Rzeki, jeziora, mokradła – bardzo potrzebne, bardzo zagrożone

Ekosystemy słodkowodne to ważne dla nas źródło „usług ekosystemowych”: czerpiemy z nich pożywienie (m.in. ryby, skorupiaki), wykorzystujemy je do retencji wody i wielu innych celów. Ze względu na swoje rozmiary i położenie znajdują się dziś pod dużą presją. Zagrażające im czynniki między innymi zmiana klimatu. Na wycieczkę po rzekach i jeziorach zaprasza dr Tomasz Müller.

Ilustracja 1: Ekosystemy słodkowodne basenu Amazonki pokrywające obszar o powierzchni 1 miliona kilometrów kwadratowych odznaczają się bardzo wysoką bioróżnorodnością. Zdjęcie: Neil Palmer/CIAT dla CIFOR (licencja CC BY-NC_ND 2.0)

W dobie zmiany klimatu stan ekosystemów słodkowodnych jest dla nas istotny z kilku powodów. Po pierwsze, umożliwiają nam one zaspokajanie podstawowych potrzeb, po drugie, działalność człowieka, także poprzez zmianę klimatu, wywiera na nie silny i przeważnie niekorzystny wpływ (presję), wreszcie po trzecie, ekosystemy poddane silnej presji ulegają stopniowemu zniszczeniu, co uniemożliwia czerpanie z nich różnorodnych pożytków w takim stopniu, w jakim robiliśmy to dotąd.
A trzeba pamiętać, iż nasz apetyt na korzystanie z dobrodziejstw ekosystemów słodkowodnych będzie rósł. Często to właśnie z nich czerpiemy wodę wykorzystywaną w rolnictwie i przemyśle, w tym do produkcji i magazynowania energii elektrycznej. Stanowią też źródło wody pitnej i użytkowej, uatrakcyjniają nam odpoczynek i dają schronienie licznym gatunkom, które możemy badać (Ilustracja 1) (Geist i inni, 2011). Ponadto biorą udział w regulacji klimatu ziemskiego m. in. poprzez gromadzenie węgla w osadach jeziornych i torfowych (Heino 2021). Podsumowując, środowiska oparte o wody słodkie są niezbędne dla społeczności, gospodarki i nauki, bez nich trudno sobie wyobrazić wzrost dobrobytu na Ziemi w ciągu ostatnich dwustu lat (Pinker 2018).

Ekosystemy słodkowodne – czyli adekwatnie jakie?

Należą do nich nie tylko – jak mogłoby się nam wydawać – wartkie rzeki i strumienie czy jeziora, stawy i inne zbiorniki o nurcie bardzo powolnym. Specjaliści zaliczają do nich także mokradła, terasy zalewowe i strefy nadbrzeżne (na granicy rzek i lądu) czyli ekosystemy wodno-błotne (Geist i inni, 2011; GWP, 2015).

Jeziora wraz ze śródlądowymi zbiornikami wodnymi obejmują 2,4%, a mokradła 6,2–7,6% powierzchni lądów (Lehner i Döll, 2004). Pomimo niewielkich rozmiarów – ekosystemy słodkowodne gromadzą jedynie 0,01% zasobów wody na Ziemi – obszary te wyróżniają się znacznym bogactwem form życia. Skupiają około 6% wszystkich znanych gatunków (szacowana liczba gatunków żyjących na Ziemi wielokrotnie przekracza liczbę dotąd opisanych gatunków, czyli ok. 1,5 mln i wynosi 13,2 mln lub więcej) (Gaston i Spicer 2004), 10% znanych gatunków zwierząt i jedną trzecią gatunków kręgowców (Ilustracja 2) (Dudgeon i inni, 2006).

Ilustracja 2: Bogactwo gatunkowe ryb słodkowodnych w basenach rzecznych. Źródło: van der Sleen i Albert (2022).

