Предложен индекс «синхронизации» для оценки изменений водоемов
Фосфор необходим организмам для синтеза жизненно важных веществ, таких как нуклеиновые кислоты, белки, АТФ и прочие. В водных экосистемах его избыток (например, из-за сброса сточных вод с удобрениями) приводит к слишком интенсивному размножению фитопланктона, недостаток чреват гибелью обитателей водоема, а потому его можно рассматривать как один из показателей состояния экосистемы. Содержание хлорофилла а, необходимого для фотосинтеза эукариот и некоторых прокариот, напрямую зависит от продуктивности водных объектов.
В своей новой работе сотрудники Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино), Белорусского государственного университета (Минск) и Московского государственного психолого-педагогического университета (Москва) предложили индекс, отображающий синхронизированность содержания фосфора и хлорофилла а, и продемонстрировали, как с его помощью можно отслеживать экологическое состояние водоемов. Авторы изучили пробы из трех Нарочанских озер (Беларусь), а также проанализировали данные полувековой давности.
До конца 80-х годов озера насыщались удобрениями с сельхозугодий, отчего в них стали активно размножаться водоросли. Затем были предприняты природоохранные меры, состояние водоемов улучшилось, однако в них произошло вселение дрейссен. Эти моллюски — отличные фильтраторы, но если их будет слишком много, то планктонному сообществу не достает питательных веществ, равно как и многим другим моллюскам. Водоем очищается, однако фекалии дрейссен, насыщенные фосфором и азотом, копятся на дне, и там разрастаются водоросли. Это нарушает баланс экосистемы, и лишь в середине 90-х годов биологические и гидрохимические характеристики Нарочанских озер стабилизировались.
Расчеты индексов, характеризующих синхронизацию колебаний хлорофилла и фосфора, позволили довольно просто описать сложные трофические механизмы, сопровождавшие изменения экосистемы озер. Оказалось, что фазовая синхронизация происходит только после стабилизации экосистемы Нарочанских озер, а значит, по индексам, предложенными авторами, можно определять, насколько далека водная экосистема от своего наиболее оптимального и устойчивого состояния. Такой подход не требует множества измерений и учета многочисленных факторов, влияющих на продуктивность конкретного водоема.
На данный момент фазовая синхронизация экологических процессов недостаточно изучена, а потому требуется комплексный подход, сочетающий полевой мониторинг и математическое моделирование. Авторы подчеркивают, что так удастся лучше понять взаимосвязи между процессами, упускаемыми при экологических исследованиях.