ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 646-658
МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ ^
УДК 551.464 (262.5)
ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ВЗВЕШЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ВЕРХНЕМ СЛОЕ В ГЛУБОКОВОДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ © 2014 г. А. С. Кукушкин
Морской гидрофизический институт НАНУкраины, Севастополь e-mail: kukushkinas@mail.ru Поступила в редакцию 05.03.2013 г.
По данным многолетних наблюдений (1978—1995) рассмотрены особенности распределений концентраций компонентов взвешенного органического вещества (ВОВ) и их внутригодовая и межгодовая изменчивость в поверхностном слое и слое фотосинтеза в глубоководной части Черного моря. Получены статистические оценки сезонных и среднемесячных изменений содержания компонентов ВОВ и отношений концентраций этих компонентов. Рассчитаны оценки сезонного содержания взвешенного органического углерода по концентрации хлорофилла "а" в поверхностном слое, основанные на использовании регрессионной зависимости между одновременно измеренными их концентрациями, и с их учетом проанализированы межгодовые его изменения в течение 1978—2010 гг. Отмечено увеличение концентраций компонентов ВОВ в 80-е и начале 90-х годов ХХ столетия, достигших аномально высоких значений летом 1992 г. Показано, что сезонные межгодовые изменения концентрации компонентов ВОВ в основном связаны с межгодовой динамикой биомассы фитопланктона, которая, в свою очередь, определяется климатическими условиями.
DOI: 10.7868/S0030157414050098
ВВЕДЕНИЕ
Взвешенное органическое вещество (ВОВ) является важным биологическим компонентом морской экосистемы. Исследование состава ВОВ и пространственно-временной изменчивости его компонентов позволяет оценить продуктивность морской экосистемы, интенсивность протекания в ней биохимических процессов и устойчивость этой экосистемы к воздействиям на нее различных природных и антропогенных факторов. Изучение изменчивости распределения содержания ВОВ также имеет важное значение для понимания причин и характера изменчивости распределения прозрачности в верхнем слое моря.
Известно, что главным продуцентом ВОВ в морской среде является планктон, в особенности фитопланктон, так как вклады в ВОВ микрозоо-и бактериопланктона на 1—2 порядка ниже вклада последнего [23]. В настоящее время сезонная изменчивость количественного и качественного состава фитопланктона и его основных характеристик, к которым относятся первичная продукция и содержание хлорофилла "а" (СХЛ, хл "а"), изучены достаточно подробно [4—8, 14—16, 22, 32, 33]. В тоже время количественные характеристики изменчивости содержания компонентов ВОВ (взвешенный органический углерод СВОВ и органический азот НВОВ) в глубоководных районах моря исследованы менее подробно. Результаты
анализа данных отдельных наблюдений в различные сезоны года были представлены в работах [1, 2, 9—13, 21, 28, 29]. Анализ некоторых особенностей сезонной изменчивости распределений содержания компонентов ВОВ в глубоководных и шельфовых районах моря был проведен в работах [3, 18, 19].
Однако непродолжительные по времени наблюдений (1984—1994 гг.) относительно немногочисленные экспериментальные данные о содержании компонентов ВОВ и неравномерное их распределение по годам и сезонам не позволили качественно проследить сезонные межгодовые изменения их концентраций и установить причины этих изменений. Кроме того, крайне ограниченные возможности экспедиционных исследований, а также трудоемкость прямых определений концентрации компонентов ВОВ не позволяют в ближайшее время надеяться на пополнение экспериментальных данных. Компенсировать их отсутствие возможно расчетным путем с использованием корреляционных связей между одновременно измеренными концентрациями компонентов ВОВ и хл "а" [8, 15, 19].
