ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 252-261
МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 551.464(262.5)
ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ВЗВЕШЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ФОСФОРА В ВЕРХНЕМ СЛОЕ ГЛУБОКОВОДНОЙ ЧАСТИ
ЧЕРНОГО МОРЯ
© 2015 г. А. С. Кукушкин1, А. В. Пархоменко2
Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь 2Институт биологии южных морей НАН Украины, Севастополь е-шаП: kukushkinas@mail.ru, parkhomenko.al@yandex.ua Поступила в редакцию 26.02.2014 г.
По данным многолетних (1985—1994 гг.) наблюдений рассмотрены особенности сезонной изменчивости пространственного и вертикального распределений концентрации взвешенного органического фосфора (РВОВ) в верхнем слое глубоководной части Черного моря. Получены статистические оценки сезонных изменений содержания РВОВ и отношений концентраций компонентов взвешенного органического вещества (углерод, азот, фосфор) и хлорофилла "а" в поверхностном слое и зоне фотосинтеза. По регрессионным уравнениям и данным по содержанию хлорофилла "а", рассчитанного на основе экспериментальных и спутниковых наблюдений в периоды 1979—1986 и 1998—2010 гг., получены оценки многолетней изменчивости содержания РВОВ в этих слоях моря. Показано, что внутригодовая и межгодовая изменчивость концентрации РВОВ в открытой части Черного моря тесно связана с изменениями биомассы фитопланктона и определяется, с одной стороны, долговременной цикличностью климатических условий и связанных с ними изменениями гидрологического режима, а с другой, перестройкой планктонного сообщества в аэробной зоне Черного моря.
БО1: 10.7868/80030157415020094
ВВЕДЕНИЕ
Для понимания процессов, формирующих и поддерживающих устойчивое функционирование морских экосистем, необходимы исследования количественного и качественного состава взвешенного органического вещества (ВОВ) и отдельных его компонентов во времени и пространстве. Количественные оценки концентрации взвешенного органического углерода (СВОВ), азота (НВОВ) и фосфора (РВОВ) представляют несомненный интерес не только при исследовании трофики и гидрохимической структуры, но и биогеохимических циклов углерода, азота и фосфора в морских экосистемах [1]. Кроме этого, изучение механизма связей между изменениями климатических условий, ВОВ и его компонентами и другими структурно-функциональными показателями фитопланктона за длительные периоды времени необходимо для оценки и прогнозирования экологического состояния морских экосистем.
В последние два десятилетия в шельфовой и глубоководной частях Черного моря активно проводились исследования пространственно-временной изменчивости концентрации компонентов ВОВ (СВОВ и МВОВ) [2, 3, 6-8, 10, 14]. Однако, из-за относительно небольшого количества экспериментальных данных по измерению концентрации РВОВ и неравномерного их распределения по годам и сезонам, сведения о простран-
ственно-временной изменчивости его концентрации в Черном море имеют эпизодический характер [2, 23, 24]. Очевидно, что крайне ограниченные возможности экспедиционных исследований, а также трудоемкость прямых определений концентрации РВОВ не позволяют в ближайшее время надеяться на пополнение экспериментальных данных. Компенсировать их отсутствие можно расчетным путем с использованием корреляционных связей между одновременно измеренными концентрациями РВОВ, СВОВ, NBOB и хлорофилла "а".
