Двухконтурная модель формирования и прогноза окислительно-восстановительных условий в озерах

Аннотация

Пресноводные озера, выступая аккумуляторами вещества, поступающего с водосборных территорий, подвержены риску внутренней биогенной и токсической нагрузки, инициируемой сменой окислительно-восстановительных условий на границе «вода – донные отложения». На основе синхронизированных данных по химическому и гранулометрическому составу почв водосборов, донных отложений, а также гидрохимическим характеристикам водных масс 38 озер Республики Татарстан предложена и верифицирована двухконтурная модель регуляции окислительно-восстановительного режима водоемов. Модель включает динамический редокс-контур, регулируемый постседиментационными процессами трансформации лабильного органического вещества, и стабилизирующий сорбционный контур, связанный с накоплением в донных отложениях устойчивого органического вещества (гумуса) и тонкодисперсных минеральных частиц терригенного генезиса. С использованием гидрохимических индикаторов (соотношение NH₄⁺/NO₃^‒, ХПК/БПК₅, концентрации O₂, Fe, Mn, PO₄^3‒) формализованы четыре фазы (зоны) окислительно-восстановительного состояния системы – от аэробной до сульфатредукционной. Методом Random Forest установлено, что положение водоема/его участка в описываемом фазовом пространстве с высокой точностью (R²=0.91, accuracy=0.89) предсказывается всего четырьмя стабильными параметрами: содержанием органического вещества в донных отложениях (вектор активации редокс-процессов), содержанием тонкодисперсных частиц в почвах водосбора (вектор стабилизации), а также содержанием азота в почвах и пелитовой фракции в осадках. Результаты обосновывают переход от реактивного мониторинга качества воды к проактивному управлению факторами водосбора и открывают возможности для количественного прогнозирования устойчивости озерных экосистем к эвтрофированию и вторичному загрязнению.