Целью настоящей статьи, продолжающей проведенные ранее [3, 18, 19] исследования, является обобщение и анализ результатов многолетних (1978—1995 гг.) наблюдений содержания компонентов ВОВ и их пространственно-временной изменчивости в поверхностном слое (0—5 м) и в слое
фотосинтеза в глубоководных районах Черного моря, а также оценка сезонной межгодовой изменчивости содержания СВОВ в течение 1978—2010 гг. по экспериментальным и расчетным данным.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В работе использовались данные судовых измерений концентраций СВОВ, ^ОВ, хл "а" из банка данных Морского гидрофизического института и Института биологии южных морей НАН Украины, а также литературные данные по содержанию СВОВ и хл "а" [4, 5, 9-12, 21, 22, 25, 26].
Проанализированы результаты измерений концентраций СВОВ и ^ОВ, полученные в 34 экспедициях в течение 1978-1995 гг. на 309 станциях и 1377 горизонтах, в том числе, зимой (январь-март) — на 91 станции и 274 горизонтах, весной (апрель—май) — на 57 станциях и 485 горизонтах, летом (июнь—сентябрь) — на 78 станциях и 377 горизонтах, осенью (октябрь-декабрь) - на 83 станциях и 241 горизонте. Для анализа также использовали результаты измерений концентрации хл "а" на 1108 станциях и 4747 горизонтах, в том числе, зимой — на 223 станциях и 919 горизонтах, весной — на 112 станциях и 681 горизонте, летом — на 404 станциях и 2182 горизонтах, осенью — на 369 станциях и 965 горизонтах и среднемесячные значения его концентраций по результатам наблюдений радиометра CZCS за 1978—1986 гг. (данные были любезно переданы автору В.В. Сусли-ным) и SeaWlFS за 1998—2010 гг. [31]. Методика отбора проб и определения в них содержания компонентов ВОВ подробно описана в работах [3, 17].
Для оценки степени деструкции ВОВ использовали атомарное отношение СВОВ/ЫВОВ (далее С/Ы) [23], для оценки соотношения детритной и фитопланктонной фракций в ВОВ использовали величину отношения СВОВ/Схд (далее С/хл"а") [12, 30], где СВОВ[мкМ] х 12 (атомный вес С) = = СВОВ [мгС/м3], СХЛ [мг/м3]. Средние значения этих отношений определялись по отдельным отношениям концентраций СВОВ и хл "а", измеренных одновременно.
На основании проведенных расчетов регрессионного анализа для разных сезонов были получены линейные уравнения регрессии вида СВОВ = = аСХЛ + Ь. Для расчетов использовали данные одновременных наблюдений этих параметров в годы, когда не были отмечены аномальные изменения их концентраций. Степень связи между выбранными N парами СВОВ и СхЛ оценивалась по коэффициенту корреляции (г), его достоверности (р) и стандартной ошибке регрессии (а)
[24]. В результате были получены следующие сезонные уравнения:
для зимнего периода — СВОВ = 2.8 СХЛ + 10 (г = 0.7; а = 2.6; N = 67); для весеннего — СВОВ = 13.4СХЛ + 8.6 (г = 0.67; а = 4.7; N = 51); для летнего — СВОВ = 25.5СХЛ + 7.4
(г = 0.68; а = 2.1; N = 46); для осеннего — СВОВ = 12.5СХЛ + 3.6 (г = 0.64; а = 3.4; N = 75).