Słodkowodna bioróżnorodność zagrożona

Niszcząc ekosystemy słodkowodne nie tylko utrudniamy sobie samym czerpanie z nich korzyści, ale także przyczyniamy się do zmniejszenia ich bogactwa biologicznego (Geist i inni, 2011). Liczne dane wskazują, iż tempo utraty bioróżnorodności przez ekosystemy słodkowodne jest wysokie i ciągle wzrasta (Strayer i inni, 2006). Aby to prześledzić, możemy sięgnąć po Wskaźnik Zasobów Biologicznych Planety (ang. The Living Planet Index) LPI, opracowany przez The World Wild Fund. Mówi on o zmianach liczebności populacji wybranych gatunków kręgowców zamieszkujących wszystkie kontynenty (poza Antarktydą) od roku 1970. Do 2012 r. według wskaźnika LPI przeciętny spadek liczebności populacji dla ekosystemów słodkowodnych wyniósł 81% w (przedziały ufności od 68% – 89%), podczas gdy dla ekosystemów lądowych było to jedynie 38% a morskich – 36% (przedziały ufności odpowiednio 21% – 51% i 20% – 48%), (WWF, 2016). W roku 2018 LPI dla ekosystemów słodkowodnych wzrósł już do 83% (przedziały ufności od 74% – 89%) (WWF, 2022).

Utratę bioróżnorodności możemy także prześledzić, obserwując wymieranie gatunków na danym obszarze. Fauna Ameryki Północnej należy do najlepiej poznanych ze względu na znaczną liczbę pracujących tam badaczy i przyrodników. Wyniki oszacowań tempa wymierania gatunków dla tego kontynentu w XX w. potwierdzają ogólne wnioski płynące z porównania wartości globalnych wskaźników LPI; w Ameryce Północnej gatunki słodkowodne wymierają w tempie pięciokrotnie szybszym niż gatunki lądowe oraz morskie. Ponadto prognozy wskazują na przyśpieszenie tempa wymierania gatunków w XXI w., wśród których grupą szczególnie zagrożoną są małże słodkowodne (Ricciardi i Rasmussen 1999). Również w Europie większość gatunków słodkowodnych małży jest zagrożona wyginięciem (Sousa i inni 2022).

Ilustracja 3: Pojezierze Mazurskie. Zdjęcie: Mariusz Cieszewski / www.polska.pl, za Ministerstwem Spraw Zagranicznych (licencja CC BY-NC 2.0)

Co zagraża ekosystemom słodkowodnym?

Do szybkiej utraty bioróżnorodności przez ekosystemy słodkowodne przyczyniają się następujące zmieniające się w czasie i wzajemnie powiązane czynniki:

• zmiana klimatu,
• zmiana przepływu wód,
• degradacja i niszczenie siedlisk gatunków czyli fragmentów środowiska fizycznego zawierających wszelkie zasoby (pożywienie, woda, schronienie) niezbędne do przetrwania i rozmnażania się osobników danego gatunku (Franklin i inni 2002),
• ścieki i inne zanieczyszczenia,
• gatunki inwazyjne i eksploatacja zasobów w tempie przekraczającym tempo ich odnawiania się (Geist i inni, 2011; Reid i inni, 2019).

Bezpośrednie skutki zmiany klimatu

Globalne ocieplenie wpływa na parametry fizykochemiczne (skład chemiczny, barwę, przejrzystość) i zasoby wód w ekosystemach słodkowodnych. Wzrost temperatury powietrza przy powierzchni globu przekłada się na wzrost temperatury powierzchniowych warstw wody w jeziorach o 0,34 °C na dekadę, wzrasta także temperatura wód w rzekach. Skraca to okres zalegania pokrywy lodowej lub w ogóle zapobiega jej powstawaniu. Oba te zjawiska ograniczają mieszanie się natlenionych wód powierzchniowych z głębinowymi. Z kolei słabsze mieszanie się wód oraz spadek rozpuszczalności tlenu w wodzie wraz ze wzrostem temperatury, sprzyjają wykształcaniu się stref beztlenowych (Capon i inni 2021; Woolway i inni, 2020).

Jednym z przejawów zmiany klimatu jest zmiana rytmu występowania opadów: częstsze stają się zarówno susze jak i gwałtowne deszcze, co nasila wahania przepływu wód w rzekach. Podobne skutki ma stopniowy zanik lodowców górskich, które w przypadku wielu rzek stanowiły do niedawna stabilne źródło wody. W wyniku tych zmian niektóre z rzek i strumieni okresowo wysychają Geist i inni, 2011).

