Количество подводных макрофитов сокращается во многих мелководных озерах по всему миру, и их место занимают все больше водорослей и свободно плавающих растений. Но наметилась и обратная тенденция: в водоемах с улучшенным качеством воды все чаще наблюдается массовый рост водных растений.

Учитывая, что эти растения выполняют множество важных экосистемных функций, требуется тщательный уход. Макрофиты — крупные водные растения, видимые невооруженным глазом, — являются важной средой обитания для широкого круга организмов и способствуют самоочищению водоемов. Если этот тип растительности исчезнет, оставив водоросли и плавающие растения размножаться в водоемах, будет выпущено больше парниковых газов. Сабина Хилт исследует, почему в последние годы во многих водоемах растет меньше подводных водных растений.

«Известно, что важную роль в этом процессе играет как рост водорослей, так и помутнение воды. Ведь растениям, корнями зарытым на дно озера, солнечный свет на этих глубинах необходим для фотосинтеза. стрессоры также играют роль», — объяснил исследователь IGB.

В агроландшафтах такими стрессорами являются, прежде всего, различные пестициды в сочетании с питательными веществами. В составе большой группы ученых из Франции, UFZ Leipzig и LMU Munich она исследовала влияние коктейля, состоящего из гербицида, инсектицида, фунгицида и нитрата, а также дополнительный стресс из-за потепления на 3–4 °C. на водных растениях и животных в лаборатории и в 600-литровых мезокосмах.

В этих мезокосмах установлены типичные сообщества мелководных озер умеренных зон, включающие три типичных подводных вида макрофитов.

Hilt также исследовал аналогичную комбинацию типичных факторов стресса вместе с командой, возглавляемой Китайской академией наук в Ухане. Они исследовали индивидуальное и комбинированное воздействие тепла, питательных веществ и пестицида глифосата на рост водорослей и двух видов водных растений.

В качестве примеров исследователи выбрали виды, обычно встречающиеся в китайских водах, такие как водяной тимьян (Hydrilla verticillata), который образует навес у поверхности воды, и валлиснерия (Vallisneria denserrulata), растущая на дне водоемов. Для имитации мелководных озер они использовали 48 мезокосмов, каждый с объемом воды 2500 литров.

Результаты этих двух проектов ясно показывают, что на рост водных растений оказывается негативное влияние, особенно когда несколько исследованных факторов стресса сочетаются друг с другом. Непрерывное нагревание часто усиливало действие коктейля из пестицидов и питательных веществ. Частые волны тепла оказывают еще более разрушительное воздействие, чем постоянное потепление. Поэтому существует повышенный риск исчезновения водных растений на мелководье, особенно в сельскохозяйственных ландшафтах.

Изменение типов растений в водоемах приводит к увеличению выбросов метана

Питательные вещества также представляют собой фактор стресса, который представляет угрозу для удаленных озер, которые ранее были чистыми, как показывает другое исследование с участием IGB. В последнее время в таких водоемах наблюдается учащение цветения нитчатых водорослей. Это необычное явление для озер с низким содержанием питательных веществ и повод для беспокойства: массовое развитие нитчатых водорослей может серьезно изменить экосистему и создать проблемы для отдыха на воде.

Нитевидные водоросли, собирательный термин для различных видов водорослей нитевидной формы, имеют более высокие потребности в питательных веществах, особенно в нитратах и аммонии. И действительно, в последние годы увеличилось поступление питательных веществ в несколько ранее чистых и бедных питательными веществами озер. Одним из примеров является озеро Байкал в Сибири, известное своим беспрецедентным богатством видов животных и растений. Это биоразнообразие находится под угрозой, поскольку биомасса нитчатых водорослей увеличилась в пять раз за последние десять лет.

Одной из причин может быть поступление азота и фосфора из неочищенных сточных вод человека, сбрасываемых в озеро. Лесные пожары также вызвали дополнительную нагрузку на озеро питательными веществами.
Массовое развитие водных растений летом

Однако можно наблюдать и массы водных растений, особенно летом. Это когда происходит массовое развитие водных растений в стоячих и проточных водах по всей Европе. Причина этого: «Макрофиты исчезали в течение десятилетий из-за чрезмерного поступления питательных веществ, и теперь они растут по мере улучшения качества воды и снижения поступления питательных веществ», — объяснила Сабина Хилт.

В целом, это положительное развитие.

«Водные растения являются важным элементом наших водоемов. Они влияют на круговорот питательных веществ и взаимодействуют с другими водными организмами. По мере своего роста они связывают углекислый газ, который затем может храниться в отложениях в течение более длительного времени. Макрофиты поглощают избыточные питательные вещества, такие как фосфор и азот из водоема и высвобождают кислород в процессе метаболизма, что улучшает аэрацию воды и отложений», — заявил Ян Келер, который проводит исследования макрофитов и водорослей в IGB. Более того, водные растения снижают мутность и предотвращают взбалтывание осадка.

Насаждения макрофитов также способствуют биоразнообразию из-за их разнообразной структуры: на их поверхности могут развиваться богатые видами водоросли и бактерии, которые, в свою очередь, обеспечивают среду обитания и пищу для мелких животных (зообентоса). Помимо укрытия мелких животных от хищников, макрофиты также являются пищей для различных водоплавающих птиц. Кроме того, насаждения водных растений являются ценными нерестилищами и охотничьими угодьями для рыб, предлагая убежища для их личинок и молоди.

