Л К Себах - Биогенные элементы в экосистеме керченского пролива - страница 1

Страницы:
1 

УДК 628.394.2(262.54.04)

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЭКОСИСТЕМЕ КЕРЧЕНСКОГО ПРОЛИВА

Л. К. Себах, С. С. Жугайло, С. М. Шепелева, Н. Б. Заремба, А. П. Иванюта

ЮгНИРО

Керченский пролив имеет важное рыбохозяйственное значение в Азово-Чер-номорском бассейне для многих массовых видов рыб, совершающих нагульные, нерестовые и зимовальные миграции из Азовского моря в Черное и обратно. Одна­ко в последние годы формирование условий среды в Керченском проливе происхо­дит в условиях увеличения антропогенных нагрузок, к которым в первую очередь относятся: интенсификация судоходства, увеличение грузоперевозок, включая тран­зитные, работа рейдовых перегрузочных комплексов как в украинской, так и в рос­сийской зонах пролива, возведение гидросооружений и др.

Обсуждая вопросы влияния хозяйственной деятельности на морские экосисте­мы, как правило, в первую очередь обращают внимание на нефтяное и химическое загрязнения. Однако основными гидрохимическими показателями состояния мор­ских экосистем, определяющими условия их функционирования, являются биоген­ные вещества. Это соединения азота, фосфора и кремния. Они наиболее часто вы­ступают в роли элементов, лимитирующих биологическую продуктивность экосис­тем. Изменение во времени концентраций биогенных веществ определяется не толь­ко динамическими процессами в море (течения, конвекция, турбулентная диффузия и др.), но и всем комплексом продукционно-деструкционных процессов.

В связи с этим цель настоящей работы - исследование тенденций и закономер­ностей формирования качества вод Керченского пролива в условиях увеличения антропогенной нагрузки и в частности - перегрузки минеральных удобрений.

Исходными материалами для обобщения послужили результаты более 20 ком­плексных океанологических съемок, выполненных на акватории Керченского про­лива в 1997-2010 гг. Определение биогенных элементов проводилось согласно ме­тодикам, изложенным в [3] в Лаборатории охраны морских экосистем ЮгНИРО, аккредитованной в системе Госстандарта Украины [2].

Минеральные удобрения относят к опасным грузам, так как их попадание в воду создает неблагоприятные условия для обитания гидробионтов.

Ассортимент минеральных удобрений, перегружаемых на внешнем рейде Кер­ченского пролива, включал нитроаммофос, карбамид, сульфат аммония, селитру и сульфат калия.

Первая партия минеральных удобрений (аммофоса) в объеме 36 тыс. т была перегружена в 1997 г. К 2003 г. объем перегрузок достиг максимума - 256 тыс. т в год. В последующие годы он снизился, а с 2008 г. перегрузка минеральных удобре­ний не производится (рис. 1).

В морской воде соединения азота и фосфора представлены органическими и неорганическими формами. Обмен между ними, а также живыми организмами яв­ляется основным фактором, определяющим жизнь водоема.

Органический азот является превалирующим компонентом в валовом содер­жании азота - в среднем на его долю приходится до 97 % (рис. 2).


300

 

250

 

200

 

150

 

100

 

50

_

0

 

П

pjj   J  I не перегружались

1997 1998 1999 2000 2002 2003 2005 2007 2008 2009 2010 год

Рисунок 1 - Количество перегружаемых минеральных удобрений на рейдовой стоянке КМТП № 471

и н

3000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

о -

VI-    VII-     I-     XII-   XII-   VI-    XI-    V-    XI-     Х-     Х- VII-1997 1997 1998 1999 2000 2002 2002 2003 2003 2005 2009 2010

Рисунок 2 - Динамика соединений азота в воде Керченского пролива (мкг/л)

Минеральный азот в воде присутствует в трех формах: аммонийной, нитрит-ной и нитратной.

Аммонийный азот может поступать в морскую среду при растворении соеди­нений, содержащих аммоний-ион, во время перегрузочных работ. Небольшая часть его образуется в процессе денитрификации. Он является первой минеральной фор­мой азота, образующейся в воде при разложении органического вещества. Аммо­нийный азот потребляется фитопланктоном, поэтому содержание этой формы уве­личивается осенью и зимой и уменьшается летом и весной.

Нитритный азот - промежуточная форма при переходе от аммонийного азота к нитратному, она неустойчива, в связи с чем в морской воде концентрации нитри­тов невысоки. Зимой концентрации его в верхнем продукционном слое выше, чем летом.

