Было показано, что изменения поступления пресной воды, вызванные изменением климата, влияют на структуру и функционирование прибрежных экосистем. Мы оценили изменения влияния речного стока на прибрежные системы Северо-Западной Патагонии (СЗП) за последние десятилетия (1993–2021 гг.) путем комбинированного анализа долгосрочных временных рядов речного стока, гидрологического моделирования, спутниковых данных и данных реанализа о состоянии поверхности моря (температура, мутность и соленость). Значительное снижение минимального речного стока в зоне, охватывающей шесть основных речных бассейнов, было очевидно на недельном, месячном и сезонном уровнях. Эти изменения были наиболее выражены в северных бассейнах со смешанным режимом (например, река Пуэло), но, по-видимому, распространяются на юг, к рекам, характеризующимся нивальным режимом. В прилегающем двухслойном внутреннем море уменьшение поступления пресной воды соответствует более мелкому галоклину и повышению температуры поверхности на севере Патагонии. Наши результаты подчеркивают быстро меняющееся влияние рек на прилегающие эстуарные и прибрежные воды в СЗП. Мы подчеркиваем необходимость межэкосистемного наблюдения, прогнозирования, смягчения последствий и стратегий адаптации в условиях меняющегося климата, а также соответствующего адаптивного управления бассейнами систем, обеспечивающих сток в прибрежные морские воды.
Реки являются основным источником поступления пресной воды с континента в океаны¹. В полузакрытых прибрежных системах реки играют важную роль в процессах циркуляции² и служат связующим звеном между наземными и морскими экосистемами, перенося питательные вещества, органические вещества и осадки, которые дополняют поступления из прибрежного и открытого океана³. Недавние исследования показали изменения в объеме и времени поступления пресной воды в прибрежный океан⁴. Анализ временных рядов и гидрологических моделей демонстрирует различные пространственно-временные закономерности⁵, варьирующиеся, например, от значительного увеличения сброса пресной воды в высоких широтах⁶ — из-за усиления таяния льда — до тенденций к снижению в средних широтах из-за усиления гидрологической засухи⁷. Независимо от направления и масштаба недавно выявленных тенденций, изменение климата было определено как основной фактор изменения гидрологического режима⁸, в то время как воздействие на прибрежные воды и поддерживаемые ими экосистемы еще не полностью оценено и понято⁹. Временные изменения речного стока, обусловленные изменением климата (изменение характера осадков и повышение температуры) и антропогенным воздействием, таким как гидроэлектростанции или водохранилища10,11, отвод воды для орошения и изменения землепользования12, создают трудности при анализе тенденций поступления пресной воды13,14. Например, ряд исследований показал, что районы с высоким разнообразием лесов демонстрируют большую устойчивость экосистемы к засухам, чем районы, где преобладают лесные плантации или сельское хозяйство15,16. В средних широтах понимание будущих последствий изменения климата для прибрежного океана путем разграничения воздействия изменения климата и локальных антропогенных нарушений требует наблюдений за эталонными системами с ограниченными изменениями, чтобы можно было отделить изменения гидрологического режима от локальных антропогенных воздействий.
Западная Патагония (> 41° южной широты на тихоокеанском побережье Южной Америки) является одним из таких хорошо сохранившихся регионов, где постоянные исследования имеют важное значение для мониторинга и защиты этих экосистем. В этом регионе свободно текущие реки взаимодействуют со сложной прибрежной геоморфологией, формируя один из самых обширных макроэстуариев в мире17,18. Благодаря своей удаленности речные бассейны Патагонии остаются удивительно нетронутыми, с высоким уровнем естественного лесного покрова19, низкой плотностью населения и, в целом, без плотин, водохранилищ и ирригационной инфраструктуры. Уязвимость этих прибрежных экосистем к изменениям окружающей среды в основном зависит, в более широком смысле, от их взаимодействия с источниками пресной воды. Поступление пресной воды в прибрежные воды Северо-Западной Патагонии (СЗП; 41–46 º южной широты), включая прямые осадки и речной сток, взаимодействует с океаническими водными массами, особенно с высокосолеными субантарктическими водами (SAAW). Это, в свою очередь, влияет на характер циркуляции, обновления воды и вентиляции20 за счет создания сильных градиентов солености с высокой степенью сезонных колебаний и пространственной неоднородностью в галоклине21. Взаимодействие между этими двумя источниками воды также влияет на состав планктонных сообществ22, воздействует на ослабление света23 и приводит к разбавлению концентраций азота и фосфора в SAAW24 и усилению поступления ортосиликатов в поверхностный слой25,26. Кроме того, приток пресной воды приводит к сильному вертикальному градиенту растворенного кислорода (ДО) в этих эстуарных водах, при этом в верхнем слое обычно наблюдается высокая концентрация ДО (6–8 мл/л)27.
