научная статья по теме СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ОЦЕНКА ГОДОВЫХ ВЕЛИЧИН ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ФИТОПЛАНКТОНА В ЧЕРНОМ МОРЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ОЦЕНКА ГОДОВЫХ ВЕЛИЧИН ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ФИТОПЛАНКТОНА В ЧЕРНОМ МОРЕ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 5, с. 718-733

МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 581.132:574.583:551.507.362

СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ОЦЕНКА ГОДОВЫХ ВЕЛИЧИН ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ФИТОПЛАНКТОНА В ЧЕРНОМ МОРЕ

© 2008 г. А. Б. Демидов

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва

e-mail: demspa@rambler.ru Поступила в редакцию 04.04.2007 г., после доработки 22.08.2007 г.

По многолетним данным (1973-1997 гг.) исследована сезонная изменчивость хлорофилла "а" на поверхности (Схп) и первичной продукции в столбе воды (Сфс) в 10-ти физико-географических районах Черного моря. В большинстве шельфовых районов (ШР) (<200 м), акваторий над континентальным склоном (КС) (200-1500 м) и глубоководных (ГР) (>1500 м) областей моря сезонные изменения Схп и Сфс протекали по одной схеме с двумя-тремя максимумами: в феврале-марте, июне-августе и октябре-ноябре. Такая картина говорит о том, что сезонная изменчивость Сфс в Черном море определяется главным образом изменениями содержания хлорофилла. Среднегодовые величины Сфс составили 130-420, 130-150 и 140-150 гС/м2 для ШР, КС и ГР соответственно. Эти величины характерны, в основном, для эвтроф-ных и переходных между мезотрофными и эвтрофными водами для ШР и находятся у верхней границы мезотрофных вод для КС и ГР. Вклад зимнего сезона (декабрь-март) в суммарные величины первичной продукции максимален в ГР (40-42%). На шельфе и близко расположенном к нему восточном свале доля Сфс, создаваемой летом (июнь - сентябрь), выше зимней (40-60%). Весной и осенью создается от 9 до 17% годовой Сфс. Произведена оценка суммарной годовой величины Сфс всей акватории Черного моря, которая оказалась равной 50-70 х 106 тС.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из направлений исследований экосистемы Черного моря в настоящее время является обобщение и анализ данных по первичной продукции и содержанию хлорофилла, накопленных учеными разных стран главным образом в 70-е-90-е годы прошлого столетия. Одним из результатов этих работ стали оценки сезонной изменчивости этих показателей в прибрежных [1, 13, 32, 50, 55-57, 59, 60, 67, 77, 84, 87] и в открытых глубоководных [1, 2, 10-13, 32, 50, 84, 87, 88] районах Черного моря. Однако, эти обобщения были сделаны лишь для отдельных районов и не касались всей черноморской акватории. В настоящей работе впервые исследованы сезонные изменения интегральной первичной продукции (Сфс) и поверхностного хлорофилла "а" (Схп) для 10-ти выделенных районов, занимающих площадь всего Черного моря. Знания о сезонных изменениях первичной продукции позволяют решать одну из фундаментальных проблем современной биогеохимии океана - определение ее годовых величин в морях, отдельных районах и для всего Мирового океана.

Годовые величины первичной продукции, рассчитанные ранее для открытых прибрежных районов Черного моря у Севастополя и Геленджика, составили 100-130 гС/м2 [56, 57, 60]. Более высоких величин первичная продукция достигает в закрытых бухтах (180-310 гС/м2 в год) и в северо-западном эв-трофированном районе моря у берегов Румынии (>1000 гС/м2 в год) [57, 59, 67]. Оценки годовых величин первичной продукции в центральных райо-

нах, проводившиеся без учета зимнего максимума, давали явно заниженные величины: 40 гС/м2 [57] и 90 гС/м2 [47]. По приближенной оценке [58], основанной на допущении, что уровень первичной продукции зимой в 5-10 раз выше по сравнению с другими сезонами, и что с января по март синтезируется 30-40% от годовой продукции, эта величина в глубоководных районах моря составила 120-170 гС/м2 в год. Близкие величины (150-160 гС/м2 в год) получены в результате анализа сезонного хода Сфс в этих районах [11].

Суммарные годовые величины первичной продукции были рассчитаны для районов восточного и западного циклонических круговоротов (35 х х 106 тС), акваторий над континентальным склоном (27 х 106 тС) и шельфа (31 х 106 тС) и составили для всего моря 93 х 106 тС [47]. Полученные в 70-е-90-е гг. данные по первичной продукции для разных сезонов, а также привлечение результатов расчетов ее по простейшим алгоритмам (с использованием концентрации хл "а" в поверхностном слое) позволяют провести ревизию, рассчитанных ранее годовых величин первичной продукции в различных районах и для всего Черного моря.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Районирование Черного моря и источники данных. Изучение сезонной изменчивости первичной продукции и содержания хл "а", а также оценка годовых величин первичной продукции проводились

в.д.

Рис. 1. Расположение физико-географических районов и среднегодовая схема основных поверхностных течений [3] Черного моря. Д - Придунайский район; СЗх - северо-западный шельф (<60 м); СЗ2 - северозападный шельф (60-200 м); ЮЗ! - юго-западный шельф (<60 м); ЮЗ2 - юго-западный шельф (60-200 м); ВШ - восточный шельф (<200 м); ЗС - западный континентальный склон (200-1500 м); ВС - восточный континентальный склон (200-1500 м); ЗГ - западный глубоководный район (>1500 м); ВГ - восточный глубоководный район (>1500 м).

