ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 2, с. 151-164
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 551.463.8 581.132;550.42
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОГЕННОЙ И АБИОГЕННОЙ ЧАСТЕЙ ВЗВЕСИ ДЕЛЬТЫ РЕКИ ВОЛГИ В ПЕРИОД ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ
(МАЙ 2008 г.)1
© 2013 г. М. Д. Кравчишина, А. Н. Новигатский, Н. В. Политова, В. В. Зернова, С. А. Мошаров, О. М. Дара, А. А. Клювиткин
Институт океанологии РАН 117997Москва, Нахимовский просп., 36 E-mail: kravchishina@ocean.ru Поступила в редакцию 02.02.2011 г.
Проведены комплексные исследования рассеянного осадочного вещества (взвеси) в дельте р. Волги в период половодья на двух участках Астраханского государственного природного биосферного заповедника (Обжоровском и Дамчикском), выявлен ряд закономерностей условий седиментации. Обнаружены значительные различия в поставке в море осадочного материала с рукавами и протоками восточной и западной части дельты реки. Для восточной части характерны заметно более высокие концентрации взвеси, биогенных компонентов, фитопигментов, численности и биомассы фитопланктона, а также потоки осадочного материала. Установлена взаимосвязь между концентрациями взвеси и изучаемых фитопигментов. В мае практически весь хлорофилл "а" взвеси концентрировался в клетках мелких диатомовых водорослей. Его распределение было пропорционально биомассе диатомей. В целом взвешенное вещество дельты представлено преимущественно минеральными обломочными частицами (кварца и карбонатов) с относительно небольшой долей глинистых минералов на фоне огромного количества клеток диатомовых водорослей и биогенного детрита.
Ключевые слова: взвесь, фитопланктон, хлорофилл "а", минеральный состав, потоки осадочного вещества
Б01: 10.7868/80321059613010057
Самая крупная река в бассейне Каспийского моря — Волга имеет широкую и развитую дельту (площадь водосбора 1360—1380 тыс. км2) [16, 29]. Она заметно выделяется на фоне большинства речных дельт мира по ряду фундаментальных признаков [28]. На большей части бассейна реки идет довольно интенсивное химическое выветривание при значительном выпадении атмосферных осадков и относительно высокой среднегодовой температуре воздуха в ее среднем течении. В южной части водосборной площади, тяготеющей к зоне полупустынь, количество осадков незначительно, вследствие чего преобладает физическое разрушение пород и эоловая поставка продуктов выветривания [24]. Балансовые расчеты [20] по материалам Астраханского Центра по гид-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-00456-а), Президента РФ (проект НШ-618-2012-5), а также ОНЗ РАН (проект "Микро- и наночастицы
в морях, океанах, атмосфере и льдах. Потоки, состав, загрязнения на микро- и наночастицах").
рометеорологии за 1987—1988 гг. показали, что на устьевом взморье отложение взвешенных наносов идет интенсивнее, чем в дельте реки.
В период половодья Волга сбрасывает в море большое количество взвешенных (70% годового твердого стока) и растворенных веществ. Во взвеси увеличивается количество минеральной компоненты, расширяются ареалы влияния речных вод. Именно с волжским стоком связывают возникновение первого максимума концентраций взвеси в Северном Каспии в апреле—мае. Со стоком Волги в северную часть моря в мае—июне в огромном количестве поступают биогенные вещества (БВ), необходимые для развития планктона [7]. Максимальные величины мутности наблюдаются в многоводные годы в июне, а в маловодные — в мае (на подъеме волны половодья) [8]. Громадный речной сток в значительной степени определяет осадконакопление в северной части моря.
Регулирование стока р. Волги нарушило временной баланс между наступлением половодья и формированием соответствующего для этого сезона температурного режима вод [9]. Особое значение при этом имело завершение строительства нижней плотины у г. Волгограда в 1959 г. В мае (период половодья) наблюдается повышение температуры воды в водотоках дельты по сравнению с периодом естественного стока (1942—1958 гг.) [20]. Из-за существующего режима работы Волгоградской ГЭС зимний сток увеличился втрое, на соответствующую величину стока уменьшилось весенне-летнее половодье и вдвое сократилась его продолжительность [9]. Повышение и понижение уровня воды в половодье происходит гораздо быстрее по сравнению с незарегулированными условиями. Утренние попуски ГЭС, особенно интенсивные по понедельникам, приводят к ежедневным изменениям скорости течения и уровня воды, эрозии берегов (за счет ежедневного обсыхания и намокания), усиленному стоку в море вод, не полностью прошедших биологический фильтр дельты.
В результате зарегулирования речного стока непродолжительное и позднее половодье отрицательно сказывается на всех составляющих системы Северного Каспия. Количественные колебания фитопланктона в этой части моря зависят, главным образом, от колебания стока и высоты половодья р. Волги [22, 25]. Продуктивность фитопланктона в дельте зависит в основном от объема расхода воды, обусловленного работой Волгоградской ГЭС. Высокая первичная продукция наблюдалась в годы с высоким и средним значением годового расхода, а низкая — в годы с минимальными объемами попусков [3].
