ГЕОХИМИЯ, 2015, № 8, с. 734-742
ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД В ЭСТУАРИИ РЕКИ РАЗДОЛЬНАЯ (АМУРСКИЙ ЗАЛИВ, ЯПОНСКОЕ МОРЕ) В ПЕРИОД ЛЕДОСТАВА
© 2015 г. А. А. Марьяш, Н. Д. Ходоренко, В. И. Звалинский, П. Я. Тищенко
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 г. Владивосток, ул. Балтийская, 43 e-mail: annam@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 31.10.2013 г. Принята к печати 20.01.2014 г.
Изучено содержание органического углерода во взвеси воды и в верхнем слое осадков эстуария р. Раздольной в период ледостава (02.2010 г.). Показано, что 30% от среднего содержания общего органического углерода во взвеси составляли гуминовые вещества и 14% — фитопланктон. Впервые спектрофотометрически определена концентрация гуминовых веществ во взвеси. По содержанию хлорофилла-а рассчитана концентрация углерода, производимого фитопланктоном. В верхнем слое осадка измерены содержания органического углерода, гуминовых веществ и хлорофилла-а. Показано, что с увеличением солености воды до 23%е соотношение этих трех компонентов заметно не изменялось. Степень гумификации в осадках составляла около 52%. Концентрация органического углерода в осадке была ниже, чем во взвеси, почти на порядок, а доля легко усвояемого (не гу-мифицированного) углерода — ниже вдвое.
Ключевые слова: взвесь, осадок, органический углерод, гуминовое вещество, хлорофилл-a.
DOI: 10.7868/S001675251508004X
ВВЕДЕНИЕ
Главными формами существования органического вещества (ОВ) в Мировом океане являются растворенная (РОВ), взвешенная (ВОВ) и донные осадки. Основной вклад в поток органического углерода вносит речной сток растворенных веществ — 210 х 1012 г Сорг в год и взвешенных веществ — 370 х х 1012 г Сорг в год (Романкевич и др., 2009). В донных осадках Мирового океана захоранивается по разным данным от 6 х 1012 г Сорг/год (Berner, 1982) до 250 х х 1012 г Сорг/год (Романкевич и др., 2009). Первичный источник ОВ в океане — фитопланктон, ежегодно создающий от 48.5 х 1015г Сорг (Field et. al., 1998) до (70-103) х 1015 г Сорг (Виноградов, 2004).
Известно, что ВОВ состоит из усвояемой (легко окисляемой) и стойкой (трудно окисляемой -гуминовые вещества) фракций. Гуминовое вещество составляет около 30-40% всей взвешенной органики и 60-90% органики донных осадков океана (Романкевич и др., 2009). Большое значение для круговорота ОВ в море имеет нестойкая фракция органической взвеси, так как она служит пищей живым организмам.
Сведения о содержании взвеси и ее органической фракции представляют интерес для оценки как трофности водоемов и происходящих в них
биопродукционных процессов, так и процессов осадконакопления. В этом плане реки Приморья мало изучены, особенно в зимний период.
Крупнейшая в южном Приморье р. Раздольная существенно влияет на экологическое состояние Амурского залива (Гомоюнов, 1927; Огородникова, 2001; Христофорова, 2012). Среднегодовой расход р. Раздольной 76 м3/с. Эстуарий реки характеризуется достаточно высокой биологической продуктивностью (Звалинский и др., 2005), что обусловливает важность исследований этой акватории. В зимний период для р. Раздольной характерен небольшой водный сток и низкий уровень воды, поскольку питание реки в этот период обеспечивается только подземными источниками (Гомоюнов, 1927). В эстуарии устанавливается стабильный гидрологический режим, при котором основным литодинамиче-ским процессом является приливная ресуспензия (Дударев и др., 2005).
В 2008 г. мы начали исследовать содержание органического углерода (ОУ), гуминовых веществ (ГВ), хлорофилла-а (Хл) в верхнем слое осадков (Марьяш и др., 2010).
Целью данной работы было измерить количество взвеси в верхнем и придонном горизонтах, определить концентрацию общего органического углерода во взвеси воды и в верхнем слое осадка,
рассчитать содержание гуминовых веществ и хло-рофилла-а в составе общего органического углерода; по полученным данным сравнить отношения органического углерода, гуминовых веществ и углерода, производимого фитопланктоном (Схл), во взвеси и в осадках, а также сравнить данные съемок 2010 и 2008 гг.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ
Объект исследований — эстуарий реки Раздольная, состоящий из трех основных частей: речной, мелководного лимана и залива. В зимний период (декабрь-март) эстуарий реки покрыт льдом толщиной 0.6—2 м.
Экспедиция была проведена в период ледостава с 16 по 20 февраля 2010 г. Образцы проб подледной воды и верхнего слоя осадков отбирали на 10 станциях, расположенных в речной части эстуария и в лимане. Пробы отбирали со льда, а воду — с верхнего и придонного горизонтов, используя батометр Нискина объемом 1 л; осадки отбирали с помощью трубки (рис. 1).
Определение концентрации хлорофилля-a.
Пробы подледной воды фильтровали через фильтры фирмы Владипор ОС-3 диаметром 35 мм с размером пор 0.8 мкм. Хл из фильтров экстрагировали 90%-ным раствором ацетона. Аналогично экстрагировали Хл из навески осадков (массой около 1 г). Содержание Хл в ацетоновых экстрактах определяли стандартным спектрофотометрическим методом при 400—750 нм на приборе UV-3600 PC фирмы "Shimadzu" (Кобленц-Мишке, 1983; Современные методы ..., 1992).
