КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 551.464:543.319
ПРОДУКЦИОННО-ДЕСТРУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭСТУАРИЯХ РЕК АРТЕМОВКА И ШКОТОВКА (УССУРИЙСКИЙ ЗАЛИВ) В ЛЕТНИЙ СЕЗОН1
© 2015 г. П. Ю. Семкин, П. Я. Тищенко, Н. Д. Ходоренко, В. И. Звалинский, Т. А. Михайлик, С. Г. Сагалаев, В. И. Степанова, П. П. Тищенко, М. Г. Швецова, Е. М. Шкирникова
Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43 E-mail: pahno@list.ru Поступила в редакцию 17.04.2013 г.
В летний сезон 2011 г. исследованы продукционные и гидрохимические характеристики эстуариев рек Артемовка и Шкотовка, впадающих в кутовую часть Уссурийского зал. (Японское море). Из-за высокой интенсивности деструкционных процессов парциальное давление в речных водах Шко-товки, Артемовки и Кневичанки (основной приток Артемовки) было 800, 1800 и 3700 мкатм соответственно. В отличие от эстуария р. Шкотовки, высокая степень трофности р. Артемовки и благоприятное сочетание гидрологических и гидрохимических условий на момент исследования обеспечили высокую интенсивность продукционных процессов (концентрация хлорофилла а достигала 200 мкг/л, пересыщение по кислороду было более чем в два раза, парциальное давление углекислого газа уменьшилось до 25 мкатм). Также была обнаружена консервативная и неконсервативная зависимость щелочности от солености в воде эстуариев рек Шкотовка и Артемовка соответственно.
Ключевые слова: растворенный углерод, продукционно-деструкционные процессы органического вещества, евтрофирование, карбонатная система, эстуарий.
Б01: 10.7868/80321059615030177
Продукционно-деструкционные процессы органического вещества (ОВ) в эстуариях рек — важное звено в глобальном цикле углерода [30, 36—39, 43]. Из общего количества углерода (109 т), который несут крупнейшие реки в океан, приблизительно 40% приходится на органический углерод и 60% — на неорганический углерод [41]. Несмотря на то, что вклад углерода, поставляемого в океан реками, исследованными в данной работе, относительно мал в глобальном масштабе, он может иметь важное экологическое значение для акватории зал. Петра Великого Японского моря. Также исследование процессов, связанных с продукцией и деструкцией ОВ в эстуариях этих рек, позволит лучше понять интенсивность и направленность глобальных потоков углерода.
В общем случае источниками растворенного органического углерода (РОУ) в природных водах могут быть: продукты метаболизма живых и распада отмерших организмов, поверхностный сток
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(проекты 11-05-00241-а, 11-05-98543-р_восток-а, 14-05-
31127-мол_а) и ДВО РАН (проект 12-11-0-07-006).
с водосборов, хозяйственно-бытовые сточные воды и атмосферные осадки. Химический состав РОУ сложен, но условно его можно разделить на два класса — гуминовые (ГВ) и негуминовые (НГВ) вещества, содержание которых равно разности: НГВ = РОУ — ГВ. ГВ представляют собой сложные органические матрицы продуктов жизнедеятельности и распада живых организмов и составляют один из самых обширных резервуаров органического углерода. Основная часть ОВ негуминовой природы автохтонного происхождения относится к легко окисляемому ОВ.
Источники растворенного неорганического углерода (РНУ) следующие: продукты окисления органического углерода, выветривание карбонатных пород, углекислый газ атмосферы, дыхание живых организмов.
Процессы продукции и деструкции ОВ оказывают непосредственое влияние на пространственное распределение, временную изменчивость и потоки биогенных веществ. Потоки биогенных веществ приводят к евтрофированию в бассейнах рек. Евтрофирование эстуарных обла-
5
311
стей повышают интенсивность биогеохимических процессов, в первую очередь — продукцию автохтонного ОВ. Высокое содержание легко окисляемого ОВ способно привести к гипоксии (концентрация кислорода <63 мкмоль/кг [32]) шельфовых вод [25, 35]. В приемном бассейне рек Артемовка и Шкотовка — Уссурийском зал. — неоднократно фиксировались случаи низкого содержания кислорода в придонных водах [10, 17—20]. Знание о продукционно-деструкционных процессах в реках и их эстуариях, впадающих в Уссурийский зал., позволит лучше понять причины низкого содержания кислорода в придонных водах залива.
Цель настоящей работы — изучение состава и распределения растворенного углерода, продукционных и деструкционных процессов ОВ в эстуариях рек Артемовка и Шкотовка в летний сезон по данным полевых исследований, проведенных в 2011 г.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Артемовка и Шкотовка — наиболее крупные реки, впадающие в Уссурийский зал. Японского моря. Артемовка берет начало на юго-западном склоне горы Пржевальского (южная часть горной системы Сихотэ-Алиня), течет в южном направлении и после впадения в нее самого крупного ее притока — р. Кневичанки впадает в бух. Муравьиную (часть Уссурийского зал.). Длина реки — 73 км, площадь бассейна —1460 км2. Ширина реки в районе истока равна нескольким метрам, к устью она увеличивается до 250 м, преобладающая глубина — от 0.4 до 0.6 м. Грунтовое питание реки имеет второстепенное значение, его доля не превышает 15% общего объема стока. Весеннее половодье проходит в апреле — начале мая. В течение года сток распределен неравномерно, до 96% его годового объема приходится на теплую часть года, остальные 4% — на зимний период. Леса в бассейне реки занимают ~74% его общей площади. Заболоченность водосбора ~6%. Крупнейший из расположенных в бассейне р. Артемовки населенный пункт — г. Артем (население — более 100 тыс. человек).
