Элсера задалась вопросом, достаточно ли мониторить азот и фосфор по отдельности. Элсер, давно развивающий теорию экологической стехиометрии (изучение баланса химических элементов в экосистемах), решил это выяснить.

Ключевые выводы исследования:

• Общий уровень азота и фосфора в озере и его притоках низкий и не растет, а в крупных реках даже медленно снижается. Это хорошая новость для качества воды.
• Однако в озере сохраняется высокое соотношение N:P на протяжении четырех десятилетий. Это соотношение часто сильно превышает оптимальное для большинства фитопланктона (микроскопических водорослей).
• Когда соотношение N:P высокое, рост планктона, вероятно, ограничен дефицитом фосфора большую часть года.
• Эксперименты подтвердили, что фитопланктон озера лимитирован фосфором. Это заставляет водоросли строить клетки с низким содержанием фосфора, что делает их малопитательными.
• Для зоопланктона, который питается этими водорослями и поддерживает прозрачность воды, это равносильно «диете из джанк-фуда». В результате зоопланктон также испытывает дефицит фосфора, и его численность низка.
• Сильный дисбаланс N:P создает условия для потенциального производства парникового газа метана. Это происходит, когда испытывающие дефицит фосфора микробы начинают извлекать его из органических молекул, выделяя метан как побочный продукт.

Эти результаты важны не только для озера Флэтхед, но и для озер по всему миру. Сточные воды, сельскохозяйственные стоки и городское влияние все чаще признаются факторами, способствующими дисбалансу N:P.

Для озера Флэтхед возможные решения включают:

• Внедрение процессов очистки сточных вод, которые более эффективно удаляют азот.
• Снижение атмосферного переноса азота от сжигания ископаемого топлива или испарения сельскохозяйственных удобрений и отходов животноводства.

Исследование показывает: когда речь идет о «строительных блоках» озерных экосистем, важен баланс питательных веществ.