для 10-ти разных районов Черного моря (рис. 1). Границы районов соответствуют изобатам, маркирующим положение фронтальных зон между основными черноморскими водными массами [54] и линиям раздела вод с различным содержанием хл "а" по спутниковым данным [78]. Аналогичный подход был использован ранее [86]. Граница между западными и восточными акваториями условно проведена по меридиану 34° в.д., проходящему по конвергентной зоне течений основных циклонических круговоротов [3]. На востоке и западе моря выделены районы над континентальным склоном (200-1500 м) и открытая глубоководная часть (>1500 м). Изобата 1500 м занимает в основном промежуточное положение между стрежнем основного черноморского течения (ОЧТ) и его внешней окраиной. Она, условно, может считаться границей между центральной и периферийной водными массами с соответственно циклоническим и антициклоническим характером вертикальных движений и различной интенсивностью течений [54, 80]. Граница между шельфовыми водами и зоной действия ОЧТ проведена по изобате 200 м. Здесь, на внешней границе материковой отмели происходит конвергенция вод с разными биогидрохимическими характеристиками и разделение прибрежной и открытой экосистем Черного моря [44]. На западном шельфе (<200 м) выделены северо-западный и юго-западный районы. Экологические условия функционирования фитопланктонного сообщества на северо-западном шельфе во многом определяются временны ми изменениями речного

стока, интенсивное воздействие которого распространяется на юго-запад с водами прибрежных течений приблизительно до мыса Калиакра (43° 30' с.ш.) [18]. В свою очередь, изобата 60 м делит широкий и достаточно неоднородный западный шельф на прибрежную (<60 м) и открытую (60-200 м) части (рис. 1). Отдельно нами рассматривается Придунайский район, границы которого хорошо прослеживаются по картам распределения поверхностного хлорофилла [78].

В предшествующих работах, затрагивающих вопросы пространственной неоднородности акватории Черного моря [18, 47], ее районирование проводилось на основании особенностей гидрологических и гидрохимических процессов и связанных с ними различий годовых продукционно-деструкционных циклов в разных частях моря. С использованием этого подхода также, как правило, отдельно рассматривались прибрежные шельфовые области, акватории над свалом глубин (зона действия ОЧТ) и районы основных циклонических круговоротов. Шельфовые районы с глубинами <200 м, свал глубин (200-1500 м) и глубоководные районы (>1500 м) занимают соответственно 26.8, 16.5 и 56.7% площади акватории Черного моря [25].

В настоящей работе проанализированы собственные и литературные данные измерений Сфс и Схп для открытых глубоководных районов Черного моря, полученные в период с 1973 по 1997 гг., источники которых подробно описаны в более ранних работах [10-12]. Кроме того, в анализ включены результаты экспедиций, проведенных исключительно в шельфовых водах и районах свала глубин [7, 9, 15, 36, 43, 59, 60, 68, 72, 77], а также данные черноморских рейсов [35, 87], которые не были рассмотрены в работах [10-12]. Всего для проведенного анализа использовались результаты измерений Сфс на 585-ти станциях и результаты измерений Схп - на 1822-х станциях. 1320 результатов измерений последнего параметра по специальным уравнениям (см. ниже) пересчитывались в величины Сфс, причем на 138-и станциях для расчета величин Сфс в качестве дополнительной информации использовались результаты измерений первичной продукции в поверхностном слое (Сфп).

Определение первичной продукции и содержания хл "а". Во всех экспедициях первичная продукция определялась с использованием радиоуглеродной модификации скляночного метода [83]. При этом разными авторами применялись различные схемы постановки опыта при измерении первичной продукции. В рейсах Института океанологии РАН (ИО РАН) первичная продукция на разных горизонтах измерялась в условиях in situ [7-9, 14, 16], по схеме Кр-Кт [16, 45, 46] или применялся хлорофиль-ный метод [8, 14]. В экспедициях Института биологии южных морей (ИнБЮМ) использовался метод имитации световых условий [27, 58]. Проведенное

Таблица 1. Уравнения регрессии (у = а + Ьх), связывающие первичную продукцию в столбе воды (Сфс, мгС/м2 в день) и отношение этого показателя к продукции в поверхностном слое (Сфп, мгС/м3 в день) с концентрацией поверхностного хлорофилла (Схп, мг/м3)

Месяцы У X а ± 8.Б. Ь ± Б.Б. N г т

IV, V 18 Сфс 18 СХп 2.614 ± 0.025 0.511 ± 0.039 62 0.863 0.188 2.377

У1-1Х 18 Сфс 18 СХп 2.751 ± 0.021 0.498 ± 0.029 99 0.868 0.188 2.377

X, XI 18 Сфс 18 СХп 2.518 ± 0.024 0.532 ± 0.056 46 0.818 0.162 2.109

Х11-111 18 Сфс 18 СХп 2.581 ± 0.013 0.600 ± 0.052 149 0.693 0.149 1.986

IV, V 18 Сфс! Сфп 18 СХп 0.937 ± 0.028 -0.498 ± 0.045 48 -0.852 0.178 2.270

У1-1Х 18 Сфс! Сфп 18 СХп 0.963 ± 0.018 -0.557 ± 0.029 100 -0.887 0.156 2.051

X, XI 18 Сфс! Сфп 18 СХп 0.943 ± 0.020 -0.687 ± 0.039 53 -0.928 0.142 1.923

Х11-111 18 Сфс! Сфп 18 СХп 1.118 ± 0.023 -0.294 ± 0.087 28 -0.551 0.111 1.667

Примечание. 8.Б. - стандартная ошибка свободного члена а и коэффициента регрессии Ь; N - число измерений; г - коэ

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.

Показать целиком