Было показано, что климатически обусловленные изменения поступления пресной воды 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 комплексного анализа многолетних 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 заметно в недельном, месячном и сезонном масштабах. Эти изменения были наиболее выражены в северных бассейнах со смешанным режимом (например, река Пуэло), но, по-видимому, прогрессируют к югу, к рекам с нивальным режимом. В прилегающем двухслойном внутреннем море сокращение поступления пресной воды соответствует более мелководному галоклину и повышению температуры поверхности по всей Северной Патагонии. Наши результаты подчеркивают быстро меняющееся влияние рек на прилегающие эстуарные и прибрежные воды СЗП. Мы подчеркиваем необходимость разработки стратегий кросс-экосистемного наблюдения, прогнозирования, смягчения последствий и адаптации в условиях изменяющегося климата, а также соответствующего адаптивного управления бассейнами систем, обеспечивающих сток в прибрежные морские воды.
Реки являются основным источником поступления континентальной пресной воды в океаны1. В полузамкнутых прибрежных системах реки играют важную роль в процессах циркуляции2 и служат связующим звеном между наземными и морскими экосистемами, транспортируя питательные вещества, органические вещества и отложения, дополняющие поступления из прибрежной зоны и открытого океана3. Недавние исследования выявили изменения в объёме и сроках поступления пресной воды в прибрежную зону океана4. Анализ временных рядов и гидрологических моделей демонстрирует различные пространственно-временные закономерности5, варьирующиеся, например, от значительного увеличения сбросов пресной воды в высоких широтах6 — из-за усиления таяния льдов — до тенденций к снижению в средних широтах из-за усиления гидрологических засух7. Независимо от направления и масштабов недавно выявленных тенденций, изменение климата было определено как основной фактор изменения гидрологических режимов8, в то время как воздействие на прибрежные воды и экосистемы, которые они поддерживают, ещё предстоит полностью оценить и понять9. Временные изменения речного стока, вызванные изменением климата (изменением характера осадков и повышением температуры) и антропогенным воздействием, таким как строительство плотин гидроэлектростанций или водохранилищ10,11, отвод ирригационных вод и изменения в землепользовании12, создают проблему для анализа тенденций в поступлении пресной воды13,14. Например, несколько исследований показали, что районы с высоким разнообразием лесов демонстрируют большую устойчивость экосистем во время засух, чем районы, где преобладают лесные плантации или сельское хозяйство15,16. В средних широтах понимание будущих последствий изменения климата для прибрежных районов океана путем разделения последствий изменения климата и локальных антропогенных нарушений требует наблюдений в референтных системах с ограниченными изменениями, чтобы можно было отделить изменения гидрологического режима от локальных антропогенных нарушений.
Западная Патагония (> 41 ° ю. ш. на тихоокеанском побережье Южной Америки) является одним из таких хорошо сохранившихся регионов, где постоянные исследования имеют решающее 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 на удивление нетронутыми, с высоким естественным лесным покровом19, низкой плотностью населения и в целом без плотин, водохранилищ и ирригационной инфраструктуры. Уязвимость этих прибрежных экосистем к изменениям окружающей среды зависит главным образом, в более широком смысле, от их взаимодействия с источниками пресной воды. Поступление пресной воды в прибрежные воды северо-западной Патагонии (СЗП; 41–46 ° ю. ш.), 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 посредством формирования сильных градиентов солености с высокой степенью сезонных колебаний и пространственной неоднородностью галоклина21. Взаимодействие между этими двумя источниками воды также влияет на состав планктонных сообществ22, влияет на ослабление света23 и приводит к снижению концентраций азота и фосфора в южно-атлантическом океане24 и увеличению поступления ортосиликата в поверхностный слой25,26. Более того, поступление пресной воды приводит к сильному вертикальному градиенту растворенного кислорода (РК) в этих эстуарных водах, при этом в верхнем слое обычно наблюдается высокая концентрация РК (6–8 мл/л)27.
Относительно ограниченное вмешательство, характерное для континентальных бассейнов Патагонии, контрастирует с интенсивным использованием береговой линии, особенно аквакультурой, ключевым сектором экономики Чили. В настоящее время Чили входит в число крупнейших производителей аквакультуры в мире, является вторым по величине экспортером лосося и форели и крупнейшим экспортером мидий28. Выращивание лосося и мидий, которое в настоящее время занимает около 2300 концессионных участков общей площадью около 24 000 га в регионе, создает значительную экономическую ценность на юге Чили29. Такое развитие событий не обходится без воздействия на окружающую среду, особенно в случае выращивания лосося, деятельность которого 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 регионе, выявили снижение поступления пресной воды33 и прогнозировали снижение речного стока летом и осенью34, а также увеличение продолжительности гидрологических засух35. Эти изменения поступления пресной воды влияют на непосредственные параметры окружающей среды и оказывают каскадное воздействие на общую динамику экосистем. 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 вредоносного цветения водорослей32,37,38 (ВЦВ).
В последние десятилетия исследования, проведенные в Северо-Западном регионе, выявили снижение поступления пресной воды33 и прогнозировали снижение речного стока летом и осенью34, а также увеличение продолжительности гидрологических засух35. Эти изменения поступления пресной воды влияют на непосредственные параметры окружающей среды и оказывают каскадное воздействие на общую динамику экосистем. 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 вредоносного цветения водорослей32,37,38 (ВЦВ).
Современные знания о снижении поступления пресной воды в Северо-Западном регионе основаны на анализе гидрологических показателей39, которые описывают статистические или динамические свойства рядов гидрологических данных, полученных на основе ограниченного количества многолетних наблюдений и минимального пространственного охвата. Что касается соответствующих гидрографических условий в эстуарных водах Северо-Западного региона или прилегающего прибрежного океана, то долгосрочные данные in situ отсутствуют. Учитывая уязвимость прибрежной социально-экономической деятельности к последствиям изменения климата, принятие комплексного подхода к управлению и адаптации к изменению климата, основанного на взаимодействии суша-море, является обязательным40. 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 предоставить различные типы интеллектуальных датчиков для мониторинга гидрологии и качества воды, приглашаем вас проконсультироваться.
Время публикации: 18 сентября 2024 г.