CC BY
72
УДК 551.352:551.464(262.81)
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ СЕВЕРНОГО КАСПИЯ
О 2013 Л.В. Дегтярева
Каспийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства, г. Астрахань
Поступила 25.12.2012
В данной статье представлены результаты исследования влияния абиотических и биотических факторов на сезонную динамику содержания органического вещества в донных отложениях западной части Северного Каспия. Проведено районирование исследуемой акватории, позволившее выделить участки, где накопление органики в грунтах зависит от источников питания органическим материалом.
Ключевые слова: органический углерод, донные отложения, сезонная динамика.
Органическое вещество играет важную роль в круговороте химических элементов в водной экосистеме. Оно имеет природный (продукты жизнедеятельности гидробионтов) и антропогенный генезис и оказывает существенное влияние на донные отложения. Органическое вещество в донных осадках — один из важнейших компонентов, определяющих их свойства. Количественное содержание органики в грунтах позволяет оценить трофность водоема и обеспеченность высших трофических уровней веществом и энергией [9]. Уровень накопления органических соединений в отложениях регулирует циклы биогенных элементов и газовый режим на границе «вода-дно» [11]. Органическое вещество играет значимую роль в аккумуляции в осадках тяжелых металлов, углеводородов и других токсических соединений [1, 5, 6].
Изучение органического вещества является важным аспектом гидрохимических, гидробиологических и геологических исследований и становится особенно актуальным в условиях загрязнения водоема.
Наиболее репрезентативным показателем органического вещества является органический углерод [12].
С целью исследования влияния абиотических и биотических факторов на сезонную динамику накопления органического углерода (Сорг) в грунтах Северного Каспия были проанализированы данные по органическому стоку р. Волги и стоку взвешенных веществ, прозрачность воды, скорость ветра, насыщение вод кислородом, рН и концентрация растворенного углерода (у поверхности и у дна), содержание фитопигментов в поверхностном слое воды, а также температура и соленость придонного горизонта.
Материалом для исследований послужили пробы, собранные в летне-осенний период 1994, 1996-1999, 2005-2011 гг. в западной части Север-
Дегтярева Лариса Вячеславна, научный сотрудник, лаборатория водных проблем и токсикологии, [email protected]
ного Каспия во время экспедиционных работ, проводимых лабораторией водных проблем и токсикологии КаспНИРХа. Органический углерод в донных отложениях определялся методом Тюрина [3]. Всего было исследовано 452 образца донных отложений. Кислород определялся методом Винклера, растворенный органический углерод — бихроматным сжиганием, фитопигменты — спектрофотометрическим методом [7, 8, 10].
Концентрация Сорг в осадках западной части Северного Каспия за период исследования изменялась от 0,01 до 2,82%. Пространственное распределение Сорг характеризовалось неоднородностью. Высоким содержанием Сорг (свыше 1,40%) отличались грунты, залегающие в области, подверженной влиянию западной струи волжского стока и на свале Укатного. Наименьший (до 0,40 %) уровень накопления Сорг отмечен в осадках предустьевого пространства р. Терек и Новинского осередка.
Наиболее высокая интенсивность аккумуляции Сорг свойственна заиленным грунтам. Содержание Сорг в донных отложениях находилось в прямой корреляционной зависимости от процента пелитовой (<1 < 0,01 мм) фракции. Коэффициент корреляции достигал + 0,76 (июнь 2008 г.).
Учитывая тот факт, что сезонная динамика Сорг в разных районах Северного Каспия неодинакова, что обусловлено большим разнообразием в условиях осадконакопления (разноудаленно-стью от речных устьев, различиями гидрологических, гидрохимических, биопродукционных параметров отдельных участков моря), были проанализированы внутригодовые изменения уровня накопления Сорг в локальных зонах акватории исследования. Районирование произведено на основе зонирований, предложенных Катуниным с соавторами [2] и Монаховым с соавторами [4].
Максимальным накоплением органического вещества в начале лета характеризовались осадки районов, находящихся под влиянием западной струи волжского стока. На этих участках высокое накопление Сорг в июне обусловлено поступлени-
ем аллохтонной органики в период половодья. Дальнейшее снижение концентраций объясняется уменьшением стока и развитием процессов минерализации. Влияние Кировского банка на осадко-накопление просматривается в предустьевом пространстве р. Волги (выходной участок Кировского банка, свал Очиркина) (рис. 1а). Воздействие стока Волго-Каспийского канала (ВКК) отмечено южнее, поскольку из этого канала привносится наибольшее количество твердого стока и тонко-
дисперсная взвесь, основной носитель органического материала, осаждается в районах банок Тбилиси и Сигнал, Средней Жемчужной банки, свала Жемчужной банки и южнее свала Жемчужной банки (рис. 16).