Цель настоящей работы — анализ и обобщение экспериментальных и расчетных данных, характеризующих пространственное и вертикальное распределение концентрации РВОВ, а также исследование внутригодовой и межгодовой ее изменчивости в поверхностном слое (0—5 м) и в слое фотосинтеза глубоководной области Черного моря.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использовали экспериментально измеренные концентрации РВОВ, СВОВ, NBOB и хлорофилла "а" (Схд, хл "а") из банка данных отдела экологической физиологии водорослей Института биологии южных морей и Морского гидрофизического института НАН Украины, полученные в открытой части Черного моря с 1978 г. по 1995 г. в 29 научных рейсах на 502 станциях. Из них, од-
Таблица 1. Параметры уравнений регрессии (у = ах + Ь), связывающие концентрацию взвешенного органического фосфора (Рвов), с концентрацией хл "а" (Схл), взвешенного органического углерода (СВОВ) и азота ^ВОВ) в поверхностном слое (ПС) и в слое фотосинтеза (ФС) глубоководной части Черного моря
Параметры уравнения Зима Весна Лето Осень
у х ПС ФС ПС ФС ПС ФС ПС ФС
РВОВ СхЛ а 0.024 0.02 0.082 0.069 0.11 0.08 0.043 0.081
Ь 0.014 0.017 0.024 0.02 0.012 0.01 0.018 0.009
г 0.76 0.74 0.7 0.61 0.96 0.86 0.73 0.8
а 0.018 0.018 0.029 0.026 0.013 0.025 0.004 0.015
N 88 129 59 122 14 47 24 47
РВОВ СВОВ а 0.0041 0.0036 0.0071 0.005 0.0033 0.0028 0.0013 0.0013
Ь -0.053 0.001 -0.027 0.0012 -0.004 0.013 0.0181 0.001
г 0.6 0.71 0.85 0.83 0.92 0.83 0.51 0.81
а 0.022 0.017 0.032 0.02 0.013 0.013 0.005 0.013
N 91 181 67 242 24 91 25 115
РВОВ ^ОВ а 0033 0.03 0.042 0.032 0.018 0.016 0.017 0.016
Ь 0.0003 0.003 -0.018 0.005 0.0094 0.018 0.01 0.016
г 0.62 0.79 0.83 0.82 0.9 0.75 0.87 0.73
а 0.022 0.016 0.033 0.021 0.014 0.016 0.012 0.015
N 91 181 67 228 24 100 43 126
Примечание. N - количество пар измеренных параметров.
новременные измерения концентраций Р
С
ВОВ
N
ВОВ
ВОВ
и хл "а", проведены в 10 рейсах на 51 станции с 1985 по 1994 гг. Также использовали среднегодовые значения по биомассе фитопланктона [11] и зимней температуре поверхностного слоя моря [30] и относительной прозрачности (глубины видимости белого диска) морской воды [9].
Методика отбора проб и определения в них содержания компонентов ВОВ подробно описана в работах [2, 3, 7]. Концентрация РВОВ определялась сжиганием взвеси на стекловолокнистых фильтрах GF/F в плаве кислых солей [13]. Концентрация хл "а" определялась флюориметрическим методом. Кроме этого были использованы рассчитанные концентрации хл "а", полученные на основе спутниковых наблюдений (радиометр CZCS за 1979-1986 гг. и SeaWlFS за 1998-2010 гг. [27]). Сравнение одновременно измеренных среднемесячных концентраций хл "а", полученных по судовым и спутниковым наблюдениям в одних и тех же районах моря, показало их удовлетворительное сходство (различие составило 10-30%).
Экспериментально измеренные концентрации РВОВ, имеющиеся в базе данных, в основном были получены в западной и центральной частях Черного моря, что не позволяет получить статистически достоверные оценки пространственно-временной ее изменчивости в поверхностном слое и слое фотосинтеза по всей глубоководной области моря. Компенсировать их отсутствие можно используя расчетный метод, основанный на корреляционных связях между одновременно измеренными концентрациями РВОВ, СВОВ, ^ОВ и хл "а" [8]. Уравнения регрессий рассчитывали по экспериментальным данным перечисленных выше параметров в те годы, когда отсутствовали
аномальные изменения их концентраций. Степень связи между переменными в линейных уравнениях регрессии вида у = ах + Ь, где, у — РВОВ, х — СХЛ, СВОВ, ^ОВ) оценивали по коэффициенту корреляции (г), его достоверности (р) и стандартной ошибке регрессии (а) [19] (табл. 1). Значения коэффициентов корреляции г (0.64—0.7) для приведенных зависимостей оказались достоверными при высоком уровне значимости (р < 0.001).