Поэтому с точки зрения водной экологии преимущества для природы часто перевешивают недостатки даже в случае массовых разработок. Недостатки возникают в основном для использования человеком и интересов безопасности, особенно в проточных водах: застой, вызванный макрофитами, может снизить скорость потока, подняв уровень воды в реке и уровень грунтовых вод на прилегающих территориях.
Водные растения часто считаются неприятностью

Густо растущие водные растения также могут мешать катанию на лодке и другим водным видам спорта, мешать рыболовам или отпугивать пловцов. Это стало результатом комплексного опроса водопользователей в Германии, Франции, Норвегии и ЮАР.

«Более 70 процентов респондентов в каждом месте считают макрофиты тревожными», — пояснил Ян Келер, участвовавший в исследовании вместе с Сабиной Хилт. Это в равной степени относится и к различным рекреационным мероприятиям — плаванию, катанию на лодках, рыбной ловле, оценке биоразнообразия, оценке ландшафта и наблюдению за птицами. Жители воспринимали водные растения как значительно более проблемные, чем приезжие. Экологическое мышление респондентов не повлияло на восприятие неудобств.

Прополка или удаление водных растений представляет экологический риск

Властям и другим заинтересованным сторонам, участвующим в управлении водными ресурсами, может быть очень сложно найти компромисс между охраной или достижением хорошего экологического состояния, с одной стороны, и различными интересами использования человеком, с другой, а также разработать подходы, учитывающие и сбалансировать все цели. Если эти заинтересованные стороны решают принять меры против макрофитов, чаще всего выбирается метод прополки, то есть скашивание или удаление водных растений.

Хотя прополка создает пространство для отдыха или увеличивает поток канав и естественных водотоков в краткосрочной перспективе, этот процесс очень дорог. Кроме того, после прополки фрагменты растений могут заноситься на ранее не затронутые участки и закрепляться там, вызывая распространение насаждений макрофитов. У некоторых видов удаление водяных сорняков может даже вызвать ускорение роста. Поскольку прополка не очень избирательна, этот процесс также быстро сокращает количество редких видов растений, уничтожает разнообразные среды обитания и убивает многих существ, обитающих в насаждениях водных растений. Эти меры также могут привести к перемешиванию осевших частиц и повышенному кислородному истощению.
Нарушение биоразнообразия

Биоразнообразие микроорганизмов также меняется: Сабина Хилт и Ян Келер участвовали в исследовании до и после воздействия, в ходе которого изучалось влияние механического удаления макрофитов на сообщества фитопланктона, зоопланктона и макробеспозвоночных. В исследование были включены пять участков в четырех странах Европы и Африки с сильно различающимися характеристиками. Повторение одного и того же плана эксперимента на всех сайтах позволило отделить общие эффекты от специфических для сайта.

В целом удаление макрофитов отрицательно сказалось на биоразнообразии, в частности, на сообществах зоопланктона и макробеспозвоночных. Напротив, на сообщества фитопланктона удаление растений положительно повлияло. «Поэтому прополка создает риски для биоразнообразия и иногда может даже привести к тому, что водоем превратится в мутное состояние с преобладанием фитопланктона, которое поддерживает значительно меньше экосистемных функций и менее привлекательно для многих форм использования», — пояснила Сабина Хилт.

Экологическая ценность водных растений часто упускается из виду в текущих публичных дебатах. С учетом этого экономические, экологические и социальные аспекты должны быть в равной степени включены в анализ и планирование мероприятий в будущем. Если представляется необходимым сократить насаждения водных растений, было бы предпочтительнее принять устойчивые меры, такие как дальнейшее сокращение поступления питательных веществ или посадка прибрежных деревьев.

История успеха: Каменные сорняки возвращаются на озеро Мюггельзее

Мюггельзее в Берлине — хороший пример реколонизации водными растениями. Камчатка наконец вернулась в это озеро после долгого отсутствия. Уже в конце 19 века поступление питательных веществ увеличилось, а массовые сбросы с 1970-х годов привели к фактической потере подводной растительности в Мюггельзее из-за высокого уровня мутности воды.

Водные растения снова начали медленно появляться только с 1990-х годов после значительного сокращения поступления питательных веществ. Примерно с 2011 года мутность в Мюггельзее еще больше снизилась из-за влияния мидии квагга, которая вторглась в озеро. Подводная флора в настоящее время присутствует на глубине 3-4 метра, местами образуя очень густые насаждения, также наблюдается значительное увеличение видового богатства.

Каменные и другие низкорослые виды в последний раз видели в Мюггельзее более века назад. Теперь, после 20 лет интенсивных картографических и водолазных исследований, был обнаружен не один, а три из этих желанных видов подводной растительности: хрупкая каменянка (Chara globularis), звездчатая каменянка (Nitellopsis obtusa) и еще один вид Nitella (Nitella spec. .).

Камнеломки — это не совсем водоросли и не совсем растения, но они, безусловно, являются явным индикатором более низких концентраций питательных веществ и более чистых вод. Кроме того, что они обладают всеми вышеперечисленными положительными эффектами, они не мешают водному отдыху, так как не прирастают к поверхности воды. Еще неизвестно, смогут ли они создать большую популяцию в течение следующих нескольких лет — мы искренне на это надеемся.

https://phys.org/news/2023-06-aquatic-essential-ecosystem-good.html