ОКЕАНОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 2, с. 175-191
УДК 551.465
ХИМИЯ МОРЯ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И СКОРОСТЕЙ ЕГО ТРАНСФОРМАЦИИ В ОБСКОЙ ГУБЕ © 2013 г. А. И. Агатова, Н. М. Лапина, Н. И. Торгунова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва
e-mail: biochem@vniro.ru Поступила в редакцию 11.01.2012 г., получена после доработки 01.05.2012 г.
Представлен анализ данных о количественном и качественном изменении органического вещества (ОВ) и скоростях его преобразования в водах Обской губы в разные сезоны. ОВ по всей исследованной акватории Обской губы распределено очень неравномерно: концентрации растворенного Сорг изменялись от 2.8 до 14.1 мг/л, а взвешенного — от 0.32 до 4.59 мг/л. Максимальные концентрации растворенного ОВ отмечены в основном потоке поступающей в губу обской речной воды, тогда как минимальные концентрации характерны для придонных слоев, заполненных карскими водами с высокой соленостью в северной части губы. Доля взвешенного ОВ в общем пуле ОВ и летом, и осенью достигала своих максимальных значений в зоне смешения тазовских и обских вод и в зоне смешения обских вод и вод Карского моря. Для этих пограничных зон характерна наибольшая изменчивость элементного (С : N : Р) и биохимического (белки, углеводы) состава ОВ, а также скоростей его трансформации, измеренных по активности ферментов щелочной фосфатазы и электрон-транспортной системы.
DOI: 10.7868/S0030157413010012
ВВЕДЕНИЕ
Обская губа — гигантский эстуарий р. Оби, протяженностью 800 км, отличающийся сложным гидрологическим режимом, сочетающим в себе как речные, так и морские черты [6]. Это обстоятельство, в свою очередь, обуславливает и значительную изменчивость биогидрохимических процессов, как в "речной" (пресноводной), так и в "морской" (солоноватоводной) частях Обской губы.
Процессы, формирующие и поддерживающие функционирование водных экосистем, отражаются на таком интегральном показателе как органическое вещество (ОВ). Поэтому, чтобы понять эти процессы, необходимо изучение изменчивости его концентраций, элементного и биохимического состава во времени и пространстве. Многочисленными исследованиями показано, что концентрации растворенного и взвешенного ОВ (РОВ и ВОВ, соответственно) меняются в зависимости от интенсивности биологических процессов — первичного продуцирования и преобразования вторичными продуцентами [12, 20], а так же от абиотических факторов — поступления с речным стоком и в результате смешения вод разного генезиса. Последнее особенно важно для эс-туарных экосистем [7, 8, 15].
Особое значение в метаболизме водной экосистемы имеет не общее количество РОВ и ВОВ, а наличие в его составе легко усваиваемых биохимических компонентов и интенсивность превращения их на разных трофических уровнях исследуемой экосистемы. Преобразование РОВ и ВОВ осуществляется в основном через ферментативные реакции, идущие в планктонных популяциях и во фракции взвеси (микропланктон и ферменты, сорбированные на детрите). Измерение активности соответствующих гидролитических ферментов во взвеси дает возможность оценить скорость расщепления сложных молекул до более простых, а скорость минерализации ОВ можно оценить, измеряя активность окислительно-восстановительных ферментов цепи переноса электронов или электрон-транспортной системы (ЭТС). Сопоставление скоростей реакций, катализируемых гидролазами, со скоростями реакций, катализируемых ферментами ЭТС, и времен оборота фосфора и углерода позволяет оценить полноту использования и автохтонного, и аллохтонного ОВ в различных водных экосистемах [1, 2].
В настоящей работе представлен анализ данных о количественном и качественном изменении ОВ и скоростях его преобразования в водах Обской губы в разные гидрологические сезоны.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Данные получены во время двух комплексных экспедиций на судне "ОТА-777", первая из которых проходила в период половодья (высокой водности), сразу же после очищения губы ото льда — с 29 июля по 17 августа 2010 г., а вторая — во время межени (низкого стока) с 18 сентября по 7 октября 2010 г. Схема расположения станций представлена на рис. 1.
Пробы воды для анализов на каждой станции отбирали пластиковыми батометрами Ван-Дорна; в речной зоне (южной и средней части исследованного участка губы) — в поверхностном и придонном слое; в зоне гидрологического фронта и северной части губы — с трех горизонтов: поверхностном, слое скачка, придонном. Поскольку обские воды содержат большое количество минеральной взвеси, после отбора пробы воды сначала профильтровывали через газ № 70 в пластиковые канистры (объемом 5 л), затем отстаивали в течение 1 ч и только потом фильтровали через прокаленные стекловолокнистые фильтры GF/F для отделения взвешенного вещества от растворенного.
Концентрации растворенного Сорг в пробах воды после фильтрации определяли методом высокотемпературного (680°С) каталитического сожжения в токе кислорода на приборе Т0С-5000 японской фирмы "Shimadzu" в стационарной лаборатории ВНИРО. В этом же фильтрате определяли основные биохимические компоненты РОВ — белки и углеводы.
Из собранной взвеси вместе с фильтром готовили гомогенаты в стеклянном гомогенизаторе. Затем в полученных гомогенатах определяли концентрации взвешенного Сорг, взвешенных биохимических компонентов (белки и углеводы), а также активность ферментов ЭТС и щелочной фосфата-зы. Концентрации взвешенного Сорг определяли методом высокотемпературного (900°С) каталитического сожжения на специальной приставке (SSM) к прибору ТОС — 5000 для твердых образцов.
