БИОЛОГИЯМОРЯ, 2013, том 39, № 3, с. 202-212
УДК 550.47 БИОГЕОХИМИЯ
ВЛИЯНИЕ РЕЧНОГО СТОКА И ПРОДУКЦИИ ФИТОПЛАНКТОНА НА СЕЗОННУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИБРЕЖНЫХ ВОД АМУРСКОГО
ЗАЛИВА ЯПОНСКОГО МОРЯ
© 2013 г. В. М. Шулькин1, Т. Ю. Орлова2, О. Г. Шевченко2, И. В. Стоник2
'Тихоокеанский институт географииДВО РАН, Владивосток 690041;
2Институт биологии моря им.А.В.ЖирмунскогоДВО РАН, Владивосток 690059 e-mail: shulkin@tig.dvo.ru
Статья принята к печати 20.09. 2012 г.
Определены факторы, контролирующие сезонную изменчивость концентрации взвеси, биогенных веществ, растворенных форм металлов и биомассы фитопланктона в прибрежных водах восточной части Амурского залива. Показано, что сток р. Раздольная определяет сезонную изменчивость содержания взвеси, величины химического потребления кислорода (ХПК), силикатов, Fe, Mn, Си, Ni и существенно влияет на концентрацию нитратов. Адвекция морских вод является главным источником фосфатов и растворенных форм Zn и Cd. В осенне-зимний период постепенное снижение концентрации силикатов и фосфатов связано с жизнедеятельностью фитопланктона. В весенне-летний период рост биомассы фитопланктона определяет изменчивость содержания фосфатов и нитратов и компенсирует влияние стока р. Раздольная. Сделан вывод, что уровень биомассы фитопланктона, а не вариации речного стока, обусловливает межгодовую изменчивость концентрации нитратов и фосфатов в прибрежных водах Амурского залива.
Ключевые слова: сезонная изменчивость, биогенные вещества, растворенные металлы, биомасса фитопланктона, Амурский залив, Японское море.
The effect of river runoff and phytoplankton production on the seasonal variation of the chemical composition of the coastal waters ofAmursky Bay, Sea of Japan. V. M. Shulkin1, T. Yu. Orlova2, O. G. Shevchenko2, I. V. Stonik2 ('Pacific Geographical Institute, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041; 2A.V. Zhirmunsky Institute ofMarine Biology, Far East Branch, Russian Academy ofSciences, Vladivostok 690059)
This study deals with the factors controlling the seasonal variation of concentrations of suspended matter, nutrients, dissolved forms ofmetals, and phytoplankton biomass in the coastal waters ofthe eastern Amursky Bay. The runoffofthe Razdolnaya River determines the seasonal variation ofthe contents ofsuspended matter, silicates, Fe, Mn, Cu and Ni, and chemical oxygen demand; it also substantially affects the concentration of nitrates. The advection of sea water is the main source of phosphates and dissolved forms of Zn and Cd. A gradual decrease in the concentration of silicates and phosphates during the fall-winter period is related to the growth of phytoplankton. In the spring and summer season, increase in phytoplankton biomass determines the variation of phosphate and nitrate contents and compensates for the influence of river runoff. The level of phytoplankton biomass rather than the variations in the Razdolnaya River runoff accounts for the interannual variability ofthe nitrate and phosphate concentrations in the coastal waters ofAmursky Bay. (Biologiya Morya, 2013, vol. 39, no. 3, pp. 202-212).
Keywords: seasonal variation, nutrients, dissolved metals, phytoplankton biomass, Amursky Bay, Sea ofJapan.
Прибрежно-морские экосистемы - это контактная зона между континентом и океаном, обеспечивающая значительную часть биологической продукции и поддерживающая хозяйственную деятельность и существование более 1/3 населения Земли (Айбулатов, 2005). В то же время интенсивные природные процессы и антропогенная нагрузка на прибрежные воды могут сопровождаться изменением их химического состава и негативными экологическими последствиями. К ним относятся эвтрофикация за счет избыточного поступления биогенных элементов с суши, связанная с ней гипоксия и нарушение структуры планктонного сообщества, включая вредоносное "цветение" водорослей - HAB (Anderson et al., 2002; Heisler et al., 2008). Кроме того, сток с суши
является причиной загрязнения металлами и другими веществами прибрежных акваторий (Ващенко, 2000; Шулькин, 2004). Характерная особенность прибрежных вод - высокая изменчивость их свойств, в том числе химического состава. Данные об изменчивости концентрации химических элементов и соединений в природных водах лежат в основе наших суждений о биогеохимических процессах, происходящих в водных экосистемах, и о степени антропогенной нагрузки.
