Структурные характеристики и факторы воздействия окружающей среды на сообщества подводных макрофитов в период естественного восстановления городских озёр с разным трофическим уровнем

Почему жизнь под поверхностью озера имеет значение

Во многих городах озёра, которые когда‑то отличались прозрачной водой и густыми подводными зарослями, теперь заилены и окрашены в зелёный цвет. В этом исследовании изучали, что происходит под поверхностью шести городских озёр в Ухане (Китай), чтобы понять, как подводные растения реагируют на сокращение загрязнения и когда озёра оставляют восстанавливаться самостоятельно. Отслеживая эти скрытые растительные сообщества и изменяющиеся параметры воды в течение года, авторы показывают, что помогает «больному» озеру вернуться к прозрачной воде, более богатой жизни и стабильной экосистеме.

От мутной воды к более чистым берегам

Команда сосредоточилась на «подводных макрофитах» — укоренённых растениях, полностью растущих под водой и служащих основой озёрных экосистем. Эти растения поглощают питательные вещества, стабилизируют илистое дно и обеспечивают пищу и укрытие для рыб и беспозвоночных. Исследователи выбрали шесть озёр, где были проведены базовые мероприятия по контролю загрязнения, но которые всё ещё различались по степени обогащения питательными веществами: от умеренно обогащённых до слегка или умеренно сильно обогащённых. В четырёх сезонах 2023–2024 годов они измеряли качество воды — включая питательные вещества, наличие водорослей, прозрачность и кислород — и собирали растения в прибрежных участках, чтобы взвесить их биомассу и зафиксировать число видов.

Больше питательных веществ — меньше подводных растений

Во всех шести озёрах было обнаружено лишь восемь видов подводных растений, при этом три вида доминировали на большинстве участков. Их успех, однако, сильно различался в зависимости от уровня питательных веществ. В более чистых, умеренно обогащённых озёрах обычно встречалось семь–восемь видов, а биомасса растений была высокой, образуя плотные подводные луга. В более загрязнённых озёрах растительность была существенно снижена: в одном озере с умеренной эвтрофикацией встречались лишь два вида с очень низкой биомассой. Показатели разнообразия подтверждали эту картину — более богатые и выровненные сообщества процветали там, где нагрузка питательных веществ была ниже, в то время как сильно обогащённые озёра доминировали всего несколько выносливых видов, терпимых к мутной, насыщенной водорослями воде.

Как среда формирует скрытые растительные сообщества

Чтобы понять причины различий в сообществах, авторы сопоставили данные о растениях с многочисленными измерениями окружающей среды. Они обнаружили, что «трофический уровень» — насколько богато озеро питательными веществами — существенно формирует структуру сообществ и их сезонные изменения. В более чистых озёрах физические условия, такие как температура воды и её помутнение, играли важную роль в росте растений. В слабо обогащённых озёрах более значимыми становились химические признаки органического загрязнения и формы азота. В наиболее питательно насыщенных озёрах помутнение, вызванное водорослями, и низкий уровень кислорода у дна сильно ограничивали восстановление растений. Во всех озёрах азот — особенно нитрат — оказался ключевым фактором: более высокий уровень азота тесно коррелировал с худшей продуктивностью растений. Анализ сообитаний видов также показал, что с ростом уровня питательных веществ усиливается конкуренция и сообщества упрощаются, остаются лишь несколько доминирующих, толерантных к загрязнению видов.

Цепочка от питательных веществ к свету и жизни

С помощью продвинутых статистических моделей исследование проследило, как питательные вещества косвенно подрывают подводные растения. Избыток азота и фосфора стимулирует рост водорослей, измеряемый хлорофиллом в воде. Эти водоросли делают воду более мутной, блокируя солнечный свет, необходимый подводным растениям для фотосинтеза. Модель показала, что питательные вещества оказывают сильное общее негативное влияние на биомассу растений главным образом за счёт увеличения помутнения и роста водорослей. Температура воды, напротив, в наблюдаемом диапазоне, как правило, способствовала росту растений, вероятно, за счёт ускорения метаболизма и удлинения вегетационного периода. В совокупности результаты очерчивают чёткую причинно‑следственную цепочку: больше питательных веществ — больше водорослей и более мутная вода — в результате меньше и слабее подводных растений.

Что это значит для восстановления городских озёр

Для городских управленцев и общественности это исследование несёт обнадёживающее, но осторожное послание. После того как очевидные источники загрязнения контролируются, подводные растения могут восстановиться, особенно в озёрах, где уровни питательных веществ понижены до умеренных значений. По мере восстановления растительные сообщества становятся богаче и стабильнее, что способствует закреплению более прозрачной воды и здоровых экосистем. Но исследование также показывает, что особенно важен контроль азота, и что улучшение прозрачности воды и базовых физических условий имеет решающее значение. Проще говоря, чтобы вернуть подводные «сады», которые поддерживают чистоту и живость озёр, городу нужно сосредоточиться на сокращении притока питательных веществ, особенно азота, и дать озёрам время перейти от доминирования водорослей к доминированию растений.

Цитирование: Tang, H., Yuan, Y., Zhu, L. et al. Structural characteristics and environmental impact factors of submerged macrophytes communities during the natural restoration period of urban lakes with different trophic levels. Sci Rep 16, 13602 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41902-8

Ключевые слова: городские озёра, водные растения, эвтрофикация, восстановление озёр, загрязнение питательными веществами