В данных районах также наблюдалась и зависимость сезонной динамики от стока взвешенных веществ (рис. 2).
а) б)
Рисунок 1. Сезонная динамика содержания Сорг в донных отложениях районов, подверженных влиянию органического стока из Кировского банка (а) и из ВКК (б)
—я— Банки Тбилиси и Сигнал ---♦--• Средняя Жемчужная банка
—А—Свал Жемчужной банки --•-- Южнее свала Жемчужной банки
* органический сток
—я—Банки Тбилиси и Сигнал ---♦■-- Средняя Жемчужная банка
—А—Свал Жемчужной банки - -•- - Южнее свала Жемчужной банки
* сток взвешенных веществ
- Выход Кировского банка ■■■♦■■■ Свал Очиркина ■
Выход Кировского банка Свал Очиркина * сток взвешенных веществ
а)
Рисунок 2. Сезонные изменения содержания Сорг в стока взвешенных веществ из Кировского банка (а) и
Повышение концентраций Сорг к июлю-августу отмечено в грунтах восточной части исследуемой акватории - свала Укатного, свала Белинского, свала Новинского осередка, выхода Обжоровского банка, восточной части свала глубин, северной части центрального приглубого района, Кулалинской банки и в осадках, залегающих у о-ва Кулалы. Сезонное возрастание органики сопровождается увеличением показателей уровня развития продукционных процессов — насыщения кислорода, рН, растворенного Сорг и фи-топигментов в поверхностном горизонте воды (рис. 3-5), что позволяет предположить зависимость накопления органического материала в
б)
1нных отложениях районов, подверженных влиянию ВКК (б)
грунтах вышеупомянутых районов от интенсивности продукционных процессов.
В грунтах, подстилающих районы, также находящихся под влиянием волжской струи (Смирновский осередок, акватория, прилегающая к о. Тюлений, юго-восточная часть района западной волжской струи, свал Хохлатского), отмечено высокое содержание Сорг в начале летнего периода с последующим накоплением к осени (рис. 6). Донные осадки на данных участках представлены алевритовыми песками, илистыми песками, песчанистыми илами и содержат большое количество пелитовых фракций, что определяет их высокую способность к сорбции органического материала.
Рисунок 3. Сезонные изменения содержания Сорг в донных отложениях в зависимости от насыщения кислорода в поверхностном слое воды
а) б)
Рисунок. 4. Сезонные изменения содержания Сорг в донных отложениях в зависимости от рН (а) и концентрации растворенного Сорг (б) в поверхностном слое воды
а) б)
Рисунок 5. Сезонные изменения содержания Сорг в донных отложениях в зависимости от концентраций
хлорофилла «а» (а) и феофитина (б) в поверхностном слое воды
Влияния других абиотических (скорость ветра, температура придонного слоя) и биотических (насыщение вод кислородом, рН и концентрация растворенного углерода у дна) факторов на сезонный ход Сорг не выявлено.
—•—Смирновский осередок ---■•-- Район о-ва Тюлений
—*— Юго-восточная часть района западной волжской струи —•—Свал Хохлатского
% Граница Северный Каспий - Средний Каспий %0
0,60 - г 9,00
0,50 - 8,00 7,00
0,40 - 6,00
0,30 - 5,00 4,00
0,20 - 3,00
0,10 - 2,00 1,00
0 00 VI VII VIII IX —■—С орг •••♦■•• s 0 00
Рисунок 6. Сезонная динамика содержания Сорг в донных отложениях, содержащих большое количество пелитовых фракций, %
Увеличение содержания органического вещества в осенний период характерно и для осадков юго-западной части Кулалинского порога. Данный район — второй по продуктивности в северной части моря. Здесь образуется около 16% первичного органического вещества Северного Каспия. Кроме того, в этом районе отмечены повышенные величины биомасс организмов всех трофических уровней и максимальные концентрации рыб в период летнего нагула [2]. Возрастание уровня накопления Сорг сопровождается увеличением рН, что свидетельствует о высокой интенсивности продукционных процессов осенью (рис. 7). Эта область также является морфологическим барьером для осаждения терригенного материала и характеризуется высокой интенсивностью осад-конакопления [13].
