Характеристики и факторы, определяющие сообщество фитопланктона в водосборе на границе города и сельской местности

Почему крошечные обитатели озёр важны для городской жизни

По краям растущих городов озёра и каналы располагаются в зонах, где соседствуют многоэтажки и сельхозугодия. В этих водах микроскопические дрейфующие организмы — фитопланктон — тихо поддерживают работу экосистемы, производя кислород и являясь основой пищевой сети. В этом исследовании рассматривается, как эти крошечные организмы реагируют, когда городская застройка, сельскохозяйственный сток и речная вода смешиваются в системе озера Цянь в Наньчане, Китай. Понимание того, кто процветает, кто испытывает трудности и почему, даёт подсказки для сохранения здоровья таких водоёмов и снижения риска появления зелёных сгустков и неприятных запахов, которые влияют на соседние сообщества.

Озеро между городом и деревней

Водная система озера Цянь расположена в пригородной зоне, где бетон быстро вытесняет поля. Всего за пять лет застроенная территория в его водосборе выросла почти до трёх четвертей площади, в то время как площади под сельхозкультурами резко сократились. Сеть водоёмов включает выпрямлённые каналы, по которым поступают воды из пригородов и станции очистки сточных вод, естественное озеро в центре и отводной канал ниже по течению. Такая конфигурация создаёт реальную площадку для изучения взаимодействия человеческой деятельности и естественных процессов озера. Исследователи поставили задачу измерить качество воды, картировать сообщество фитопланктона и определить, какие экологические условия контролируют его структуру.

Кто обитает в воде

Отбор проб в 42 точках в устойчивый летний период выявил 112 видов фитопланктона из семи крупных групп. Зелёные водоросли оказались наиболее многочисленными по числу видов, но диатомовые — группа, строящая подобные стеклу панцири — в целом были сильнейшими конкурентами. Учёные связывают их успех с эрозией почв на строительных площадках поблизости, которая смывает в озеро растворённый кремний, ключевой элемент для роста диатомовых. Вместе с некоторыми цианобактериями, устойчивыми к грязной, богатой питательными веществами воде, эти группы сформировали сообщество, типичное для вод, которые не являются ни чистыми, ни сильно деградированными. В целом численность клеток и биомасса были умеренными, но варьировали между каналами и озером, что отражает локальные изменения условий.

Качество воды, поток и крошечные дрейфуны

Ученые измерили стандартные показатели воды — кислотность, кислород, взвешенные частицы, питательные вещества и глубину — и сопоставили их с паттернами фитопланктона. Большая часть системы по биологическим критериям показывала лишь слабое загрязнение, но уровни питательных веществ были достаточно высоки, чтобы поддержать будущие цветения водорослей, особенно там, где азот и фосфор одновременно в избытке. Статистический метод, называемый редунданс-анализом, показал, что два простых фактора — pH и взвешенные вещества — особенно важны при формировании доминирующих групп водорослей. Одновременно уровни кислорода, скорость потока и глубина воды влияли на то, насколько эффективно водоросли могли использовать доступные питательные вещества и образовывать ли они плотные скопления или оставаться более равномерно распределёнными.

Разные каналы — разная нагрузка

Не все участки сети вели себя одинаково. В канале Хуанань городской сток и умеренная растительность создавали условия, благоприятные для зелёных водорослей и диатомовых при относительно стабильной, но слегка мутной воде. Канал Ёнцян, питающийся стоками с полей и от очистных сооружений, переносил значительно больше питательных веществ, но имел относительно низкий уровень кислорода, что ограничивало скорость роста водорослей, несмотря на обилие «пищи». По мере продвижения воды в магистральный канал и далее в открытое озеро приток речной воды разбавлял питательные вещества, замедлял течение и повышал содержание кислорода. Эти изменения позволяли фитопланктону накапливаться, особенно в самом озере Цянь, где длительное время удержания воды и мягкая циркуляция создавали благоприятную среду, хотя концентрации питательных веществ там были ниже, чем выше по течению.

Что это значит для здоровья озера

На первый взгляд озеро Цянь может казаться лишь слегка затронутым, однако исследование показывает, что его крошечные растительные дрейфуны уже отражают сильное влияние человека. Сообщество доминируется несколькими выносливыми группами, общая стабильность низка, и уровень питательных веществ указывает на реальный риск более частых цветений водорослей, особенно цианобактерий, если условия ещё больше сместятся. Подчеркнув то, как pH, взвешенные вещества, кислород и водное движение совместно управляют структурой фитопланктона в этой пригородной зоне, работа даёт практические рекомендации: управление эрозией, сокращение ввода питательных веществ и аккуратное регулирование водообмена могут помочь сохранить эти пригородные воды более прозрачными, стабильными и способными лучше поддерживать жизнь.

Цитирование: Wang, L., Wang, C., Liu, X. et al. Characteristics and driving factors of phytoplankton community in urban-rural interface watershed. Sci Rep 16, 15761 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45995-z

Ключевые слова: фитопланктон, городское озеро, качество воды, эвтрофикация, загрязнение питательными веществами