Пространственно-временная динамика речных цианобактерий и выбранных показателей качества воды при двух гидрологических режимах

Почему медленные реки важны для всех

Реки — это не просто живописный фон; они дают питьевую воду, охлаждают энергетические станции, пропускают суда, разбавляют загрязнения и поддерживают дикую природу. В этом исследовании проследили за Мозелем, большой регулируемой рекой в Западной Европе, через два очень разных лета: одно необычно влажное и прохладное (2021) и одно жаркое, сухое и с медленным течением (2022). Ученых интересовало, как эти контрастные условия изменяют качество воды и провоцируют вредные цветения цианобактерий — крошечных организмов, иногда называемых «сине-зелеными водорослями», которые могут делать воду небезопасной для людей и животных.

Два лета — две совершенно разные реки

На первый взгляд Мозель выглядел одинаково в оба года, но его поведение кардинально отличалось. В 2021 году обильные осадки и частые события высокого стока, включая крупное летнее наводнение, поддерживали быстрое движение воды вниз по течению. В 2022 году длительные засухи привели к тому, что река текла лишь малой частью от обычного расхода. Вода, которой в 2021 году требовалось примерно 10 дней, чтобы преодолеть 240 километров, в 2022 году шла более месяца. Одновременно температура воды поднялась — в среднем с 20 °C в 2021 году до более 24 °C в 2022 году, превратив реку в гораздо более тёплую и медленную систему — идеальную среду для размножения некоторых микробов.

Когда медлая тёплая вода кормит цветение

Команда проводила мониторинг Мозеля с помощью еженедельных измерений у устья, детальных отборов проб вдоль 240-километрового участка, моделей потока и спутниковых снимков хлорофилла, пигмента, используемого для оценки биомассы водорослей. Во время жаркого сухого лета 2022 года они зафиксировали массивное цветение цианобактерий, доминируемое образующим на поверхности слизи родом Microcystis. Уровни хлорофилла в одной точке поднялись примерно до 177 мкг/л — более чем в 20 раз выше, чем в 2021 году — и цианобактерии составляли основную часть фитопланктона. Для сравнения, более влажное лето 2021 года характеризовалось очень низкими уровнями хлорофилла, и фитопланктон был в основном представлен безвредными диатомовыми водорослями, при практически полном отсутствии Microcystis.

Изменение химического «рецепта» реки

Низкий и медленный поток изменял не только условия для цианобактерий; он также менял «питательную смесь» реки. В 2022 году Мозель перевозил меньше азота, но относительно больше фосфора и органического углерода, чем в 2021 году. Суммарный азот и нитрат резко снизились вдоль реки в период засухи, вероятно, из‑за уменьшения стока с полей и усиленного биологического удаления. Фосфор, значительная часть которого поступает со сточными водами и продолжает поступать даже при засухе, стал более сконцентрирован в уменьшенном объеме воды. По мере развития цветения органический углерод вырос до высоких уровней, отражая как накопление биомассы, так и выделение растворённых веществ самим цианобактериями. В совокупности более тёплая температура, увеличенное время задержки воды и питательный состав, смещённый в сторону фосфора, создали химические условия, которые резко благоприятствовали Microcystis по сравнению с другими водорослями.

Обзор реки из космоса

Чтобы понять, как распространялось цветение, исследователи обратились к спутникам. Изображения европейской миссии Sentinel-2 показали, что в 2022 году хлорофилл сначала увеличивался в верхнем и нижнем течении Мозеля, с яркими участками высоких значений, простиравшимися на длинные участки реки с июня по октябрь. Эти космические наблюдения соответствовали полевым измерениям: в верхней части реки сформировалось смешанное цветение водорослей, тогда как в нижних участках доминировали цианобактерии. В 2021 году спутниковые данные почти не показывали подобного сигнала, за исключением кратковременного, вероятно ложного всплеска во время мутного паводка. Работа демонстрирует, как спутниковый мониторинг в сочетании с полевыми отборами проб и моделированием потока может отслеживать вредные цветения по мере их образования и перемещения вдоль регулируемых рек.

Что это значит для рек в условиях потепления

Для неспециалистов вывод ясен: когда изменение климата приносит более тёплые, сухие лета, регулируемые реки вроде Мозеля с большей вероятностью окажутся в медленных, тёплых и богатых питательными веществами условиях, благоприятных для токсичных цветений цианобактерий. Эти цветения могут ухудшать официальные рейтинги качества воды, угрожать запасам питьевой воды и рекреации, а также нарушать работу экосистем. Исследование показывает, что по мере учащения экстремальных засух менеджерам водных ресурсов придётся следить не только за объёмом воды в реках, но и за тем, сколько времени она там задерживается, насколько она тёплая и как сбалансированы питательные вещества. Сочетание традиционного мониторинга с моделями и спутниковыми инструментами может обеспечить раннее предупреждение и помочь защитить и людей, и природу.

Цитирование: Klotz, F., Herrmann, M., Ishikawa, M. et al. Spatio-temporal dynamics of riverine cyanobacteria and selected water quality indicators under two hydrological regimes. Sci Rep 16, 6508 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38511-w

Ключевые слова: цветение цианобактерий, качество речной воды, засуха, вызванная климатом, регулируемые реки, Microcystis