Внешность обманчива. Посмотрите на сотни озер в сельскохозяйственном центре Соединенных Штатов, и вы, вероятно, увидите зеленые озера, окруженные зелеными полями. Азот и фосфор в сельскохозяйственных удобрениях, которые помогают выращивать сельскохозяйственные культуры, также способствуют росту водорослей и цианобактерий, избыток которых может придать озерам цвет горохового супа.
Тем не менее, когда ученые изучили данные за 13 лет из 139 озер в интенсивно сельскохозяйственных районах Айовы, они увидели озера, которые были удивительно чистыми, несмотря на чрезвычайно высокие концентрации питательных веществ.
В исследовании, опубликованном 9 октября 2017 года в журнале Inland Waters, ученые из Миннесотского университета в Дулуте и Миннесотского морского гранта сообщают, что озера были настолько чрезмерно удобрены, что большая часть этих водорослей и цианобактерий, содержащих зеленый пигмент хлорофилл, была убит.
«Одна из опасностей здесь заключается в том, что повышенная прозрачность воды ошибочно принимается за улучшение качества воды», - сказал Крис Филструп, ведущий автор исследования и научный сотрудник Обсерватории больших озер UMD и Миннесотского морского гранта. «На самом деле качество воды в этих случаях хуже, чем в озерах, где больше водорослей, но меньше питательных веществ».
Регулирующие органы часто используют прозрачность воды как индикатор качества воды. Результаты этого исследования показывают, что подход может не обязательно работать во всех регионах.
Избыточный уровень питательных веществ возникает, когда дождь и таяние снега смывают фосфор и азот с сельскохозяйственных полей, кормовых участков, пригородных газонов и городских центров в озера и другие водоемы. Это новое явление опровергает утверждение о том, что даже экстремальные концентрации фосфора и азота продолжают способствовать росту водорослей.
«В ходе нашего исследования в некоторых озерах Айовы мы отметили уровень фосфора в 10 раз выше, чем мы ожидали увидеть в озере северной Миннесоты», - сказал Филструп. «Мы были поражены, увидев, что уровень азота был более чем в 30 раз выше».
Такие экстремальные уровни питательных веществ уничтожают существующие водоросли и цианобактерии, что приводит к повышению прозрачности воды. Эта концепция аналогична тому, как применение слишком большого количества удобрений на земле может повредить, если не убить, растения и сделать почву бесплодной.
Мы думали, что малое количество водорослей при высоких концентрациях азота может быть связано с дисбалансом других питательных веществ, или слишком большим количеством тени для роста водорослей, или тем, что некоторые водоросли менее зеленые, или тем, что зоопланктон поедает больше водорослей, когда там много азота», - сказал соавтор Джон А. Даунинг, директор Миннесотского морского гранта, ученый из обсерватории Больших озер UMD и профессор кафедры биологии UMD. «Но ни одна из этих гипотез не подтвердилась. Единственное разумное объяснение на данный момент состоит в том, что высокое содержание азота вредно для водорослей».
Сокращение водорослей, вероятно, является результатом взаимодействия фосфора, азота, ландшафта и солнечного света, которые в сочетании приводят к тому, что избыточные частицы нитратов в толще воды образуют активные формы кислорода, которые повреждают или убивают водоросли, разрываясь их клеточные стенки и мембраны, говорят Филструп и Даунинг.
«Вы можете думать об этом как о перекиси водорода», - сказал Филструп. «Поливание перекиси водорода на порез вызывает взрыв бактерий. Вот почему он шипит. В озерах активные формы кислорода, которые могут образовываться из нитратов, не шипят, но они могут разрушать органические вещества, потенциально включая фитопланктон».
Поскольку спрос на сельскохозяйственную продукцию продолжает расти, а вместе с ним и более широкое использование удобрений, авторы надеются, что это исследование послужит поучительным примером для других сельскохозяйственных регионов, которые испытывают или подвержены риску чрезмерной нагрузки питательными веществами.
«Внесение слишком большого количества азота на поля, газоны и сады приводит к пустой трате денег, приводит к нездоровым озерам и даже наносит ущерб Мексиканскому заливу. Выращивание сельскохозяйственных культур и утилизация отходов животноводства в соответствии с передовыми методами управления крайне важны», - сказал Даунинг.