Ilustracja 4: Niski stan wody w Wiśle, Toruń, sierpień 2015. Zdjęcie: Pko (licencja CC BY-SA 4.0).

Ocieplenie klimatu odbija się na większości zjawisk i procesów biologicznych, takich jak wzrost osobników, struktura wiekowa populacji, wielkość produkcji materii organicznej w ekosystemach, wzajemne oddziaływania międzygatunkowe oraz zasięgi gatunków (Scheffers i inni 2016). Ciągłe zmiany szeregu istotnych parametrów środowiskowych (fizykochemicznych) oraz biologicznych stanowią źródło rosnącego stresu dla gatunków słodkowodnych. Stres ten może znacząco ograniczać bioróżnorodność. Oto kilka przykładów:

• Prognozowany wzrost temperatury wody może przekraczać zdolności przystosowawcze wielu gatunków słodkowodnych, w tym bezkręgowców, ryb, płazów i gadów.
• Pojawianie się stref beztlenowych w jeziorach jest zabójcze dla większości gatunków, podobnie jak znaczne wahania poziomu wód w rzekach (Geist i inni, 2011).
• Przyspieszone topnienie lodu, wzrost temperatury wód i zwiększenie stężenia CO₂ w atmosferze stwarzają korzystne warunki do masowego pojawiania się glonów i sinic, których produkty przemiany materii w naturalnie występujących stężeniach wykazują działanie toksyczne dla roślin i zwierząt (Huisman i inni, 2018; Griffiths i Gobler, 2020).

Zmiana przepływu wód

Ilość wody przepływająca przez przekrój rzeki w jednostce czasu ma ogromny wpływ na życie organizmów słodkowodnych. Wzrost przepływu wód (nie dotyczy rzek uregulowanych) zwiększa bogactwo siedlisk (także ptasich), ułatwia wędrówkę organizmów, przyczyniając się do wzrostu bioróżnorodności. Zmniejszanie się przepływu wód sprzyja z kolei wzrostowi ich temperatury i zwiększaniu się stężenia składników mineralnych w wodach, co stwarza warunki do masowego występowania glonów i sinic (Ministry for the Environment & Stats NZ 2020).

Do zmniejszenia przepływu wód przyczynia się nie tylko zmiana klimatu, ale też pobieranie znacznych ilości wody słodkiej przez rolnictwo, przemysł i usługi komunalne (Ramka 1). Znaczna część tej masy wód nie jest zwracana do środowiska, a woda kierowana do niego z powrotem bywa z kolei zanieczyszczona chemicznie lub podgrzana (zrzuty wód pochłodniczych).

Ilustracja 5: Ujęcie wody w Dobczycach. Zdjęcie: Marcin Bajer (licncja CC BY-NC).

Prognozowany wzrost populacji globalnej do 9,7 mld w 2050 r. (stabilizacja na poziomie 10,4 mld osób ma nastąpić pod koniec XXI w.) (UN, 2022), zwiększy wodochłonną z zasady produkcję żywności o kolejne 50 – 70%. Sytuację komplikuje prognozowany wzrost produkcji rolniczej przeznaczanej do produkcji biopaliw (Rockstrom i inni, 2014; IEA 2021).

Dodatkowo zapotrzebowanie na wodę ludności i przez to presję na ekosystemy słodkowodne będzie nasilać postępująca zmiana klimatu. Zanik lodowców, zwiększenie częstości susz i nasilenie parowania wody ograniczą ilość wody dostępnej np. dla rolnictwa i będą skłaniać ludność do większego poboru wody z rzek i in. (IPCC 2016; IPCC, 2021).

Degradacja i całkowite niszczenie siedlisk

Działania w obrębie zlewni (obszarze, z którego wszystkie wody spływają do tego samego miejsca) takie jak wycinka lasów i intensywna gospodarka rolna, o których zwykle piszemy w kontekście emisji gazów cieplarnianych (patrz Szybki cykl węglowy: atmosfera i ekosystemy lądowe), prowadzą także do przeżyźnienia jezior, zakwitów glonów i powstawania stref beztlenowych.

