Мелководные озера могут принимать два альтернативных стабильных состояния, согласно теории экологического равновесия в изучении внутренних вод (лимнологии). Теперь эта парадигма поставлена под сомнение исследованием, проведенным Центром экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ) и Орхусским университетом (Дания) и опубликованным в журнале Nature Communications.

Проанализировав данные 902 мелководных озер, команда исследователей не обнаружила доказательств существования двух альтернативных стабильных состояний. Авторы критически оценивают меры по управлению озерами, основанные на этой теории. Они рекомендуют в будущем уделять больше внимания снижению поступления питательных веществ, чтобы обеспечить экологическое равновесие мелководных озер.

Примерно 42 процента озер во всем мире являются так называемыми мелкими озерами со средней глубиной до трех метров. "Мелководные озера - очень важные водоемы для нас, людей: Они обеспечивают нас водой для питья, рыбалки и отдыха. Хорошее экологическое состояние имеет решающее значение для этого", - говорит автор исследования доктор Даниэль Грэбер из отдела анализа и управления водными экосистемами UFZ.

"Поскольку мелководные озера обычно питаются из поверхностных вод, они часто получают повышенное количество питательных веществ. Это может легко нарушить их экологическое равновесие".

Согласно теории, разработанной в 1990-х годах и широко признанной в лимнологии, мелководные озера должны быть способны независимо колебаться между двумя альтернативными стабильными состояниями при одинаковой доступности питательных веществ: Одно состояние характеризуется мутной водой с преобладанием фитопланктона, а другое - прозрачной водой и обилием водных растений.

"Теория также гласит, что каждое из этих двух состояний демонстрирует долгосрочную стабильность после изменения", - объясняет доктор Томас А. Дэвидсон, лимнолог Орхусского университета и ведущий автор исследования. "Биоманипулятивные меры, основанные на этой объяснительной модели, уже несколько сотен раз применялись в Европе и США для улучшения экологического состояния озер".

Цель такого вмешательства: противодействовать последствиям высокого содержания питательных веществ - усиленному росту фитопланктона, дефициту кислорода, токсичному цветению сине-зеленых водорослей и гибели рыбы. Например, добавление рыбоядных рыб призвано регулировать рост производства фитопланктона посредством экологической обратной связи: Рыбоядные рыбы поедают хищных рыб, меньшее количество хищных рыб поедает меньшее количество мелких ракообразных, а большее количество мелких ракообразных поедает больше фитопланктона.

Таким образом, мутное мелководное озеро, характеризующееся высоким ростом фитопланктона, должно перейти во второе стабильное состояние - чистую воду с водными растениями и нерестилищами для рыб - с долгосрочной стабильностью, несмотря на высокую доступность питательных веществ. "Это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой", - говорит Грэбер.

"За последние годы несколько исследований уже дали первые указания на то, что в действительности эта теория может играть лишь незначительную роль. Мы хотели изучить это более подробно и проверить реальность этой объяснительной модели альтернативных стабильных состояний мелких озер, широко принятой в лимнологии".

Для этого исследовательская группа проанализировала данные долгосрочного мониторинга 902 мелководных озер. Озера были расположены в Дании и США и имели глубину менее трех метров. Исследователи изучили взаимосвязь между концентрацией питательных веществ и концентрацией хлорофилла а (показатель биомассы фитопланктона) в озерах и ее изменение с течением времени.

Они разработали специальный статистический метод, чтобы проверить, имели ли место в озерах альтернативные состояния и были ли они, как предсказывала теория, стабильными и самоподдерживающимися в течение нескольких лет. "Сначала мы использовали симуляции, чтобы проверить, действительно ли работает наш статистический метод и способен ли он вообще обнаружить какие-либо альтернативные стабильные состояния. Эти симуляции включали сценарии с альтернативными стабильными состояниями и без них, и наш метод надежно определял наличие или отсутствие альтернативных стабильных состояний", - говорит лимнолог UFZ.

Поэтому результаты анализа данных по 902 озерам также можно считать надежными": В исследованных озерах исследовательская группа не обнаружила никаких признаков присутствия двух альтернативных стабильных состояний. "Что нам удалось четко установить, так это ярко выраженную линейную зависимость между концентрацией питательных веществ и концентрацией фитопланктона", - говорит Грэбер. "То есть большее количество питательных веществ неизбежно приводит к увеличению количества фитопланктона. Ни в одном из озер не наблюдалось иной реакции на высокую концентрацию питательных веществ". Таким образом, объяснительная модель двух альтернативных стабильных состояний, похоже, не имеет места в реальности - по крайней мере, для озер умеренной зоны".

Но что эти результаты означают на практике? Как мы можем поддерживать экологическое равновесие мелководных озер? "Биоманипулятивные меры, такие как добавление рыбоядных рыб, не могут стабилизировать экосистему мелководного озера в долгосрочной перспективе, потому что альтернативного стабильного состояния не существует", - говорит Грэбер. "Существует только один способ поддержания равновесия мелководных озер в постоянном стабильном состоянии, и альтернативы ему нет: Поступление питательных веществ должно быть последовательно снижено".