Н В Ковалева, В И Мединец - Долговременные изменения качества морских вод черного моря в районе острова змеиный - страница 1

Страницы:
1  2 

196

УДК 504.423

ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА МОРСКИХ ВОД ЧЕРНОГО МОРЯ В РАЙОНЕ ОСТРОВА ЗМЕИНЫЙ

Н. В. Ковалева, В. И. Мединец

Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова

На основе данных о содержании хлорофилла а, растворенного кислорода, общего азота и фосфо­ра были рассчитаны значения трофического индекса TRIX для поверхностных вод Черного моря в районе острова Змеиный за период 2004 - 2011 гг. Проанализирована межгодовая динамика ин­декса TRIX и показано, что он изменялся в диапазоне от 3,1 до 7,0 и охватывал все категории трофического состояния морских вод от олиготрофных до гипертрофных. Минимальные значе­ния (TR1X<4) чаще всего наблюдались в летние периоды, а максимальные - (TRIX = 6 - 7) - весной и осенью, что было обусловлено влиянием речного стока реки Дунай. Выполнено моделирование TRIX за период 1988 - 2003 гг. Сравнение с результатами других исследователей показало, что каче­ство морских вод возле Острова Змеиный значительно выше, чем в прибрежных районах Черного моря. Предлагается использовать научно-исследовательскую станцию на острове Змеиный в каче­стве фоновой для оценки качества морских вод западной части Черного моря.

Ключевые слова: TRIX, общий азот, общий фосфор, хлорофилл а, растворенный кислород

Введение

На протяжении последних десятилетий одной из основных проблем ухудшения состояния прибрежных экосистем морей Европы [11], в том числе и Черного моря [10] является эвтрофика-ция, которая вызвана чрезмерным уровнем соединений азота и фосфора в морских прибрежных водах. Для снижения потоков биогенных веществ и уменьшения эвтрофикации Европейские стра­ны предпринимают значительные усилия, направленные на выявление районов морей, наиболее чувствительных к биогенному загрязнению, в соответствии с методологией, которая была пред­ложена Водной рамочной директивой (ВРД) [16].

Недостатком подхода ВРД к оценке экологического состояния прибрежных морских вод явля­ется довольно сложный учет функционирования биологических сообществ, гидроморфологичес­ких и физико-химических показателей. Более простой метод интегрированной оценки качества прибрежных морских вод с помощью трофического индекса TRIX был предложен Воленвейде-ром [15] для отдельных районов Средиземного моря, который в последние годы все шире исполь­зуется для других европейских морей, в том числе и для Черного моря [1, 2, 6, 9, 14].

Результаты наших исследований прибрежных вод Черного моря, прилегающих к о. Змеиный [4, 5] показывают, что для вод северо-западной части Черного моря (СЗЧМ) основным процессом деградации морских экосистем является эвтрофикация, вызванная поступлением биогенных ве­ществ из береговых источников, от речного стока и из атмосферы. При этом уровни эвтрофика-ции и степень воздействия различных источников на морские экосистемы зависит от района исследований (прибрежные воды, придельтовые районы, открытые воды моря). Особую ценность представляют регулярные исследования в открытых водах моря, которые позволяют проводить оценки состояния экосистемы Черного моря в целом.

Научно-исследовательская станция (НИС) «Остров Змеиный» Одесского национального уни­верситета им. И.И. Мечникова на протяжении последнего десятилетия проводит регулярные ком­плексные гидрологические, гидрохимические, гидробиологические, метеорологические и другие наблюдения за состоянием прибрежных вод о. Змеиный, которые по своим гидролого-гидрохи­мическим характеристикам относятся к открытым водам Черного моря [3, 4].

Цель нашей работы - оценить долговременные изменения качества и трофического состояния морских вод Черного моря в районе о. Змеиный.