Основной формой существования в воде минерального азота, в которой азот имеет максимальную степень окисления, является нитратная.

При попадании минеральных удобрений в морскую среду в процессе перегруз­ки на рейде Керченского пролива происходит их быстрое растворение и обогаще­ние воды соединениями азота (преимущественно аммонийного) (рис. 3).

300 п 250 200 Ч

Н 150

100

50 Ч

г 200

160

Ч 120

Ч 80

Ч 40

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

объем перегрузки, тыс. т концентрации минерального азота, мкг/л

Рисунок 3 - Концентрации минерального азота в воде Керченского пролива (мкг/л) в зависимости от объема перегрузки удобрений

В результате за счет антропогенного подтока биогенных элементов в морскую среду интенсифицируются процессы фотосинтеза, что может привести к неблагоп­риятным для экосистемы последствиям - повышению трофности водоема и, как следствие, в условиях пониженного вертикального водообмена - к интенсифика­ции заморных явлений и массовой гибели гидробионтов.

Влияние интенсивной перегрузки в Керченском проливе (период 1998-2005 гг.) минеральных удобрений, содержащих соединения азота, выразилось в увеличении вклада аммонийного азота, концентрации которого с увеличением объемов пере­грузок также значительно возросли. В последние два года, когда перегрузка мине­ральных удобрений прекратилась, восстановилось естественное соотношение ми­неральных форм азота - преобладающей формой стал азот нитратов (рис. 4).

Учитывая аномально высокий тепловой фон в весенне-летний период 2010 г., когда температура воды в Керченском проливе достигала 31 °С, что способствовало интенсификации всех продукционно-деструкционных процессов, повышенное со­держание биогенных элементов является их естественным результатом.

Органический фосфор, так же, как и органический азот, входит в состав жи­вого вещества. Однако его доля в воде Керченского пролива по сравнению с азотом значительно меньше.

Как и минеральные формы азота, минеральный фосфор (фосфаты) при нор­мальном функционировании морских экосистем высвобождается в результате дес-

0

0

□ азотаммонийный ■ азотнитритный

□ азот нитратный

VI-    VII-     I-     XII-    XII-    VI-    XI-     V-     XI-     Х-     Х- VII-

1997 1997 1998 1999 2000 2002 2002 2003 2003 2005 2009 2010

Рисунок 4 - Динамика минерального азота в воде Керченского пролива (мкг/л)

трукции органического вещества, но может быть привнесен извне (например, с фос­форсодержащими минеральными удобрениями), а также из глубинных горизонтов в результате вертикального обмена.

Кроме того в зоне перегрузки минеральных удобрений отмечается рост кон­центраций органического фосфора: с 6,01 мкг/л (январь 1998 г.) до 73,6 мкг/л (ок­тябрь 2009 г.), т. е. в 12 раз, хотя в количественном выражении концентрации орга­нического фосфора на порядок ниже концентраций органического азота (рис. 5).

Несмотря на интенсивное изъятие фосфатов фитопланктоном в летний пери­од, содержание минерального фосфора в отдельные годы больше, чем органичес­кого. Такое сочетание высоких значений органики и минеральных форм фосфора в летний период одновременно свидетельствует о привнесении биогенов извне. По всей видимости, потребление питательных солей фитопланктоном восполняется в районе перегрузки минеральных удобрений не только за счет разложения органики, но и за счет попадания в воду перегружаемых удобрений, содержащих азот и фос­фор.

Уровень антропогенной составляющей эвтрофикации определяется на основе соотношения органической и минеральной форм биогенных веществ. Несмотря на то, что полученные нами концентрации биогенных веществ не превышали величин ПДК, рассчитанные отношения ИМТорг/Мминер и Рорг/Рминер свидетельствуют о значительном антропогенном влиянии на экосистему пролива (рис. 6).

В многолетнем плане прослеживается тенденция увеличения уровня антропо­генной составляющей эвтрофикации вод Керченского пролива.

160

140

120 -

100

□ фосфор минеральный

□ фосфор органический

VI-    VII-      I-     XII-    XII-    VI-     XI-     V-     XI-      Х-      Х- VII-1997  1997  1998  1999  2000 2002 2002 2003 2003  2005 2009 2010

Рисунок 5 - Динамика соединений фосфора в воде Керченского пролива (мкг/л)

Nope./NMUHep

не-зимний период

ЕЕ

1998     >С 11— I ---------   ХІІ-20СЮ   ХІ-2СЮ2    ХІ-2ПОЗ     Х-2005 Х-2009

Рорг./Рми нер.

