esimo logo
icam logo nowpap logo

Природопользование, состояние и тенденции изменений морской среды прибрежных районов России в Японском море

Главная страница | Графические материалы | Архив данных | Распределенные ресурсы |Текущие исследования | Контакты

Эвтрофикация

Существует много определений такого явления как “эвтрофикация”, которые широко обсуждаются в литературе [10, 11]. В практическом отношении, с целью оценки состояния экосистемы, наиболее предпочтительным выглядит определение Андерсона с сотрудниками: “the enrichment of water by nutrients, especially nitrogen and/or phosphorus and organic matter, causing an increased growth of algae and higher forms of plant life to produce an unacceptable deviation in structure, function and stability of organisms present in the water and to the quality of water concerned, compared to reference conditions” [10]. Из этого определения следует практический путь оценки эвтрофикации залива. Он состоит, во-первых, в выборе стандартного состояния по отношению, к которому рассматривается экосистема. Во-вторых, в оценке потоков биогенных элементов в экосистему залива. В-третьих, выбор критериев эвтрофикации. В-четвертых, оценка эвтрофного статуса экосистемы по отношению к стандартному состоянию и к выбранным критериям. Именно этот путь частично был выполнен в работе [8].
В качестве стандартного состояния экосистемы нами была принята станция, в открытой части залива Петра Великого с координатами – 42.417o С.Ш.; 131.588o В.Д. Профили гидрохимических свойств этой станции для летнего сезона показаны на рис.9. Выбор станции обусловлен тем, что эта часть акватории залива Петра Великого не подвергается непосредственным образом антропогенному воздействию. В тоже время гидрохимические свойства этой станции характерны для климатических условий объекта исследования – Амурского залива. Важнейшими свойствами этой станции являются глубина фотического слоя (50 м для летнего сезона) и концентрации биогенных элементов близкие к нулю для области фотического слоя. Именно эти свойства были взяты как стандартные при изучении эвтрофикации Амурского залива.

Рисунок 9 - Сезонное распределение растворенного неорганического фосфора (мкМ) в поверхностном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация растворенного неорганического фосфора больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2


Можно выделить четыре основных источника биогенных элементов и органического вещества, которые обогащают фотический слой Амурского залива: a) коммунально-бытовые стоки г. Владивостока; б) речные воды; в) промежуточные воды Японского моря; г) атмосферные осадки. Из отчетов Владивостокского Коммунального Управления о концентрациях азота и фосфора в стоках и объема этих стоков были определены годовые потоки азота, фосфора, органического вещества и взвешенного вещества (Таблица 1 [8]). Годовое поступление биогенных веществ с речным стоком было оценено в работе [7] и также представлено в Таблице 1. Общеизвестно, что ниже фотического слоя воды мирового океана содержат высокие концентрации биогенных элементов, поэтому береговой апвеллинг представляет собой природный механизм эвтрофикации шельфовых вод. Исследования Амурского залива в октябре 2008 года были проведены после осеннего апвеллинга, т.к. температура придонных вод понизилась до 3 оС, а концентрация нитратов возросла до 18 мкМ. Вода с такой концентрацией нитратов соответствует промежуточной воде Японского моря для глубин около 200 м. Концентрации  DISi, DIP, DIN равны 27, 1.3, 18 мкМ, соответственно. Из температурных профилей было установлено, что эти промежуточные воды Японского моря заместили придонные воды Амурского залива до глубин более 17 м, что приближенно соответствует 2.1*109 м3. Приняв, что взамен вошедших япономорских вод из залива ушли поверхностные воды, практически не содержащие биогенные элементы, была проведена оценка обогащение вод Амурского залива биогенными элементами в результате осеннего апвеллинга (Таблица 1).