Значения коэффициентов корреляции г (0.64—0.7) для приведенных зависимостей оказались достоверными при высоком уровне значимости (р < 0.001).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для расположенного в умеренных широтах Черного моря характерны выраженные сезонные и межгодовые изменения природных (биотических и абиотических) факторов, оказывающих существенное влияние на формирование и изменчивость распределений концентраций компонентов ВОВ. Известно, что зимне-весеннее "цветение" фитопланктона является важным периодом его сезонной сукцессии. Зимой в глубоководных районах моря создаются условия для интенсивного развития фитопланктонного сообщества. Это обусловлено высоким положением основного пикноклина, задерживающего основную массу водорослей в слое фотосинтеза, а также усилением вертикального потока биогенных элементов, приводящим к увеличению их концентрации в слое фотосинтеза. В весенний период наблюдается переход от продукционной к де-струкционной фазе сукцессии фитопланктона. На распределение и динамику ВОВ в летний период влияют следующие факторы. Прежде всего, это сезонный термоклин, затрудняющий вертикальный обмен и препятствующий как опусканию ВОВ в нижележащие слои, так и поступлению из этих слоев биогенных элементов в слой фотосинтеза. Кроме того, в поздневесенний период происходит отмирание диатомового комплекса и наблюдается рост числа клеток пико-планктона и мелких жгутиковых. Начинается переход к летней форме сукцессии, которая в значительной степени представлена гетеротрофными формами. На распределение ВОВ в осенний период влияют следующие факторы. Прежде всего, это связано с сезонной перестройкой вертикальной гидрологической структуры вод, снижающей ее вертикальную устойчивость. Поздней осенью разрушаются сезонные термоклин и пик-ноклин, что способствует поступлению питатель-
Таблица 1. Сезонные изменения содержания компонентов взвешенного органического вещества в поверхностном слое в глубоководных районах Черного моря в периоды 1978—1990 (1), 1991—1995 (2) гг.
Район Сезон Период СВоВ, мкМ ЫВОВ, мкМ Щп СХЛ, мг/м3 Щп С/Ы С/хл"а"
Западный Зима 1 14.8 ± 4.0 1.67 ± 0.52 4/58 1.58 ± 0.82 5/91 9.2 ± 2.2 138 ± 78
2 16.7 1.94 1/1 1.55 ± 0.17 2/5 8.6 131
Весна 1 11.3 ± 3.7 1.26 ± 0.65 4/9 0.44 ± 0.31 5/29 11.9 ± 6.7 774 ± 542
2 14.7 ± 6.9 2.17 ± 1.38 2/12 0.54 ± 0.37 3/20 7.8 ± 2.3 318 ± 123
Лето 1 9.9 ± 1.8 1.23 ± 0.61 3/12 0.21 ± 0.17 10/176 10.8 ± 7.6 1060 ±635
2 27.3 ± 8.7 3.18 ± 1.58 2/6 0.89 ± 0.22 1/4 9.4 ± 2.2 395 ± 102
Осень 1 12.1 ± 4.9 1.21 ± 0.47 3/27 0.52 ± 0.24 5/66 10.3 ± 3.8 228 ± 106
2 11.3 ± 3.5 1.43 ± 0.63 3/14 0.47 ± 0.23 5/42 8.9 ± 4.1 378 ± 185
Восточный Зима 1 16.2 ± 4.2 1.73 ± 0.42 3/15 1.15 ± 0.78 4/46 9.5 ± 1.9 127 ± 51
2 15.9 ± 2.2 2.71 ± 0.86 1/3 1.32 ± 0.62 2/10 6.2 ± 1.2 130 ± 24
Весна 1 11.3 ± 3.1 2.4 ± 0.1 3/9 0.3 ± 0.25 4/30 5.6 ± 0.2 600 ± 100
2 17.8 ± 6.0 2.72 ± 0.8 1/7 0.36 ± 0.19 2/15 7.6 ± 2.3 872 ± 606
Лето 1 11.1 ± 2.3 1.35 ± 0.55 2/20 0.16 ± 0.12 9/128 10.2 ± 6.4 1286 ± 430
2 43.5 ± 20.2 8.3 ± 6.3 2/12 2.33 ± 1.03 1/8 7.0 ± 3.0 301 ± 110
Осень 1 10.9 ± 7.6 0.97 ± 0.54 3/15 0.44 ±0.2 5/71 9.1 ± 3.5 152 ± 64
2 16.1 ± 4.7 2.2 ± 0.35 2/9 0.61 ±0.31 4/45 9.2 ± 2.1 200 ± 52
ных веществ в зону фотосинтеза из нижележащих слоев. В то же время из-за снижения освещенности основная доля первичной продукции начинает образовываться в приповерхностном слое. Кроме того, в этот период происходит се
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.