В дельте р. Волги и в Северном Каспии сочетаются процессы гумидной и аридной седиментации [24] при непосредственном значительном влиянии антропогенных факторов.
Для познания процессов современной седиментации в Северном Каспии авторами были проведены комплексные исследования взвешенного осадочного вещества в дельте р. Волги в период половодья, когда в море поступает наибольшее количество твердого речного стока.
РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ
Особенность дельты р. Волги — наличие обширного устьевого взморья, которое включает в себя авандельту (глубины до 1.5—2.5 м, протяженность с севера на юг 35—50 м) и приглубую зону (глубины 3—7 м, ширина ~70 км). Авандельта включает в себя две подзоны: островную и мор-
скую. Южной границей авандельты служит морской устьевой бар [2, 23]. Приустьевое пространство р. Волги охватывает наиболее опресненную часть Северного Каспия (0.1—3 епс). Работы авторов на взморье в период половодья (16—21 мая 2008 г.) не выходили за пределы области распространения пресных вод (рис. 1).
Исследования взвеси и планктона проводились на территории Астраханского государственного природного биосферного заповедника (одного из старейших в России, основанного в 1919 г.) в западной (Дамчикский участок) и восточной (Обжо-ровский участок) частях дельты. Это сравнительно молодая часть дельты, где взаимодействуют факторы речного и морского дельтообразования [2].
Наиболее изучен Дамчикский участок, который разделяется на две разные по географическим условиям части: северную и южную. Северная часть относится к нижней зоне надводной дельты. Она протягивается от устьев водотоков в направлении вершины дельты на 10 км и включает в себя многочисленные аллювиальные острова, разделенные узкими протоками и ериками. Южная часть относится к предустьевой области подводной дельты — островной авандельте. Для нее характерно наличие обширных мелководий с надводной и подводной растительностью (зарослями тростника, рогоза, ежеголовника, лотоса и др.), открытых и изолированных заливов (култу-ков) [2].
Обжоровский участок заповедника также можно разделить на две части: северную (надводная часть дельты) и южную (авандельта с плавающей и погруженной растительностью). В восточной части дельты находятся основные естественные нерестилища полупроходных рыб. В западной части таких нерестилищ мало. В основном там располагаются сельскохозяйственные угодья [2].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Пробы воды отбирали винипластовым батометром объемом 5 л, затем воду разливали в пластиковые бутылки. Для определения хлорофилла "а" пробы после отбора сразу помещали в темное прохладное место (сумка-холодильник) и хранили не более 3 ч до начала анализа.
Для сбора взвеси, определения ее массовой концентрации, мг/л, и последующего изучения ее состава использовались мембранные ядерные фильтры диаметром 47 мм и размером пор 0.45 мкм. Фильтрация проб воды объемом от 300 до 500 мл (в зависимости от количества взвеси) проводилась под вакуумом 0.4 атм. С каждой пробы воды
с.ш.
Рис. 1. Карта-схема станций отбора проб воды в дельте р. Волги в мае 2008 г. 1—20 — номера станций.
было получено по три параллельных ядерных фильтра. Фильтры помещали в чашку Петри и сушили при t = 60°С. Высушенные фильтры выдерживали в эксикаторе, затем взвешивали на электронных весах (с точностью до пятого знака после запятой) и рассчитывали среднюю концентрацию взвеси для каждой пробы. В результате собрано 39 проб взвеси (117 фильтров) на 35 станциях.
Определение концентрации пигментов фитопланктона (хлорофилла "а" и феофитина "а") проводилось флуориметрическим методом [27] с помощью флуориметра "Trilogy" (фирма "Turner"), предварительно откалиброванного на кафедре биофизики биологического факультета МГУ. Для калибрования прибора использовался раствор хлорофилла "а", концентрация которого была определена спектрофотометрически.
Пробы воды для определения пигментов фитопланктона фильтровали через стекловолокнистые фильтры GF/F фирмы "Whatman" под вакуумом 0.2 атм. Объем отфильтрованной воды варьировал от 100 до 250 мл. Фильтры помещали в 90%-й аце-
тон для проведения экстракции хлорофилла "а" при t = +4°С в темноте в течение 12—16 ч. Полученные экстракты помещали в измерительную кювету флуориметра и определяли интенсивность флуоресценции. Для коррекции концентрации хлорофилла "а" с учетом феопигмента экстракт подкисляли 1 н HCl и снова определяли интенсивность флуоресценции. Расчет концентраций хлорофилла "а" и феофитина "а" проводился по данным флуоресценции по формулам в [26, 31]:
Chl-a = kn(Fb — Fa)(Fsoivent/J^r), (1)
Phaeo-a = kn(FmFa — Fb)^^^^, (2)
где k — калибровочный коэффициент [Cstand/Fbstand]; n — коэффициент подкисления [Fm/(Fm—1)], Fm = Fbstand/Fastand; Ctand, Abstand и Fa^nd — концентрация и флуоресценция стандартного раствора хлорофилла "a" до и после подкисления соответственно; Fb и Fa — флуоресценция опытного раствора хлорофилла "а" до и после подкисления соответствен
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.