% Юго-западная часть Кулалинского порога
0,60 - г 8,75
0,50 - 8,70 8,65
0,40 - 8,60
0,30 - 8,55 8,50
0,20 - 8,45
0,10 - 8,40 8,35
0 00 VI VII VIII IX —■—С орг ------- рН пов 8 30
Рисунок 7. Сезонные изменения содержания Сорг в донных отложениях в зависимости от рН в поверхностном слое воды
Влияние солености в придонном горизонте на накопление органических соединений прослеживается в области наибольших ее показателей — на границе Северный Каспий — Средний Каспий (рис. 8). Уменьшение содержания органики в грунтах в течение летнего периода было вызвано возрастающим осолонением этой части моря и, соответственно, увеличением доли минеральных компонентов в осадках.
Рисунок 8. Сезонные изменения содержания Сорг в донных отложениях в зависимости от солености в придонном горизонте
Таким образом, направленность сезонного хода Сорг в донных отложениях в различных районах Северного Каспия неодинакова. Внутриго-довые изменения изучаемого компонента зависят от источников питания осадков органическим материалом. Районирование исследуемой акватории позволило выделить участки, подверженные влиянию аллохтонной органики с пиком содержания в начале лета, интенсивности продукционных процессов с достижением максимума в июле-августе, осолонения и содержания пелитов в грунтах с накоплением органического вещества осенью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Виленский В.Д., Даценко Ю.С. Микроэлементы в донных отложениях Учинского водохранилища: оценка изменений в бассейне Волжского источника водоснабжения//Водные ресурсы. 1985. №4. С.128-135.
2. Катунин Д.Н., Хрипунов И.А., Кашин Д.В., Дулимов А.Б. Продукционно-деструкционные процессы фитопланктона в Северном Каспии // Рыбохозяйственные исследования на Каспии: результаты НИР за 2000 год. Астрахань, 2001. С. 39-51.
3. Методическое руководство по анализу органического вещества донных отложений: под. ред. Е.М. Заславского. М.: ВНИРО, 1980. 64 с.
4. Монахов С.К., Курапов А.А., Татарников В.О. Локальные зоны очищения и загрязнения вод в западной части Северного Каспия по данным производственного экологического мониторинга // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. М.: ВНИИОЭНГ, 2005. № 7. С. 45-53.
5. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: контроль и оценка влияния. М.: Мир, 1987. 288 с.
6. Немировская И.А. Углеводороды в океане. М.: Научный мир, 2004. 328 с.
7. РД.52.10.243-92. Руководство по химическому анализу морских вод. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993. 264 с.
8. Руководство по химическому анализу морских и пресных вод при экологическом мониторинге рыбохозяй-ственных водоемов и перспективных для промысла районов Мирового Океана: под. ред. В.В. Сапожнико-ва. М.: ВНИРО, 2003.202 с.
9. Соколова М.Н. О связи трофических группировок глубоководного макробентоса с составом донных осадков // Океанология. 1968. Т. VIII. Вып. 2. С. 179191.
10. Справочник гидрохимика: рыбное хозяйство: под. ред. В.В. Сапожникова. М.: Агропромиздат, 1991. -224 с.
11. Федоров Ю.А., Доценко И.В., Кузнецов А.Н., Белов А.А., Логинов Е.А. Закономерности распределения Сорг в донных отложениях российской части Азовского моря // Океанология. 2009. Т. 49. №2. С.229-236.
12. Химия океана. М.: Наука, 1979. 518 с.
13. Хрусталев Ю.П. Закономерности современного осад-конакопления в Северном Каспии. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1978. 207 с.
SEASONAL DYNAMICS OF ORGANIC CARBON CONTENT IN SEDIMENTS
OF THE NORTHERN CASPIAN
© 2013 L.V. Degtyareva
Caspian Fisheries Research Institute
The paper presents the results of a study of the influence of abiotic and biotic factors on the seasonal dynamics of organic matter in sediments of the western part of the Northern Caspian. The zoning of the water area under exploration is performed in order to identify areas where organic matter accumulation in sediments depends on the source of organic matter supply.
Key words, organic carbon, sediments, seasonal dynamics.
Degtyareva Larisa Vyacheslavna, research worker, Laboratory of Aquatic Problems and Toxicology, [email protected]