Для оценки вклада биомассы фитопланктона в органический углерод взвеси и в микрофитобентос измеренное количество отфильтрованного Хл переводили в углерод, производимый фитопланктоном и микрофитобентосом. Отношение углерода морских микроводорослей к содержанию в них Хл изменяется от 20 до 200 (Cloern et. al., 1995; Levy et. al., 1998) и в среднем составляет около 100. Поэтому для оценки концентрации органического углерода пигментированных клеток использовали соотношение:
Схл (мг С/л) или (мг С/г) ~ 100 х Хл, (1)
где Хл — концентрация хлорофилла-а в воде (мг/л) или в осадках (мг/г), соответственно: (мг С/л ) — концентрация Схл во взвеси воды или (мг С/г) — концентрация Схл в осадках.
Определение концентраций гуминовых веществ в воде и в осадках. Концентрацию ГВ в образцах воды измеряли на спектрофотометре UV-3600 PC фирмы "Shimadzu" при 200—600 нм. Для повышения чувствительности и точности измерений использовали кювету с длиной оптического пути l = = 10 см. Концентрацию растворенных ГВ (СРГВ)
735
рассчитывали по величине оптической плотности при 254 нм по соотношению:
Сргв (г С/л) = 0^254//. (2)
Выделение ГВ из осадков проводили путем многократного экстрагирования 0.5 М раствором едкого натра при непрерывном перемешивании на водяной бане при 55° С. Концентрации фульвовых (СФК) и гуминовых (СГК) кислот измеряли также на спектрофотометре в диапазоне длин волн 200— 600 нм. Расчет проводили по формулам:
Сгк (г С/л) = (Я254-Дш)/(42.7/), (3)
Сфк (г С/л) = (Я254-Дш)/(30.7/), (4)
где Б254 и Б600 — величины оптической плотности при 254 и 600 нм, I—длина кюветы (1 см). Величины 42.7 и 30.7 л/(г С см) представляют собой коэффициенты экстинкции для ГК и ФК в осадках, соответственно (Ходоренко и др., 2012). Содержание СГВ рассчитывали как сумму СГК и СФК.
Определение количества взвеси в воде. Содержание взвеси в (мг/л), в верхнем и придонном горизонтах определяли весовым методом. Для этого пробы подледной воды фильтровали через стекло-волокнистые фильтры фирмы ADVANTEC GC-50 диаметром 47 мм и размером пор 1.2 мкм. После данные фильтры были использованы для определения концентраций гуминовых веществ и органического углерода во взвеси.
Содержания гуминовых веществ во взвеси определяли непосредственно на фильтрах на спектрофотометре Ц^3600 РС фирмы '^Ытаё2и" с интегрирующей сферой в диапазоне длин волн 200— 720 нм аналогично определению Хл безэкстрактным методом — по отражению света на фильтре (Кобленц-Мишке, 1983). Оптическая плотность (Бф) равна:
Бф = 2ЕфСВгв ув/ Ьф (5)
здесь Еф — коэффициент удельной экстинкции, л/(гСсм); СВГВ — концентрация взвешенных ГВ, г С/л; УВ — объем отфильтрованной воды, л; Ьф — площадь фильтра, занятая веществом (в нашем случае 14.5 см2).
В уравнении (5) учтено, что при отражении луч света проходит через вещество дважды (в прямом и обратном направлении); количество взвешенных ГВ в объеме отфильтрованной воды равно количеству вещества на фильтре.
При расчетах принимали, что экстинкции растворенных и взвешенных ГВ близки между собой; а концентрации ГК и ФК находятся примерно в одинаковых долях, тогда Еф = (42.7 + 30.7)/2 = = 36.7 л/(г см) (Ходоренко и др., 2012). Подставляя в уравнение (5) значения Еф и Ьф, получим:
Свгв (мг С/л) = 0.19 (Бф/Ув). (6)
Рис. 1. Схема расположения станций (16—20.02.2010 г.).
Определение концентрации органического углерода во взвеси и в осадках проводили на анализаторе модели ТОС-Усга с приставкой для сжигания твердых проб SSM-5000А фирмы '^Ыта^и". Принцип действия анализатора основан на измерении поглощения инфракрасного излучения двуокисью углерода, образующейся при сжигании содержащих углерод органических и неорганических соединений (НУ). Для определения суммарного углерода (ОУ + НУ), сухие навески сжигали в потоке
высокочистого кислорода (99.995%) при 905°С. Для определения содержания НУ пробы подкисляли фосфорной кислотой и сжигали при 200° С. Величину ОУ находили по разности суммарного и неорганического углерода.
Для определения органического углерода во взвеси, пробы воды фильтровали через стеклово-локнистые фильтры фирмы ADVANTEC GC-50 диаметром 47 мм (предварительно прокаленные при 450°С) с размером пор 1.2 мкм.
St.1
St.2 St.3 St.4 St.5 St.6 St.7St.8St.9St.10
ce 2 H X
s
vo
¿36 H
30
Расстояние, км
Рис. 2. Разрез солености в эстуарии р. Раздольная на ст. 1—10 (данные зондирования, съемка 16—20.02.2010 г.).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Соленость и растворенные гуминовые вещества на разрезе эстуария. Соленость (S%) среды в эстуарии является существенным фактором, определяющим поведение как РОУ (растворенное органическое вещество), так и ВОУ (взвешенное органическое вещество). В период измерений соленость поверхностных вод изменялась в направлении река—море от 0 до 7.4%. Таким образом, в поверхностном горизонте практически на всем протяжении эстуария превалировали речные воды. В придонном горизонте, напротив, преобладали воды с более высокой соленость
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.