Материалы и методы

Материалом для анализа послужили результаты регулярных наблюдений за содержанием кис­лорода, N^, Робщ и хлорофилла а, распределение которых в период 2004 - 2010 гг. приведено на рисунках 1 - 4 соответственно, а также данные авторов, полученные при исследовании прибреж­ных вод СЗЧМ за последние 22 года.

В пробах морской воды, отобранных в поверхностном слое прибрежных вод о. Змеиный про­водились измерения содержания кислорода (DO2, %), общего азота (N^), общего фосфора (Робщ),

ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯхлорофилла a и других гидрологических и гидрохимических параметров. Измерение концентра­ций хлорофилла а выполнялось стандартным спектрофотометрическим методом [7]. Биогенные вещества (N^ и Робщ) и кислород определялись рутинными методами согласно [8]. Трофический индекс (TRIX) рассчитывался по уравнению [15] приведенному ниже:

TRIX (TN, TP) = log( [Chl a] x [DO2(%)] x [NT] x [ PT]+1,5)/1,2

где Chl a - концентрация хлорофилла a (мг-м-3)

DO2(%) - содержание растворенного кислорода в % от уровня насыщения;

NT - концентрация общего азота (ц gN-L-1).

PT - концентрация общего фосфора (ц gP-L-1). Трофический уровень оценивался по значениям TRIX [15], который изменяется в диапазоне от 0 до 10 и характеризует трофность морской среды: низкий трофический уровень (< 4), средний (4 - 5), высокий (5 - 6) и очень высокий (> 6), что соответствует категориям трофности вод: олиготрофные, мезотрофные, евтрофные и гипертрофные.

Данные по динамике расчетного индекса TRIX в районе о. Змеиный представлены за 2004 -2010 гг., а изменения концентраций хлорофилла а и смоделированного индекса TRIX анализиру­ются за период 1988 - 2010 гг.

Результаты и обсуждения

Анализ первичных данных, приведенных на рис. 1 - 4, показал следующее. Относительное содержание кислорода (DO2, %) в прибрежных к о. Змеиный водах (рис. 1) в 2004 - 2011 гг. изменялось от 71,9 до 152,6 %. При этом минимальные значения DO2 (%) наблю­дались в октябре - ноябре, а мак­симальные - в осенне - зимний период года.

Содержание общего фосфора в поверхностных водах моря у бере­гов о. Змеиный (рис. 2) изменялось от 1,0 до 176 мкгР/л. При этом максимальные значения регистри­ровались в основном в осенний период года (октябрь 2007, 2009 и 2010 гг.), а минимальные значения наблюдались в летний период.

Содержание общего азота (рис. 3) изменялось от 7,2 до 4913,4 мкг^л, при этом максимальные значения определены весной

2006 г.

Содержание хлорофилла a в 2004 - 2010 гг. (рис. 4) изменялось от 0,12 до 28,03 мкг/л. При этом максимальные значения чаще все­го регистрировались весной и осе­нью, хотя в 2005 г. максимум был зарегистрирован в начале летнего периода. Минимальные концент­рации хлорофилла a были харак­терны для августа и зимнего пе­риода, когда наблюдается спад раз­вития фитопланктона.

Анализ изменений индекса TRIX в прибрежных водах о. Зме­иный (рис. 5) показал, что диапа­зон его колебаний очень широкий (от 3,0 до 7,0) и в соответствии с классификацией [15], охватывает все категории трофности вод от

^ 170 s150 5 130

я 70

<=>0>0>0>-iO>0>-iO>0>- <^> ——і •—і-—і-—іСЧО>СЧО>СЧСЧО>-—і-——і

Рисунок 1 - Относительное содержание кислорода (%) в повер­хностных водах моря у берегов о. Змеиный

•е-

8

180 150 m 120 90 60 30

0

ооороооооооооо^

Рисунок 2 - Колебания концентраций общего фосфора в повер­хностных водах моря у берегов о. Змеиный

30 25 « 20 15 10

5 0

ч •в»

