Хотя исследователи давно подозревали, что изменение климата приведет к более сильному и более частому цветению, новое сочетание моделей климата и моделей водоразделов подтвердило эти подозрения: по крайней мере, для озера Эри количество сильных цветений, вероятно, удвоится в течение следующего года. 100 лет.
Полученные результаты имеют значение для сотен прибрежных регионов по всему миру, где сток питательных веществ и изменение климата пересекаются, создавая проблему с токсичными водорослями.
По словам Джей Мартина, профессора экологической инженерии в Университете штата Огайо, правительственным учреждениям необходимо иметь в своем распоряжении больше, чем просто исторические записи, когда они устанавливают правила по сокращению поступления питательных веществ.
Например, Огайо, Мичиган и Онтарио, Канада, согласились сократить сток фосфора на 40 процентов в течение следующих 10 лет. Частично это сокращение предназначено для снижения вероятности еще одного токсичного цветения, поражающего Толедо.
"Сейчас мы можем давать рекомендации только на основе прошлого, но климат не является постоянным.
Нам нужно взглянуть на климатические модели будущего, чтобы защитить качество воды в озере Эри и во всем мире », — сказал Мартин, который также возглавляет университетскую программу качества воды Field to Faucet.
"Может быть, 40 процентов недостаточно для сокращения."
На самом деле, исследование предполагает, что одного сокращения питательных веществ может быть недостаточно, чтобы предотвратить повторение цветения, подобного тому, которое было в 2014 году, в озере Эри, сказал Ноэль Алоизиус, постдокторский исследователь, который представил результаты команды в среду, декабрь. 16, на заседании Американского геофизического союза в Сан-Франциско.
К Алоизиусу присоединился Ханс Паерл из Института морских наук Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, который представил дополнительные данные из США и Китая.
Согласно исследованию штата Огайо, сокращение количества питательных веществ не окажет такого сильного воздействия на озеро Эри, как ожидали бы исследователи.
Алоизиус объяснил, что изменение климата увеличивает количество водорослей, так же как анаболические стероиды заряжают атлетов.
«Наша оценка климата в регионе показывает, что зимой меньше снега, больше обильных весенних дождей и жарче летом», — сказал он. "Это идеальные условия для выращивания водорослей. Мы можем снизить уровень фосфора на 40 процентов, но водоросли не пострадают так сильно, как вы могли бы надеяться."
Мартин и Алоизиус проводят двухлетнее исследование — первое, в котором модели глобального изменения климата сочетаются с моделью водораздела, чтобы предсказать, как изменение климата повлияет на цветение водорослей в отдельном прибрежном регионе: в данном случае водораздел реки Моми. и озеро Эри.
Озеро Эри может содержать только 2 процента всей воды в Великих озерах, но в нем содержится 50 процентов рыбы, включая промысловую рыбу, которая содержит 1 доллар.7 миллиардов туристической индустрии. Он также обеспечивает питьевой водой 11 миллионов человек, а его водосборный бассейн проходит через центр сельского хозяйства Среднего Запада. Фактически, 75 процентов водораздела Мауми площадью 6600 квадратных миль покрыто полями кукурузы, сои и озимой пшеницы.
Хотя здоровье озера Эри так важно для окружающих его штатов и канадских провинций, токсичные водоросли являются проблемой во всем мире. В этом исследовании представлены методы прогнозирования, которые также могут быть применены к этим областям.
Одним из таких регионов является Китай, где городское население и сельское хозяйство процветают. Паэрл, профессор морских наук в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, изучает озеро Тайху, третье по величине пресноводное озеро в Китае.
Озеро Тайху в пять раз меньше, чем озеро Эри, и в девять раз мельче, поэтому его легче наводнить токсичные водоросли — отличный тест на решение проблем с водорослями, с которыми Соединенные Штаты, вероятно, столкнутся в ближайшие десятилетия.
«Озеро Тайху является« зеркалом »того, насколько сильным может быть цветение водорослей, когда чрезмерная нагрузка питательными веществами синергетически взаимодействует с потеплением», — сказал Паерл. "Наше исследование Taihu научило нас, что необходимо уменьшить поступление как фосфора, так и азота, чтобы контролировать распространение цветения водорослей."
Это потому, что многие озера уже испытали десятилетия чрезмерного обогащения питательными веществами из-за ускоренного использования химических удобрений и увеличения сброса сточных вод из урбанизации во всем мире.
По его словам, эти озера в наследство хранят оба питательных вещества в своих отложениях. Команда Паерла изучает различные стратегии снижения и контроля водорослей, включая искусственное смешивание и усиленную промывку пресной водой затронутых озер и водохранилищ, а также использование альгицидов, флокулянтов и звуковой обработки для остановки цветения.
«Следует отметить, — сказал он, — что независимо от того, какие виды физических или химических обработок мы используем для смягчения цветения, они должны сопровождаться сокращением поступления питательных веществ."
Чтобы составить свой прогноз для озера Эри, исследователи из штата Огайо выбрали серию результатов климатических моделей из пятой оценки изменения климата Межправительственной группы экспертов по изменению климата и соединили их с моделями прогнозирования водораздела и цветения, объединив такие переменные, как сток реки, осадки и температура, с топология ландшафта, типы почв, методы возделывания сельскохозяйственных культур и управление дренажем. Ричард Штумпф из Национальных центров прибрежных и океанических исследований Национального управления океанических и атмосферных исследований руководил разработкой модели прогнозирования цветения.
В настоящее время Мартин и Алоизиус работают с расширением Университета штата Огайо, Школой окружающей среды и природных ресурсов и Школой коммуникаций, чтобы получить более четкое представление о том, как заинтересованные стороны ожидают управления водоразделом Мауми. Затем они включат эти планы управления в модели.
В конечном итоге исследователи хотят определить методы ведения сельского хозяйства или управления водными ресурсами, которые уменьшают сток питательных веществ без неблагоприятного воздействия на сельскохозяйственное производство.
«Фермеры должны быть очень эффективными, чтобы зарабатывать на жизнь», — сказал Алоизиус. "Если мы сможем помочь им использовать меньше удобрений, это означает экономию средств, но если решение предполагает внесение удобрений таким образом, чтобы тракторы работали дольше, они покупают больше ископаемого топлива.
Поэтому нам необходимо сбалансировать финансовые и экологические затраты."
Стюарт Лудсин, доцент кафедры водной экологии, является дополнительным сотрудником штата Огайо по проекту.
Field to Faucet финансируется Колледжем пищевых, сельскохозяйственных и экологических наук, который запустил программу в ответ на проблему токсичных водорослей в Толедо в 2014 году.
Работа Ханса Паерла в Китае осуществляется в сотрудничестве с Боцян Цинь, Гуанвэй Чжу и Сюй Хай из Нанкинского института географии и лимнологии Китайской академии наук при поддержке отделов экологической биологии и экологической инженерии и устойчивого развития Национального научного фонда.