Analiza jezior o głębokiej i przejrzystej wodzie pokazuje, że obszary płytkiej wody mają kluczowe znaczenie dla równowagi składników odżywczych w jeziorach

Nawet jeziora o głębokiej, czystej wodzie, uważane za szczególnie cenne ekosystemy, mogą wykazywać oznaki eutrofizacji i wzrostu glonów – często bez wyraźnego powodu.

Nowe badanie przeprowadzone przez czterech badaczy z Instytutu Ekologii Słodkowodnych i Rybołówstwa Śródlądowego im. Leibniza (IGB) pokazuje, że przyczyn nie zawsze należy szukać w zwiększaniu dopływu składników pokarmowych ze zlewni lub w procesach ponownego rozpuszczania w głębokich obszarach zbiorników wodnych. jeziorze, ale także na płytszych obszarach do głębokości około 20 metrów. Papier jest opublikowany w dzienniku Globalna biologia zmian.

Zespół połączył długoterminowe dane dotyczące chemii wody, kilkuletnie pomiary z użyciem osadników, analizy osadów i proste modele bilansu masy, aby rozszyfrować mechanizmy stojące za nagłą eutrofizacją jeziora Stechlin. Wyniki są nie tylko zaskakujące, ale mogą również dotyczyć podobnych typów jezior na całym świecie.

Nadmierne nawożenie, zwane także eutrofizacją, jest jednym z najpilniejszych problemów środowiskowych jezior na całym świecie. Jest to zwykle spowodowane dopływem składników odżywczych przez człowieka, takim jak niewłaściwie oczyszczone ścieki i nawożenie gruntów rolnych.

Konsekwencje, takie jak zakwity glonów, niedobór tlenu i śmiertelność ryb, są znane od dawna. Jednakże coraz bardziej odległe jeziora, na które działalność człowieka prawie nie ma wpływu, wykazują obecnie oznaki nagłej eutrofizacji. Jak dotąd jako możliwe przyczyny omawiano zmiany klimatyczne, wpływy atmosferyczne lub wewnętrzne zanieczyszczenia z głębin jezior.

Na potrzeby badań zespół IGB zbadał jezioro Stechlin, głębokie i przejrzyste jezioro w północno-wschodnich Niemczech, w którym w ostatnich latach nastąpił dramatyczny wzrost zawartości składników odżywczych. W ciągu zaledwie dziesięciu lat stężenie fosforu wzrosło czterokrotnie, czemu towarzyszyły zakwity glonów, niedobór tlenu w głębokich wodach i inne objawy eutrofizacji.

Obszary płytkie: nowy skład roślin i zmienione właściwości osadów doprowadziły do ​​wzrostu zawartości fosforu

Naukowcy odkryli, że na naturalną retencję fosforu w jeziorze wpływają nie tylko procesy zachodzące w osadach głębszych obszarów, ale decydującą rolę odgrywają również płytkie obszary jeziora. Badacze mają tu na myśli strefy, w których światło nadal przenika do dna, co w Stechlinie obejmuje obszary do głębokości około 20 metrów, a więc 46% powierzchni jeziora.

W szczególności zmiany w występującej tam roślinności podwodnej i zmniejszona zdolność osadów do wiązania fosforu intensyfikują wewnętrzną dynamikę fosforu. Jak dotąd tak zwane zmiany reżimu opisano głównie w przypadku jezior płytkich, ale nie w przypadku jezior warstwowych. Jednak przy maksymalnej głębokości prawie 70 metrów Stechlin jest jednym z najgłębszych jezior w północnych Niemczech.

Jak opisują naukowcy, obszary skolonizowane przez kamienicę ozimą zieloną gwałtownie się zmniejszyły, w wyniku czego odsłonięte zostały obszary osadów, które były stopniowo kolonizowane przez jednoroczne, wyższe rośliny wodne. Te zmiany w roślinności spowodowały, że fosfor związany wcześniej w roślinach lub osadach mógł przedostać się do słupa wody. Przyczyny tej zmiany w podwodnym zbiorowisku roślinnym są nadal przedmiotem badań naukowych i debaty.

Oprócz roślin ważnym czynnikiem są również zmiany właściwości osadów. Naukowcy odkryli, że najwyższe warstwy osadów zawierają mniej żelaza, co zmniejsza zdolność wiązania fosforu. Mogło to być spowodowane na przestrzeni kilkudziesięciu lat postępującym tworzeniem się siarczku żelaza w płytkich i głębokich osadach jeziora. Żelazo w coraz większym stopniu wiąże się w postaci siarczku żelaza i nie jest już w stanie wiązać fosforu.

„Te złożone interakcje między życiem roślinnym a właściwościami osadów mogą wyjaśnić, dlaczego w ostatnich latach jezioro Stechlin uległo tak szybkiej eutrofii” – wyjaśnia dr Thomas Gonsiorczyk, jeden z dwóch głównych autorów badania. „W wyniku tych procesów nawet głębokie jeziora mogą osiągnąć stan poważnej eutrofizacji na obszarach płytkich wód”.

Procesy zachodzące na głębokiej wodzie i wpływy zewnętrzne odgrywają w Stechlinie rolę podrzędną

Analiza jeziora Stechlin wykazała również, że wzrostu stężeń fosforu nie można wytłumaczyć zewnętrznym dopływem składników pokarmowych. Analizy danych sugerują nawet, że ładunek fosforu ze zlewni zmniejszył się od 1990 r.

Inne potencjalne źródła, takie jak ponowne nawadnianie lub późne skutki wcześniejszego zanieczyszczenia ściekami z regionu, który jest często uczęszczany przez turystów, również uznano za mało prawdopodobne przyczyny wzbogacania w fosfor.

Odwrócenie trendu: od 2020 r. stężenie fosforu spada

Od 2020 r. stężenie fosforu w jeziorze ponownie gwałtownie spadło. „Stężenie fosforu w jeziorze w 2024 r. będzie tylko o połowę mniejsze niż w 2020 r.” – mówi prof. Michael Hupfer, również główny autor badania.

Czas pokaże jednak, czy rozwój ten będzie kontynuowany i czy zmiana ta doprowadzi również do długoterminowego odwrócenia trendu w kolonizacji roślin podwodnych. Spadające stężenia fosforu również nie doprowadziły jeszcze do zdecydowanej poprawy warunków tlenowych w głębokich wodach.

Znaczenie dla ochrony wód

Wyniki niniejszego badania są interesujące z punktu widzenia ochrony wód, ponieważ wiele jezior warstwowych charakteryzuje się dużą zawartością wody płytkiej w sensie opisanym powyżej, pomimo ich głębokości. Mogłyby zatem tam zachodzić podobne procesy. Zmiana klimatu zaostrza zjawisko eutrofizacji w jeziorach poprzez dłuższą stratyfikację w lecie, obfite opady deszczu i częstsze burze.

„Aby w dłuższej perspektywie zachować uwarstwione jeziora o czystej wodzie, środki ochronne muszą zatem obejmować również obszary płytkowodne, które w przyszłości będą miały więcej światła” – mówi Hupfer. „Mogłoby nam to pomóc lepiej zrozumieć dynamikę składników odżywczych w jeziorach i opracować skuteczne strategie przeciwdziałania pogarszaniu się jakości wody”.