Do obniżania przepływu wody w rzekach oraz dzielenia siedlisk na mniejsze części, nieposiadające wszystkich zasobów niezbędnych do przetrwania i rozmnażania się osobników danego gatunku, obok zmiany klimatu przyczyniają się także

– wykorzystywanie wody w rolnictwie i do celów komunalnych

– budowa tam i zapór uniemożliwiających swobodny przepływ ryb wzdłuż cieku wodnego,

– inne zabiegi regulujące bieg rzeki (na przykład poprowadzenie jej podziemnym kanałem, co odcina dostęp światła dziennego do części koryta i uniemożliwia funkcjonowanie w nim organizmów, które go potrzebują).
Obecnie na świecie planuje się lub prowadzi budowę ponad 3700 dużych obiektów piętrzących wodę oraz innych elementów infrastruktury wodnej (Geist i inni, 2011; Fuller i inni 2015; Reid i inni, 2019). Przykładem niszczenia ekosystemów słodkowodnych jest też przekształcenie w pola uprawne, tereny pod zabudowę czy elementy infrastruktury znacznej części (16 – 23% od roku 1700) mokradeł (Ilustracja 6) (Fluet-Chouinard i inni 2023).

Ilustracja 6: Według najnowszych badań, od roku 1700 ludzkość przekształciła około 21% mokradeł w pola i inne użytki. Źródło: Fluet-Chouinard i in. (2023).

Ścieki i zanieczyszczenia

Do degradacji siedlisk przyczynia się także zanieczyszczenie wód ściekami komunalnymi i przemysłowymi, które rośnie głównie w krajach rozwijających się (np. w rzece Jangcy w Chinach), podczas gdy w krajach rozwiniętych zmniejszyło się znacznie od końca XX w. (Rockstrom i inni, 2014).

Istotnym problemem jest także wzrost stężenia jonów soli w wodach słodkich do wartości przekraczających zdolności przystosowawcze organizmów, spowodowany działalnością rolnictwa, przemysłu wydobywczego (zasolone wody pokopalniane) i użyciem soli przez służby drogowe (Cunillera-Montcusi i inni 2022, więcej na ten temat także w blogu Świat wody).

Obok zanieczyszczenia „klasycznymi” substancjami jak cząsteczki organiczne, metale ciężkie, związki azotu i fosforu, czy DDT, w wodach słodkich zaczynają się pojawiać takie składniki jak substancje stosowane przy produkcji leków, nanocząsteczki, mikroplastik – którego źródło stanowi min. pranie odzieży w gospodarstwach domowych (patrz też Świat wody)– czy substancje czynne hormonalnie (Reid i inni, 2019; Lant i inni 2020).

Intensywne wymywanie nawozów sztucznych z pól oraz ścieki komunalne i przemysłowe zawierające tzw. pierwiastki biogenne (sprzyjające życiu) – głównie azot i fosfor – powodują szybkie przeżyźnienie (eutrofizację) rzek i jezior. Sprzyjają one zakwitom glonów i powstawaniu stref beztlenowych mogących znacznie ograniczać bioróżnorodność i ułatwiać pojawianie się gatunków inwazyjnych (patrz też Z pól do morza – nawozy a środowisko i klimat).

Inwazja obcych i nadmierna eksploatacja

Gatunki inwazyjne, przeniesione do nowych ekosystemów celowo lub przypadkowo, wywierają na nie wyraźnie niekorzystny wpływ, któremu towarzyszą wymierne straty ekonomiczne i społeczne (Tabela 1) (Geist i inni, 2011). Uważa się, iż ekosystemy podlegające presji są bardziej narażone na inwazje. Do sztandarowych przykładów kolonizacji środowisk słodkowodnych należy rozprzestrzenianie się w XIX i XX w. małża racicznicy zmiennej (Dreissena polymorpha) na znaczne obszary Europy i Stanów Zjednoczonych, które, obok generalnie negatywnego wpływu na miejscową faunę (Ilustracja 7; Tabela 1), przyniosło znaczne straty ekonomiczne w energetyce, rolnictwie (nawadnianie pól) i w zaopatrzeniu ludności w wodę pitną (Karatayev i inni, 2015).