Среднегодовой расход р. Артемовки составляет 8.8 м3/с [17]. Согласно данным Приморского УГМС (ПУГМС), за 2011 г. среднегодовой расход воды р. Артемовки составил 3.37 м3/с. Однако станция наблюдения ПУГМС расположена значительно выше русла р. Кневичанки (в пос. Шты-ково), влияние которой на общий расход Арте-мовки не учитывается.
Шкотовка берет начало на северо-западном склоне хребта Большой Воробей (южная часть Сихотэ-Алиня), течет в южном направлении и впадает тоже в бух. Муравьиную. Длина реки — 59 км, площадь водосбора — 714 км2. Согласно данным ПУГМС, среднегодовой расход воды р. Шкотовки за 2011 г. составил 4.16 м3/с. Питание реки в основном дождевое, на долю подземного питания приходится в среднем ~18%. Весеннее половодье обычно бывает смешанным. За апрель—май проходит 35—40% годового стока, а в годы с незначительными дождевыми осадками — не более 20—22%. Наибольший месячный сток обычно наблюдается в мае, наибольшие расходы воды — в августе или сентябре, наименьший сток — в январе или феврале. В бассейне реки расположено несколько мелких населенных пунктов. В нижнем течении рек Артемовка и Шкотовка — заболоченные поймы.
Уссурийский зал. находится в северо-восточной части зал. Петра Великого. Гидрологический режим Уссурийского зал. определяется его географическим положением, рельефом дна и берегов, материковым стоком, метеорологическими и гидрологическими процессами. В теплый период года наиболее значимые гидрологические процессы в Уссурийском зал. — прогрев вод и сгонно-нагонные явления [1, 12]. Под действием сгонных ветров поверхностные воды перемещаются в мористую часть залива, а навстречу им по склону поднимаются холодные и более соленые воды из открытой части зал. Петра Великого [5]. Максимальные значения солености воды в южной глубоководной части зал. Петра Великого в течение года варьируют от 33.5 до 34.0%о [12]. По направлению к кутовой части Уссурийского зал. соленость воды существенно снижается в зависимости от интенсивности речного стока. Амплитуда приливно-отливных колебаний уровня в акватории Уссурийского зал. может достигать 50 см [10].
Схема расположения гидролого-гидрохимических станций, выполненных в ходе изучения эстуариев, представлена на рис. 1. Съемка выполнялась 18—20 июля 2011 г. Для удобства анализа полученных результатов съемка разделена на два разреза: через эстуарий р. Артемовки (станции 1—5, 15, 17—19) и через эстуарий р. Шкотовки (станции 6—16). В данном случае под понятием "эстуарий", согласно определению, данному в [28] и уточненному в [16], следует понимать всю исследуемую акваторию, за исключением станций в наиболее удаленных речных частях района (станции 1 и 6), куда не проникала морская вода во время исследований.
Рис. 1. Географическое положение изучаемого района и схема расположения станций, 18—20 июля 2011 г.
Пробы воды отбирали пятилитровым батометром Нискина с двух горизонтов: поверхностного (верхние 15—20 см) и придонного (20—60 см от дна). В пробах определяли следующие параметры: содержание 02, соленость, рН, общую щелочность, содержание главных биогенных веществ (фосфатов, силикатов, нитратов, нитритов, аммония), хлорофилл а, РОУ, ГВ. На каждой станции выполняли зондирование профилографом RBR ХИХ-620 с датчиками температуры, электропроводности, давления, флуоресценции хлорофилла а, мутности и освещенности. Образцы воды в тот же день доставляли в лабораторию для анализа. По значениям рН и общей щелочности
рассчитывались параметры карбонатной системы (рНппШи, DIC — Dissolved Inorganic Carbon — растворенный неорганический углерод, рСО2 — парциальное давление углекислого газа).
Пробы воды для определения РОУ предварительно фильтровали через стеклянный фильтр с размером пор 0.6 мкм. Анализ проводили в два этапа на автоанализаторе Shimadzu TOC-VCPN. На первом этапе автосемплером аликвота пробы воды подавалась в реакционную трубку, где на катализаторе при температуре 680°С в присутствии кислорода происходило превращение органических и неорганических форм углерода в CO2.
Содержание растворенного ОВ в нижнем течении рек Кневичанка, Артемовка и Шкотовка, мг С/л
Сезон Кневичанка Артемовка Шкотовка
Весна 5.9 ± 0.3 4.6 ± 0.1 4.5 ± 0.1
Лето 7.7 ± 0.3 5.1 ± 0.01 4.8 ± 0.01
Осень 7.1 ± 0.1 5.1 ± 0.03 4.4 ± 0.03
Продукты сгорания с газом-носителем (очищенный от СО2 воздух) поступали в осушитель, в ловушку галогенов, а затем в измерительную кювету ИК-анализатора. На втором этапе в пробе анализировалась только неорганическая форма углерода. Проба воды в дозаторе анализатора подкисл
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.