 

s                                 осенне-зимний период

 

 

 

 

 

 

 

весенне-летний период

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

і-

 

 

 

1-1997       VII-1997 VI-2002

V-2003

VII-2010

 

А

1998    XII-1999   XII-2000   XI-2002   XI-2003    Х-2005 Х-2009

VI-1997        VII-1997        VI-2002 V-2003 VII-2010

Б

Рисунок 6 - Уровень антропогенной составляющей эвтрофикации вод Керченского пролива: А - соотношение ІЧорг.^минер.; Б - соотношение Рорг./Рминер.

Среднее за рассматриваемый период соотношение форм азота органического и минерального составило в поверхностном горизонте 27,0, в придонном - 28,4, что сопоставимо с данными УкрНЦЭМ, рассчитанными для Керченского проли­ва [1].

Для фосфора характерно иное соотношение органической и минеральной форм: в весеннее-летний период в воде поверхностного горизонта оно составляет 2,21, придонного - 0,80. Подток их из нижележащих слоев вод невелик, о чем свидетель­ствуют величины концентраций минеральных форм азота и фосфора в придонном слое вод.

При этом необходимо отметить, что в районе перегрузки минеральных удобре­ний весьма интенсивно для зимнего периода идут процессы фотосинтеза, что под­тверждается не только высокими концентрациями органического азота и фосфора, которые значительно превышают литературные данные, но и данными о состоянии фитоценоза исследуемого района в зимний период. Например, в декабре 1999 г. в планктоне вегитировало 40 видов водорослей, а в декабре 2000 г. - 48 видов. Уровень развития альгоценоза был высоким. Средняя численность равнялась 101,0 млн. кл./м3, а средняя биомасса - 327,7 мг/м3. Биомассу фитопланктона фор­мировали преимущественно диатомовые водоросли (96 % суммарной биомассы). Из мелких диатомовых наиболее интенсивно развивалась Sceletonema costatum (65 %), из крупных - Cerataulina Bergonii (20 %), типичный представитель второй стадии сукцессии. В ноябре 2005 г., средняя численность фитопланктона составила 69,2 млн. кл./м3, а средняя биомасса - 351,1 мг/м3. Непосредственно в зоне пере­грузки эти показатели были выше и составили, соответственно, 120,0 млн. кл./м3, а биомасса - 561,8 мг/м3. Основу фитоценоза определяли также диатомовые водо­росли (92-94 % суммарной численности и биомассы).

Выводы

Отмечаемый нами с 1999 г. рост концентраций биогенных веществ свидетель­ствует об увеличении эвтрофированности вод Керченского пролива.

Если для периода 1997-2003 гг. можно было говорить о влиянии перегрузки минеральных удобрений на функционирование морской экосистемы в Керченском проливе, выражавшемся в искусственной интенсификации продукционных процес­сов в поверхностном слое вод, то в последние годы, когда этот фактор отсутствует, причиной увеличения содержания биогенных веществ в экосистеме Керченского пролива являются природные факторы, в частности повышенный тепловой фон в

2009 и 2010 гг.

Сравнение концентраций общего азота и фосфора с концентрациями их мине­ральных форм показало преобладание органической компоненты практически за весь исследуемый период, что свидетельствует о преобладании продукционных про­цессов над деструкционными, а, следовательно, о значительном уровне эвтрофика-ции вод пролива.

Литература

1. Борулько В. І., Деньга Ю. М. Екологічний стан Чорного та Азовського морів у 2009 р. // Проблемы экологической безопасности и развития морехозяйствен-ного и нефтегазового комплексов : материалы VII Международной научно-практической конференции. УО МАНЭБ. - Херсон-Одесса: Пассаж, 2010. -

С. 38-46.

2. Петренко О. А., Авдеева Т. М., Жугайло С. С. Природоохранная деятельность

в Азово-Черноморском бассейне лаборатории охраны морских экосистем ЮгНИРО // Рыбное хозяйство. - 2007. - № 3/4 (50, 51). - С. 21-22.

3. РД 52.10.243-92. Руководство по химическому анализу морских вод. - Л.: Гид-

рометеоиздат, 1993. - 264 с.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Л К Себах - Биогенные элементы в экосистеме керченского пролива