Istraživači sa Univerziteta Nevada u Renou završili su jednu od najopsežnijih studija otpornosti reka, ispitujući kako se rečni ekosistemi oporavljaju nakon poplava. Oni su razvili novi pristup modeliranju koji je koristio podatke sa senzora kiseonika postavljenih u reke da bi procenio dnevni rast vodenih biljaka i algi. Istraživači su zatim modelirali biomasu algi i biljaka u 143 reke širom susednih SAD da bi kvantifikovali koliki obim poplava remeti biomasu i koliko dugo je rekama potrebno da se oporave od poplava.
Povećano razumevanje otpornosti reka je važno za održavanje zdravih reka, jer ljudska dejstva mogu uticati na režime poplava i promeniti uslove u rekama za drugi vodeni život koji se može oslanjati na alge i biljke kao izvor hrane.
Docent Joanna Blaszczak i postdoktorand Heili Lovman, oboje na Univerzitetskom koledžu za poljoprivredu, biotehnologiju i prirodne resurse i Global Vater Center, vodili su istraživanje, koje je objavljeno u dva odvojena članka u časopisu.
Preliminarni rad, koji je vodio Blaszczak i objavljen u Ecology Letters prošlog juna, prvo je proučavao šest rijeka i postavio temelje i metodologiju za drugu studiju, koju je Blaszczak angažovao Lovmana da sprovede, ispitujući 143 rijeke. Rezultati tog istraživanja objavljeni su 24. januara u Zborniku Nacionalne akademije nauka.
Istraživanje je jedinstveno jer procenjuje promene u biomasi u rekama češće nego ikada ranije bez potrebe za direktnim uzorkovanjem reka. Ovo se radi korišćenjem podataka sa senzora kiseonika koje je u reke postavio Geološki zavod SAD i populacionog modela algi i biljne biomase—slično modelu ljudske populacije koji modeluje promenu broja ljudi tokom vremena, ali umesto toga modelira promena količine algi i biljaka.
Senzori kiseonika počeli su da prikupljaju podatke 2007. godine, a najnovija studija koju je vodila Nevada o 143 reke uključuje neke podatke koji su već devet godina za redom, među najdužim takvim zapisima za reke širom sveta.
„Ranije ste morali da idete do reke i ribate kamenje da biste izmerili alge, i to nekoliko puta tokom dužeg vremenskog perioda da biste procenili promene u rastu i gubitku biomase“, rekao je Blaszczak. „Ovo oduzima mnogo vremena, tako da su podaci izuzetno ograničeni u odnosu na to koliko su naše senzorske mreže opsežne.“
Blaszczak je rekao da je sa senzorima kiseonika koji uzimaju podatke svakih pet minuta, tim otkrio da bi mogli da koriste statističke modele za izdvajanje količine fotosinteze koja se dešava dnevno i procenu dnevnih promena u količini biomase u reci tokom vremena.
„Senzori rastvorenog kiseonika pokazuju vrhunac tokom dana, a nizak tokom noći, i iz tih obrazaca možete proceniti koliko je novih algi i druge biomase poraslo tog dana“, rekla je ona. „Sa senzorima koji kontinuirano mere podatke u stotinama reka već godinama, možemo da dobijemo mnogo veću, jasniju sliku. Podaci su tu i možemo da ih koristimo za modeliranje veličine poplave potrebne da se poremeti biomasa u reci, kao i brzinu kojom se reka oporavlja od poplava, što nam može pomoći da efikasnije upravljamo rekama“.
U prvoj studiji, Blaszczak je koristio dvogodišnje podatke sa senzora kiseonika postavljenih u šest reka. Otkrila je da bi mogla uspešno da koristi ove podatke za modeliranje praga poplava specifičnog za reku koja je poremetila osnovnu biomasu, i da je generalno, veličina poplave neophodna da se poremeti biomasa i smanji produktivnost ekosistema bila niža od praga protoka poremećaja koji je potreban za mobilizaciju sediment rečnog korita, metrika poremećaja koju obično koriste oni koji proučavaju reke.
Drugim rečima, umesto procene poremećaja reke kretanjem stena po koritu reke, ova studija je koristila biologiju – promene u algama i rastu biljaka – da kvantifikuje poremećaje u reci i otkrila je da je prag biološkog poremećaja bila niža.
„Količina biomase je važna za kvalitet vode i izvor hrane za sve što živi u reci“, objasnio je Blaščak, „tako da je važnija od kretanja stena, u smislu kako poremećaj utiče na rečni ekosistem“.
Blaszczak, slatkovodni ekolog, započela je ovaj rad sa Robertom O. Hallom mlađim sa biološke stanice Flathead Lake na Univerzitetu u Montani i angažovala je pomoć svog kolege docenta Roberta Shrivera, biljnog ekologa, za oba istraživačka projekta kako bi završili modeliranje rasta biomase. Blaszczak, Shriver i Lovman sprovode istraživanja kao deo Odeljenja za prirodne resurse i nauku o životnoj sredini koledža, kao i istraživačke jedinice Koledža za eksperimentalnu stanicu. Nastavnici koledža često koriste interdisciplinarne pristupe kako bi odgovorili na istraživačke izazove, rekao je Blaszczak.
Blaszczak je želeo da uđe dalje primenom ovog pristupa na više reka tokom dužeg vremenskog perioda kako bi bacio svetlo na to kako različiti faktori mogu da utiču na pragove reke za poremećaje od poplava i njenu otpornost na poplave. Tako je regrutovala Lovmana da se upusti u drugu, opsežniju studiju. Lovmanovo istraživanje je ispitivalo karakteristike pejzaža i reka koje su uticale na otpornost reka na poplave.
„Nikada nismo imali tako sjajan uvid u otpornost reka, a zbog količine podataka i našeg modeliranja, sada razumemo prirodne varijacije u otpornosti i da se najšire reke bez brana uzvodno najbrže oporavljaju“, Lovman rekao.
Činjenica da se široke reke bez brana oporavljaju brže od širokih reka sa branama uzvodno nije odmah bila očigledna, rekla je ona, i jedan je od primera kako na reke možemo uticati i/ili upravljati našim postupcima. Većina reka koje je Lovman istraživao imala je podatke od tri do četiri godine, pri čemu su neke imale čak devet godina, a nekolicina manje od godinu dana.
„Posedovanje podataka za tri do četiri godine je mnogo više nego što smo ikada ranije mogli da koristimo“, rekao je Lovman. „I, koristili smo reke različitih veličina sa različitim klimatskim i karakteristikama zemljišta.“
Osim što su šire reke bez brana otpornije, Lovman je rekao da su reke koje su imale češće poplave takođe brže oporavljale.
„Može biti da su imali dugu istoriju čestih poplava, tako da su njihove alge i biljne zajednice razvile sposobnost da se prilagode češćim uznemiravanjima“, rekla je ona.
Sve u svemu, Lovman je rekao da su rezultati novog modela u skladu sa drugim prethodnim pristupima. Ali, ona je rekla da je nekim lokacijama bilo potrebno mnogo duže, mesec dana ili više, da se oporave od poplava nego drugim lokacijama, bez obzira na veličinu reke.
„To može biti sastav algi i biljnih zajednica, struktura rečnog korita ili drugi faktori“, rekla je ona. „Pragovi i vremena oporavka vrlo verovatno delimično zavise od nagiba, veličine zrna sedimenta i verovatno drugih faktora koji nisu dobro dokumentovani. To su neki sledeći koraci za buduća istraživanja.“