Таблица 1 - Годовое поступление биогенных элементов, взвеси, ХПК (T/год) в Амурский залив. (DIN – растворенный неорганический азот; DIP – растворенный неорганический фосфор; DISi – растворенный неорганический кремний; N-tot – общий азот; P-tot – общий фосфор; ХПКCr – бихроматное химическое потребление кислорода; ВВ – взвешенное вещество)

Биогены, ХПК, ВВ

DIN

N-tot

DIP

P-tot

ХПКCr

DISi

ВВ

Речной сток

1800

4200

120

450

36560

17040

117840

Коммунальный сток

700

1150

100

140

8000

-

 2156

Апвеллинг

530

-

82

-

-

1700

-

Знание потоков биогенных элементов в экосистему залива (Таблица 1) не дает понимания о том, много это или мало для того чтобы произошли реальные сдвиги в состоянии экосистемы. Для оценки трофности акваторий вводятся различные критерии. Одним из наиболее негативных следствий эвтрофикации является гипоксия. Она возникает в результате микробиологического окисления органического вещества. Поэтому в качестве основы для количественной оценки трофности акваторий было принято минимальное пороговое значение концентрации растворенного кислорода, равное 76 mM [8]. Используя соотношения Редфилда для азота, фосфора и кислорода в органическом веществе можно рассчитать пороговые значения биогенных элементов в среде [8]:


                                                               (1)
                                                                           (2)
                                                              (3)
Здесь , ,  – пороговые значения DIN, DIP и DISi, соответственно; DOth, DOsat – концентрации кислорода, соответствующие пороговому значению и состоянию насыщения. При написании уравнения (3) было принято, что для диатомовых водорослей выполняется атомное отношение между кремнием и азотом: Si:N=1.05 [12]. Пороговые значения биогенных элементов рассчитанные с помощью уравнений (1) – (3) приведены в Таблице 2.

Таблица 2 - Пороговые концентрации биогенных элементов, рассчитанные при различных температурах для солености, соответствующей солености придонных вод Амурского залива


Сезон

Зима

Весна, осень

Лето

t, oC

0

10

20

S, ‰

33

33

33

DINth, мкМ

33.4

24.3

18.3

DIPth, мкМ

2.1

1.5

1.1

DISth, мкМ

35.5

25.8

19.4

Пороговая концентрация для хлорофилла была принята равной 8 мкг/л [13]. Распределение биогенных элементов в поверхностных водах (Рис. 9-11) указывает на то, что основным их источником в Амурском заливе является река Раздольная. Наиболее существенной особенностью пространственного распределения биогенных элементов является их высокая концентрация в центральной части залива в придонных горизонтах для летнего сезона (рис. 3 – 5). Область высоких содержаний биогенных элементов практически совпадает с областью гипоксии. Таким образом, эвтрофикация вод придонного горизонта (ниже границы фотического слоя) обусловлена “работой” биологического насоса. Суть этого процесса состоит из следующих стадий сукцесии экосистемы в летний сезон: а) “цветение” фитопланктона и синтез “избыточной” биомассы органического вещества в фотическом слое; б) оседание «избыточной» биомассы (не съеденный зоопланктоном) фитопланктона на дно; в) микробиологическое разложение осевшей биомассы на границе раздела вода/дно (“избыточная” его часть не утилизируется зообентосом, а подвергается); г) извлечение из среды кислорода и обогащение среды биогенными элементами и двуокисью углерода. Очевидно, что ниже границы фотического слоя (10 - 15 м) фотосинтез протекать не может, поэтому выделившиеся при микробиологическом разложении органического вещества биогенные элементы не могут быть извлечены из среды для синтеза фитомассы и, следовательно, не может выделяться кислород в среду. Введение стандартного состояния экосистемы (станция с координатами – 42.417o С.Ш.; 131.588o В.Д.) и пороговых значений концентраций биогенных элементов и кислорода дают возможность в пределах данного выбора охарактеризовать Амурский залив как эвтрофный. Однако этот подход является достаточно формальным и не позволяет нам в полной мере понять природу эвтрофности. Ключевым процессом в создании неблагоприятных условий для экосистемы залива (гипоксия придонных вод) является создание “избыточной” биомассы, которая обусловлена “цветением” фитопланктона.

Рисунок 10 - Сезонное распределение растворенного неорганического азота (мкМ) в поверхностном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация растворенного неорганического азота больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2

Рисунок 11 - Сезонное распределение растворенного кремния (мкМ) в поверхностном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация силикатов больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2

 

 

 

 

 

<<< Back

Для корректной работы с CD-ROM рекомендуется установить Internet Explorer 5.0 или выше
Данный CD-ROM является одиннадцатым томом серии информационных продуктов ТОИ ДВО РАН под общим названием: "Информационные ресурсы ТОИ. Океанография".
Copyright © by V.I. Ilichev Pacific Oceanological Institute