о ср о

ч X

оооооооооооооо.—і оОоо>—іоо.—і     о     о >—і     о >—і     о >—і

00 "/~!       i/S О       V"!       V~i       KQ       V"!       V~i       О О

т—\ т—\ т—i(NO(NO(N(NO'—1>—i(Nm>—і

Рисунок 3 - Колебания концентраций общего азота в поверхно­стных водах моря у берегов о. Змеиный

s

о

« я 3 ю О

5000 4000 3000 2000 1000

0

ОООООООООООООО^ ОООО-^ОО^ОО^О-^О.^

00</"></"></"></"></"></">о «/">"/">ЧЭ"/">"/">О О ^^^(SJO(NO(N(NO^^(Non^

Рисунок 4 - Колебания концентраций хлорофилла а в поверх­ностных водах моря у берегов о. Змеиный

олиготрофных до гипертрофных. Однако основной массив данных (43 и 39 %) указывает на то, что исследованная вода относилась к категориям мезотрофные (TRIX = 4 - 5) и эвтрофные воды (TRIX = 5

- 6) соответственно. И только 6 % отобранных об­разцов воды относились к катего­рии олиготрофные (TRIX = 3 - 4) и 12 % - гипертрофные (TRIX = 6

- 7) воды. Динамика среднемесяч­ных значений TRIX (рис. 6) пока­зывает, что самые низкие трофи­ческие индексы определены в ян­варе и постепенно повышались в феврале и марте, достигнув мак­симальных (TRIX = 5,9) в апреле.

Примечательно, что в летний период происходило существенное снижение индекса по сравнению с весной, и в июле-августе сред­немесячные значения составляли 4,7 - 4,9, что характеризует состо­яние вод как хорошее. В осенний период значения трофического индекса опять возрастали и, так­же как весной, соответствовали состоянию посредственных морс­ких вод. Увеличение трофическо­го индекса весной и осенью в ис­следованном районе связано с воз­растанием речного стока [4] и на­копление органического вещества в течение вегетационного перио­да [12].

Аналогичная особенность се­зонных колебаний трофического индекса, с понижением его значе­ний в летний период, была отме­чена в прибрежных водах Адриа­тического моря [15] и у берегов Болгарии [13]. Однако у южного побережья Черного моря мини­мальные значения индекса TRIX регистрировались в апреле 2003 г. [9].

Корреляционный анализ, проведенный нами для массивов данных, показал, что коэффициен­ты линейной корреляции TRIX с N^,      и DO2 (%) составляли соответственно 0,43; 0,43 и 0,28.

Наиболее тесная корреляционная

оооооооооооооо^

ООі/Іі/Іі/Іі/Іі/Іі/ІОі/Іі/ІЮі/Іі/ІОО .-H.-i.-ifSOfSOfSfSO'-H'-HfSn'

Рисунок 5 - Многолетняя динамика трофического индекса (TRIX) в поверхностных водах моря у берегов о. Змеиный

Посредственное

Хорошее

Отличное

|||||||   & II

ft

Рисунок 6 - Сезонная динамика трофического индекса (TRIX) и оценка состояния поверхностных вод моря у берегов о. Змеи­ный в период 2004 - 2010 гг.

к

« к

о

•6»

о

7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0

1

y = 0,4616Ln(x) + 5,083 R2 = 0,9607

10 15 20

Концентрация хлорофилла a, мкг/л

25

30

Рисунок 7 - Зависимость изменений трофического индекса (TRIX) от концентраций хлорофилла а в северо-западной час­ти Черного моря у побережья о. Змеиный взаимосвязь (рис. 7) наблюдалась между TRIX и хлорофиллом a = 0,98; p = 0,01), из которой сле­дует, что с увеличением концент­раций хлорофилла а трофический индекс возрастает пропорциональ­но натуральному логарифму со­держания этого пигмента.