Растворенный белок определяли с Кумасси R-250, а взвешенный белок определяли по методу Лоури в соответствующей модификации. Определения концентраций растворенных и взвешенных углеводов проводили триптофано-вым методом (с L-триптофаном).
Для определения активности ферментов к полученной суспензии взвеси добавляли 0.1N глициновый буфер с тритоном Х100, что способствует более полному высвобождению внутриклеточных ферментов. Активность щелочной фосфатазы определяли с пара-нитрофенилфосфатом (п-НФФ)
в качестве субстрата. Активности ферментов ЭТС определяли по скорости образования формазана при восстановлении тетразолия. Активность ферментов характеризовали удельной и общей активностью. Результаты по скоростям реакций, катализируемым соответствующими ферментами, были приведены к температуре in situ.
Все определения, кроме Сорг, проводили непосредственно на борту судна. Время с момента отбора проб воды и до проведения соответствующих анализов не превышало 20 часов. Более подробно методы отбора проб, выделение взвеси и определения Рорг, Морг, растворенного и взвешенного Сорг, основных биохимических компонентов РОВ и ВОВ, а также скоростей ферментативных реакций описаны в соответствующих руководствах [9, 10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Растворенный Сорг в период летней съемки по всей исследованной акватории Обской губы был распределен довольно неравномерно, его концентрации в поверхностном слое изменялись от 4.76 до 14.10 мг/л, а в придонном слое — от 2.84 до 14.33 мг/л (табл. 1). Ранее проведенные исследования в северной части губы в летний период дают близкие пределы многолетних изменений концентраций растворенного Сорг — от 3.79 до 11.27 мг/л [15]. Максимальные концентрации растворенного Сорг (более 12 мг/л) и в поверхностном, и в придонном слоях губы отмечены вдоль основного потока поступающей в губу обской речной воды, распространяющейся в направлении с юга на северо-запад (рис. 2), для которой характерны высокие концентрации ОВ. Причем в период высокой водности этот поток практически не трансформировался и сохранял в себе все признаки обской воды как по гидрологическим, так и по гидрохимическим характеристикам [5, 6]. Концентрации растворенного Сорг летом в районе впадения р. Обь в губу составляли 11—12 мг/л, такие же концентрации были получены и в июне 2000 года в р. Обь около г. Салехарда [15]. Влияние основного обского течения почти не сказывалось на мелководье западного и восточного побережья в центральной части губы, а также районе впадения тазовских вод (характеризующихся пониженным содержанием ОВ) около мыса Трехбугорного, где концентрации растворенного Сорг были 7—8 мг/л (рис. 2а). Самые же низкие концентрации растворенного Сорг (ниже 4 г/л) летом отмечены в придонных слоях, заполненных карскими водами с высокой соленостью в северной части губы (рис. 3а). В то же время, в ди-
Рис. 1. Схема расположения станций в Обской губе. (а) 29.07-17.08.2010 г.; (б) 18.09-07.10.2010 г.
Рис. 2. Распределение растворенного органического углерода на поверхности, мг/л; (а) лето, (б) осень.
Станции
60 59 58 57 56
68 ▼
67 ▼
Станции
66 ▼
65 ▼
64 ▼
5 -
10
а н и
ю ^
15 -
20
0
Рис. 3. Распределение растворенного органического углерода на северном разрезе Обской губы, мг/л; (а) лето, (б) осень. ОКЕАНОЛОГИЯ том 53 № 2 2013 3*
Таблица 1. Элементный и биохимический состав органического вещества в водах Обской губы
00 о
О
и
о й о м
к
¡ч
£
ы
Август Сентябрь —октябрь
"речная часть" 68°20'—71°58' с.ш. "морская" часть 72°—72°50' с.ш. "речная" часть 68°20'—71°35' с.ш. "морская" часть 71°40'—72°50' с.ш.
поверхностные придонные поверхностные придонные поверхностные придонные поверхностные придонные
%о 0.09* (0-0.49)** 0.11 (0-0.49) 3.30(0.41-3.85) 14.04 (0.79-30.92) 0.14(0-0.87) 0.17(0-0.98) 6.48 (0.43-13.86) 13.32 (0.43-27.64)
Сорграств., мг/л 9.2 (6.4-15.3) 8.4(6.6-13.5) 8.04 (4.76-14.07) 7.51 (2.84-14.33) 7.20 (5.05-13.04) 7.32 (5.45-9.27) 6.06 (3.07-8.34) 5.36 (2.92-9.70)
Сорг взв, мг/л 1.71 (0.66-3.86) 1.95 (0.72-5.86) 0.91 (0.43-1.22) 1.07 (0.32-4.24) 2.44(1.01-3.68) 2.90(1.75-4.00) 0.64(0.36-1.43) 1.36 (0.40-3.78)
% Сорг взв. от Сорг общ 20 (6-37) 20(6-41) 11(5-16) 12 (5-46) 25(15-39) 28 (17-40) 13(7-31) 20 (7-48)
Угл раств., мг/л; % от РОВ 2.18 (1.36-2.69) 13(6-21) 2.19(1.36-3.05) 12 (8-21) 2.77(1.59-3.46) 17 (9-24) 2.49(1.23-4.05) 17 (6-28) 2.43(1.38-4.18) 18 (9-30) 2.52(1.29-3.92) 18(10-29) 2.75(1.42-3.25) 24(8-52) 2.60(1.47-3.43) 26(
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.