Зал. Петра Великого, и особенно его северозападная часть Амурский залив, - одна из наиболее изученных акваторий Японского моря. В последние годы сотрудниками Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН был проведен комплекс гидрохими-
ческих исследований в Амурском заливе (Звалинский и др., 2008; Тищеико и др., 2008, 2011). Результаты этих исследований и гидродинамические модели для данной акватории (Мишуков, 2007) позволили оценить пространственную изменчивость химического состава прибрежных вод. Значительно меньше сведений о сезонных и межгодовых вариациях химического состава вод зал. Петра Великого, хотя необходимость характеристики их временной изменчивости очевидна. Анализ результатов многолетних наблюдений различных ведомств позволил определить среднемноголетнюю сезонную изменчивость температуры, солености, растворенного кислорода, фосфатов и силикатов, усредненную по типичным участкам зал. Петра Великого (Лучин и др., 2005). Однако высокая степень усреднения достаточно разнородных данных в этой работе затрудняет оценку факторов, контролирующих сезонную изменчивость химического состава прибрежных вод. Кроме того, необходимо расширить круг изучаемых параметров.
Сезонная изменчивость химического состава прибрежных вод определяется, прежде всего, характерной для умеренных широт сезонностью поступления материала с суши. Другим очевидным фактором, влияющим на химический состав прибрежных вод, является жизнедеятельность планктона, характеризующаяся выраженными сезонными колебаниями численности и видового состава. Возможно также спорадическое влияние особых гидрометеорологических условий (штормов, ледостава). Таким образом, процессы, определяющие пространственную и сезонную изменчивость химического состава прибрежных вод, в принципе одни и те же. Следовательно, используя данные по сезонной изменчивости концентрации в отдельных точках, можно охарактеризовать главные процессы, контролирующие химический состав прибрежных вод всей исследуемой акватории.
Цель настоящей статьи - анализ факторов, контролирующих химический состав прибрежно-морских вод в восточной части Амурского залива, на основе данных по сезонной изменчивости солености, содержания взвеси, концентрации биогенных элементов (К, Р, 81) и растворенных форм ряда металлов (Ре, Мп, Zn, Си, N1). Особенностью Амурского залива является локализация в его северном куту устья р. Раздольная - крупнейшей реки бассейна зал. Петра Великого со среднемноголет-ним расходом 78 м3/с (Многолетние данные..., 1986). Сток р. Раздольная, дренирующей один из наиболее хозяйственно-освоенных водосборов Приморья (Тарасов и др., 2008), отличается повышенными концентрациями биогенных веществ и некоторых металлов (Шулькин, Семыкина, 2005; Звалинский и др., 2008; Шулькин и др., 2009). Поэтому сначала необходимо оценить, насколько велико влияние речного стока на сезонную изменчивость химического состава прибрежно-морских вод Амурского залива, а затем определить значимость других контролирующих факторов, прежде всего состояния сообщества фитопланктона.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Пробы воды отбирали на постоянной станции (43°11'58" с.ш., 131°55'09" в.д.) в восточной части Амурского залива в 150 м к юго-западу от мыса Красный (рис. 1). Место отбора проб удалено от устьевой зоны р. Раздольная - основного источника речного стока в Амурском заливе - на 15 км. Дополнительная поставка веществ в эти прибрежные воды обеспечивается местным стоком с п-ва Муравьев-Амурский, где расположены пригороды г. Владивостока.
Соленость, температура, видовой состав и обилие фитопланктона на постоянной станции регистрируются сотрудниками Института биологии моря (ИБМ) ДВО РАН с 1993 г. (Стоник, Орлова, 1998; Шевченко и др., 2004; Орлова и др., 2009). В рамках настоящего исследования с сентября 2009 г. по декабрь 2011 г. каждые две недели на этой станции отбирали пробы воды с глубины 0.3-0.5 м в предварительно отмытые полиэтиленовые емкости. Кроме того, в мае-октябре 2011 г. пробы воды также отбирали в 500 м мористее постоянной станции для оценки влияния локальной изменчивости (рис. 1).
После отбора воду фильтровали через капсульный фильтр Pall AquaPrep™ с размером пор 0.45 мкм для определения концентрации растворенных форм металлов и биогенных элементов (N, Р, Si). Аликвоту пробы фильтровали через мембранный фильтр Millipore с размером пор 0.45 мкм для гравиметрического определения содержания взвеси. Нефильтрованные аликвоты использовали для определения солености и величины химического потребления кислорода (ХПК), которая отражает количество растворенных органических соединений в воде, окисляемых КМп04 (Шишкина, 1974). Концентрацию растворенных форм металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в пламени (Fe, Mn, Zn, Си, Ni) и в кювете (Pb, Cd) на приборе Shimadzu 6800F/G после предварительного концентрирования жидкостной экстракцией (Chelation/Solvent Extraction System..., 1975). Правильность анализа контролировали методом стандартных добавок, воспроизводимых с точностью 15-20%. Содержание биогенных веществ (нитратов, нитритов, фосфатов и силикатов) определяли стандартными спектрофотометрическими методами (Методы гидрохимических исследований..., 1988; Современные методы..., 1992).
Параллельно с химическим составом воды определяли видовой состав и динамику биомассы фитопланктона. Материал отбирали 2-литровым батометром Молчанова. Один литр пробы концентрировали осадочным методом или обратной фильтрацией (Суханова, 1983) и фиксировали раствором Утермёля (Utermöhl, 1958). Численность клеток подсчитывали в счетной камере типа Ножотта объемом 0.05 мл (Федоров, 1979). При
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.