Гидробиологи из Китая создали математическую модель, которая поможет эффективно предотвращать цветение водоемов. В ее основе — нелинейная зависимость между размножением фитопланктона и уровнем воды, полученная по данным наблюдений в заливе Сянси водохранилища «Три ущелья». Работа опубликована в Science of The Total Environment.
Из-за медленного течения в водохранилищах возникают условия, в которых охотно размножается фитопланктон — сообщество микроводорослей и цианобактерий. Избыточная масса фитопланктона приводит к цветению водоема: вода становится зеленой и приобретает неприятный запах, в ней копятся токсины, которые негативно влияют на качество воды. Эти изменения в результате оборачиваются экономическими потерями для водообеспечения, рыбоводства и туризма.
Гидробиологи считают, что количество фитопланктона во многом зависит от колебаний уровня воды. При повышении или понижении уровня изменяется объем воды, из-за чего микроводоросли и цианобактерии получают разное количество питательных веществ, а значит, растут с разной скоростью. Однако количественного анализа этой взаимосвязи до сих пор не проводили.
Ученые под руководством Е Линя (Ye Lin) из Института гидробиологии Китайской академии наук детально исследовали, как колебания уровня воды влияют на количество водорослей и цианобактерий. Они также определили временную задержку этого эффекта и построили количественную модель управления массой фитопланктона при помощи регулирования уровня воды.
Для построения модели ученые использовали данные многолетних наблюдений в заливе Сянси водохранилища «Три ущелья», самого крупного гидроэнергетического объекта в мире. В период с 2009 по 2017 год авторы ежедневно измеряли уровень воды в водоеме и отбирали пробы воды. Чтобы проследить суточную динамику биомассы, они измеряли содержание в воде хлорофилла.
Связав уровень воды с содержанием хлорофилла, ученые получили нелинейную зависимость, согласно которой суточное повышение уровня воды приводит к снижению биомассы водорослей. Они также выяснили, что этот эффект происходит с задержкой: через два дня после изменения уровня воды меняется и биомасса фитопланктона.
По этим данным гидробиологи построили эмпирическую динамическую модель, описывающую взаимосвязь уровня воды и содержания хлорофилла. Модель дала достаточно точный результат прогнозирования. В качестве подтверждения авторы приводят пример пробы от 19 июля 2016 года, когда наблюдаемая концентрация хлорофилла составляла 27,67 микрограмм на литр, а уровень воды за сутки повысился на 0,34 метра. Прогнозируемое с помощью модели содержание хлорофилла на 21 июля 2016 года составило 21,88 микрограмм на литр, что оказалось близко к наблюдаемому значению в тот день — 20,86 микрограмм на литр.
Численное моделирование показало, что регулирование уровня воды — простой и эффективный способ контроля цветения фитопланктона. В отличие от существующих качественных оценок, эта модель может иметь реальное практическое применение. В будущем авторы планируют улучшать модель, добавляя в нее другие важные параметры, влияющие на развитие водорослей, например питательные вещества и температуру.
Дамбы — значимые гидротехнические сооружения, поэтому процессы внутри водохранилищ часто становятся предметом изучения. Например, мы писали, как таяние ледников увеличивает объем минеральных взвесей, что сокращает срок службы водохранилищ высокогорной Азии.
Марина Ключникова
Животные происходят с частного ранчо, где их разводили ради рогов
Специалисты по охране природы в течение десяти лет выпустят в заповедниках и национальных парках по всей Африке более двух тысяч южных белых носорогов (Ceratotherium simum simum). Как сообщает New Scientist, животные ранее принадлежали предпринимателю Джону Хьюму (John Hume), который выращивал их на ранчо площадью 8500 гектаров в Южной Африке. Хьюм срезал живым носорогам рога и хранил их, надеясь заработать, когда торговля ими будет легализована (а полученные деньги потратить на сохранение вида). Однако этого так и не произошло, поэтому минувшей весной предприниматель выставил ранчо на торги. На этой неделе некоммерческая организация African Parks, которая управляет охраняемыми территориями в двенадцати странах Африки, заявила, что приобрела ранчо Хьюма вместе со всеми носорогами. Теперь сотрудники African Parks намерены каждый год выпускать примерно по триста из них в тех заповедниках и национальных парках, где они смогут найти достаточно пищи и где будут надежно защищены от браконьеров. Белые носороги с ранчо Хьюма будут использоваться для создания новых популяций вида и пополнения существующих. Например, часть особей может отправиться в национальный парк Гарамба на северо-востоке Демократической Республики Конго, где носорогов пока немного.