Zwierzęta słodkowodne są także narażone na nadmierny odłów. Problem ten dotyka przede wszystkim ryb (łowiska słodkowodne są ważnym źródłem białka dla setek milionów mieszkańców ubogich państw Afryki i Azji), ale także mięczaków i niektórych skorupiaków. Słodkowodne małże były od dwustu lat zbierane dla mięsa, muszli i pereł (Strayer i inni, 2006; University of Wisconsin 2016).

Spośród ryb zagrożone są głównie gatunki rozmnażające się powoli (odbudowa populacji zajmuje dużo czasu), o znacznych rozmiarach ciała (wzrost wymaga czasu, większe ryby zwykle rozmnażają się wolniej niż małe, większe ryby są bardziej poławiane niż mniejsze) oraz tworzące ławice podczas tarła (łatwość połowu), a także gatunki poszukiwane na rynku jak jesiotrowate (Acipenseridae), poławiane dla ikry i mięsa (Geist i inni, 2011).

Ilustracja 7: Racicznica zmienna (Dreissena polymorpha) obrasta stałe powierzchnie, jak wnętrza rur doprowadzających wodę do elektrowni i ujęć wody pitnej, a także muszle małży innych gatunków (tak jak na zdjęciu), przyczyniając się do ich wyginięcia. Zdjęcie: Holger Krisp (licencja CC BY 4.0).

Przyszłość ekosystemów słodkowodnych

Jak widać, ekosystemy słodkowodne podlegają całemu szeregowi czynników utrudniających im przetrwanie w dobrym stanie. Dodatkowo, ich ochronę komplikują;

• postępująca zmiana klimatu oraz wzrost popytu na ziemię rolną i wodę użytkową,
• ich niewielkie rozmiary,
• to, iż stanowią wyspy wody słodkiej w otoczeniu lądów i oceanów,
• zależność od presji lokalnej oraz w całym obszarze zlewni,
• fragmentacja siedlisk,
• pobór wody słodkiej na cele rolnicze i inne,
• niedocenianie przez badaczy i opinię publiczną znaczenia zachowania i odtwarzania tych ekosystemów (Strayer i inni, 2006) i ochrona głównie kręgowców z pominięciem bezkręgowców (Mammola i inni 2020) .

W tej sytuacji skuteczna ochrona ekosystemów słodkowodnych wymaga nadania temu problemowi dużej wagi i powiązanie go z działaniami ochronnymi na terenie całych zlewni. Ponadto istotne jest włączenie badaczy (także amatorów), praktyków ochrony środowiska, przedstawicieli organizacji pozarządowych, polityków i „zwykłych” obywateli w praktykę podejmowania decyzji dotyczących zasobów wód słodkich (Darwall i inni, 2018).

Działania na rzecz ekosystemów słodkowodnych, oprócz ochrony gatunków i ich areału powinny uwzględniać szerszy kontekst biologiczny, aspekty hydrologiczne, potrzeby społeczne i uwarunkowania ekonomiczne (Geist i inni, 2011). Ważnym elementem takiego podejścia jest zarządzanie zasobami wody słodkiej w zlewniach tak, żeby pogodzić potrzeby populacji ludzkiej i wymogi ochrony środowiskowej. Na szczęście są one w pewnym stopniu zbieżne np. zmniejszenie spływu substancji mineralnych i organicznych z pól może zredukować częstość zakwitów glonów i sinic, co przyniesie korzyści ekosystemom i pozwoli na pełniejsze korzystanie z rekreacji (Reid i inni, 2019).

Działanie na rzecz ochrony ekosystemów słodkowodnych mogą także stanowić część strategii na rzecz adaptacji do zmian klimatu; dla przykładu odtwarzanie przyrzecznych terenów zalewowych i mokradeł zwiększających retencję wody pozwala nie tylko na odzyskanie utraconej bioróżnorodności, ale też zwiększa ochronę przed wezbraniami wód i suszami (Palmer i inni 2009).

Dr Tomasz Müller

konsultacja merytoryczna: dr Anna Maria Łabęcka