В качестве индикатора трансформации ВОВ использовали атомарные отношения концентраций СВОВ, ^ОВ и РВОВ [18]. Средние значения этих отношений в фитопланктоне в присутствии необходимого для его роста количества биогенных элементов в поверхностных морских водах приближаются к оптимальным соотношениям, соответствующих редфилдовскому 106 : 16 : 1 [18, 25]. Соотношение детритной и фитопланктонной фракций в ВОВ оценивали по отношению концентраций СВОВ и хл"а" (далее С/хл"а") [26].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Сезонная изменчивость пространственного и вертикального распределения концентрации РВОВ.
Зимой (в первой половине марта 1988 г.) в западной и центральной глубоководных областях моря (рис. 1а) во время массового развития фитопланктона в поверхностном слое наблюдались повышенные значения концентрации РВОВ (0.05— 0.11 мкМ), полученные южнее Крыма в районе стационарного циклонического круговорота. В то же время, пространственное распределение рассчитанных концентраций РВОВ, по измеренной в 1988-1992 гг. концентрации хл "а" в поверхностном слое, охватывающее всю глубоководную
Таблица 2. Сезонные изменения одновременно измеренных концентраций компонентов ВОВ в поверхностном слое (ПС) и в слое фотосинтеза (ФС) в глубоководной части Черного моря
Сезон Слой N/n CBОB, мкМ NBOB, мкМ Рвов * 10-2, мкМ СХЛ, мг/м3 C : N : P С/хл"а"
Зима ПС 2/80 14.8 ± 4.0 1.66 ± 0.52 5.6 ± 3.5 1.64 ± 0.87 106 11.9 : 0.4 125 ± 81
ФС 2/31 12.3 ± 3.6 1.44 ± 0.55 4.4 ± 2.3 1.55 ± 0.88 106 12.4 : 0.38 121 ± 51
Весна ПС 4/30 13.9 ± 6.8 2.03 ± 1.34 7.5 ± 6.7 0.61 ± 0.42 106 15.5 : 0.57 392 ± 288
ФС 4/29 9.9 ± 2.8 1.5 ± 0.58 5.0 ± 2.1 0.43 ± 0.17 106 16 : 0.54 244 ± 80
Лето ПС 4/11 13.3 ± 5.1 2.1 ± 1.39 3.9 ± 1.7 0.18 ± 0.06 106 16.7 : 0.31 732 ± 215
ФС 3/10 9.6 ± 2.0 1.35 ± 0.26 4.1 ± 2.0 0.46 ± 0.17 106 14.9 : 0.45 257 ± 62
Осень ПС 2/3 9.4 ± 2.3 1.19 ± 0.43 3.7 ± 0.6 0.32 ± 0.08 106 13.4 : 0.42 383 ±187
ФС 1/1 6.8 1.25 2.3 0.2 106 19.5 : 0.36 384
Примечание. N - количество экспедиционных рейсов, n - количество станций.
часть моря, было более однородным (область повышенной концентрации РВОВ в этом распределении отсутствовала) (рис. 1б). В слое фотосинтеза распределение измеренных и рассчитанных значений концентрации РВОВ хорошо совпадало с их распределениями в поверхностном слое, а небольшое различие наблюдалось в их абсолютных значениях (табл. 2). Отмечается также хорошее совпадение характера пространственного распределения концентрации РВОВ и одновременно с ней измеренных концентраций СВОВ, NBOB и хл "а" [8].
Из анализа величин атомарного отношения между концентрациями основных компонентов ВОВ следует, что средние величины отношений С/Р (265-279) и N/P (35-38) в поверхностном слое и в слое фотосинтеза глубоководной области моря были значительно выше их оптимального соотношения 106 : 16 : 1. Относительно ни
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.