Относительно ограниченное вмешательство, характерное для континентальных бассейнов Патагонии, контрастирует с интенсивным использованием береговой линии, особенно аквакультурой, ключевым экономическим сектором Чили. В настоящее время Чили входит в число ведущих мировых производителей аквакультуры, является вторым по величине экспортером лосося и форели и крупнейшим экспортером мидий28. Разведение лосося и мидий, которое в настоящее время занимает около 2300 концессионных участков общей площадью около 24 000 га в регионе, приносит значительную экономическую выгоду на юге Чили29. Это развитие не обходится без воздействия на окружающую среду, особенно в случае разведения лосося, деятельности, которая вносит экзогенные питательные вещества в эти экосистемы30. Также было показано, что оно крайне уязвимо к изменениям климата31,32.
В последние десятилетия исследования, проведенные в Северо-Западном бассейне, показали снижение притока пресной воды33 и прогнозируют уменьшение речного стока летом и осенью34, а также продление гидрологических засух35. Эти изменения в притоке пресной воды влияют на непосредственные параметры окружающей среды и имеют каскадный эффект на более широкую динамику экосистемы. Например, экстремальные условия в прибрежных поверхностных водах во время летне-осенних засух стали более частыми и в некоторых случаях повлияли на аквакультуру из-за гипоксии36, усиления паразитизма и вредных цветений водорослей32,37,38 (ВЦВ).
В последние десятилетия исследования, проведенные в Северо-Западном бассейне, показали снижение притока пресной воды33 и прогнозируют уменьшение речного стока летом и осенью34, а также продление гидрологических засух35. Эти изменения в притоке пресной воды влияют на непосредственные параметры окружающей среды и имеют каскадный эффект на более широкую динамику экосистемы. Например, экстремальные условия в прибрежных поверхностных водах во время летне-осенних засух стали более частыми и в некоторых случаях повлияли на аквакультуру из-за гипоксии36, усиления паразитизма и вредных цветений водорослей32,37,38 (ВЦВ).
Современные знания о снижении притока пресной воды в Северо-Западном заливе основаны на анализе гидрологических показателей39, которые описывают статистические или динамические свойства гидрологических рядов данных, полученных из ограниченного числа долгосрочных записей и минимального пространственного охвата. Что касается соответствующих гидрографических условий в эстуарных водах Северо-Западного залива или прилегающего прибрежного океана, то долгосрочные данные, полученные непосредственно на месте, отсутствуют. Учитывая уязвимость прибрежной социально-экономической деятельности к воздействию изменения климата, принятие комплексного подхода к управлению и адаптации к изменению климата на границе суши и моря является крайне важным40. Для решения этой задачи мы интегрировали гидрологическое моделирование (1990–2020 гг.) со спутниковыми данными и данными реанализа о состоянии поверхности моря (1993–2020 гг.). Этот подход преследует две основные цели: (1) оценить исторические тенденции гидрологических показателей в региональном масштабе и (2) изучить последствия этих изменений для прилегающей прибрежной системы, особенно в отношении солености, температуры и мутности поверхности моря.
Мы можем предложить различные типы интеллектуальных датчиков для мониторинга гидрологии и качества воды. Приглашаем вас обратиться к нам за консультацией.
Дата публикации: 18 сентября 2024 г.