Полученная нами практически функциональная зависимость между содержанием хлорофилла a

0

значением TRIX позволяет нам использовать ее для оценок значе­ния TRIX только по значениям кон­центрации хлорофилла a в случае отсутствия данных о содержании кислорода, азота и фосфора. На рис. 8 показана многолетняя дина­мика хлорофилла а в прибрежных водах северо-западной части Чер­ного моря и смоделированные по хлорофиллу значения трофическо­го индекса TRIX за 1988 - 2010 гг. Сравнение смоделированных зна-Рисунок 8 - Многолетняя динамика хлорофилла а и трофичес- чений TRIX (рис. 8) c реальными кого индекса (TRIX) в северо-западной части Черного моря у данными (см. рис. 5) за период побережья о. Змеиный 2004 - 2010 гг. показали высокую

сходимость результатов (г = 65; P

= 0,01).

Анализ трофического состояния прибрежных вод о. Змеиный за период 1988 - 2010 гг. пока­зал, что средние значение индекса TRIX в 1988 - 1989 гг. составляло 6,1 и соответствовало кате­гории гипертрофных морских вод. В 1994 - 1995 гг. трофический индекс понизился до 5,9 и стал соответствовать категории эвтрофных морских вод. В последующие годы (2003 - 2010) среднего­довое значение индекса TRIX постепенно снижалось и достигало минимума в 2005, 2006 и 2008 гг., соответствуя категории мезотрофные. Результаты определения TRIX (таблица) убедительно по­казывают снижение эвтрофикации прибрежных районов северо-западной части Черного моря по сравнению с прошлыми десятилетиями. В последние годы значение TRIX является погранич­ным между средним и высоким трофическим уровнем. При этом полученные результаты указы­вают на то, что за последние 6 лет качество морских вод у берегов о. Змеиный практически не менялось.

Сравнение наших данных с результатами других авторов, представленными в таблице, пока­зало, что значения TRIX для морских вод вблизи о. Змеиный были наименьшими. Так, в Варнен-ском заливе среднее многолетнее (1994 - 2000 гг.) значение индекса TRIX составляло 5,3 [14]. На взморье Дуная [1] среднее значение TRIX весной 2008 г. было равно 5,8, а осенью достигало 6,9. У турецкого побережья Черного моря [9] значения индекса TRIX в течении года изменялись от 6,9 до 7,7. При этом среднее значение TRIX у о. Змеиный составляло около 5,0, изменяясь от 4,6 в 2005 до 5,3 в 2007 гг. Таким образом, современный трофический статус морских вод в районе о. Змеиный является наиболее низким среди изученных районов Черного моря, что позволяет

Значения индекса TRIX в прибрежных водах Черного моря

Год

Данные

Район

N

І'ІІср

Std

Min

Max

Категория трофности

1988­1989

авторов

СЗЧМ

32

6,1

0,6

4,5

6,9

гипертрофные

1994­1995

авторов

СЗЧМ

42

5,9

0,5

5,1

6,7

эвтрофные

1994­2000

[14]

Варненский залив

-

5,3

1,2

2,8

7,9

эвтрофные

2002­2003

[9]

Самсун залив

60

-

>6

<6

7,7

гипертрофные

2003

авторов

Змеиный

77

5,2

0,4

4.4

5,04

эвтрофные

2004

авторов

Змеиный

88

5,2

0,4

4,4

6,3

эвтрофные

2005

авторов

Змеиный

104

4,6

0,9

3,1

6,7

мезотрофные

2006

авторов

Змеиный

136

4,8

0,8

3,0

6,6

мезотрофные

2007

авторов

Змеиный

96

5,3

0,7

3,5

6,9

эвтрофные

2008

авторов

Змеиный

88

4,9

0,7

3,1

6,6

мезотрофные

2008

[1]

Дельта Дуная

-

6,4

-

4,4

8,12

гипертрофные

2009

авторов

Змеиный

44

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Н В Ковалева, В И Мединец - Долговременные изменения качества морских вод черного моря в районе острова змеиный