Влияние климатообразующих процессов на биогенные вещества Азовского моря Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 551.465

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ НА БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА АЗОВСКОГО МОРЯ

© 2013 г. Ю.М. Гаргопа, Т.Б. Филатова

Гаргопа Юрий Михайлович - доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, Институт аридных зон Южного научного центра РАН, Мурманский морской биологический институт, пр. Чехова, 41, г. Ростов н/Д, 344006, e-mail: [email protected].

Gargopa Yury Mikhailovich - Doctor of Geographical Science, Leading Scientific Researcher, Institute of Arid Zones of Southern Scientific Center of Russian Academy of Sciences, Murmansk Marine Biological Institute, Chekhov St., 41, Rostov-on-Don, Russia, 344006, e-mail: [email protected].

Филатова Татьяна Борисовна - научный сотрудник, Filatova Tatyana Borisovna - Scientific Researcher, Insti-

Институт аридных зон Южного научного центра РАН, tute of Arid Zones of Southern Scientific Center of Russian

пр. Чехова, 41, г. Ростов н/Д, 344006, e-mail: Academy of Sciences, Chekhov St., 41, Rostov-on-Don, Rus-

[email protected]. sia, 344006, e-mail:[email protected].

Установлено, что усиление повторяемости западной (W) и северной (С) форм атмосферной циркуляции (типизация Г.Я. Ванген-гейма) способствует понижению содержания аммонийного азота и минерального фосфора, росту концентраций нитритов и ни т-ратов, фосфора общего и органического и растворённой кремнекислоты в водах Азовского моря. Восточный (Е) тип макропроцессов вызывает противоположную реакцию.

Ключевые слова: Азовское море, биогенные вещества, атмосферная циркуляция, речной сток, скорость ветра, температура вод, корреляция.

It has been ascertained that the increase of recurrence of western (W) and northern (С) forms of atmospheric circulation (according to G. Ya. Vangengeim) contributes to the decrease of content of ammonium nitrogen and mineral phosphorus, increase of concentrations of nitrites and nitrates, common and organic phosphorus and dissolved silicic acid in the Sea of Azov water. The eastern (Е) type of macro-processes causes a reverse reaction.

Keywords: Sea of Azov, biogenic substances, atmospheric circulation, river runoff, wind speed, water temperature, correlation.

В предшествующих работах [1-7] выполнена гидросфера - литосфера - биосфера под влиянием

оценка влияния элементов гидрометеорологического климатообразующих процессов.

режима на солёность и содержание биогенных ве- Это обстоятельство в случае установления генети-

ществ в водной толще Азовского моря. Получены чески обоснованных связей между атмосферной цир-

статистические модели, удовлетворительно аппрок- куляцией (АЦ) и биогенными элементами может быть

симирующие зависимость биогенных веществ Азов- использовано не только для понимания сущности

ского моря от гидрометеорологических и ряда гидро- гидрохимических процессов, происходящих в Азов-

биологических факторов. Их временная изменчивость ском море, но и для оценки возможных климатообу-

обусловлена изменчивостью системы атмосфера - словленных тенденций в их изменении.

Материалы и методика исследований

Достижение цели осуществлялось на основе принципов системного и межсистемного анализа с применением методов математической статистики.

Как и в работах [3-5], в качестве показателя АЦ принята типизация синоптических процессов Г.Я. Вангенгейма, представленная в виде западной восточной (Е), северной (С) форм. Использованы опубликованные в печати и фондовые материалы наблюдений за биогенными веществами Азовского моря АзНИИРХа [1, 2, 5]. При этом для оценки влияния на биогенные вещества различных форм АЦ в качестве одного из основных расчётных периодов взят, как и ранее при выявлении роли гидрометеорологических факторов [2, 5, 6], период с 1960 по 1981 г. Этот ряд наиболее однороден и репрезентативен по сравнению с предшествующими и последующими годами, но непрерывные ежегодные ряды наблюдений за биогенными веществами в последние десятилетия в печати отсутствуют. Приводятся лишь отрывочные сведения по отдельным годам либо осреднённые величины концентраций соединений азота, фосфора и кремне-кислоты за характерные периоды лет, что затрудняет применение методов математической статистики.

Влияние климатообразующих процессов на биогенные вещества

Как и ранее [2-5], в отношении солёности Азовского моря, его планктонных и донных сообществ, отдельных видов проходных, полупроходных и морских рыб выявлена неодинаковая степень и неоднозначность опосредованного через основные факторы среды (метеоэлементы, речной сток, элементы водного баланса, температура воды и солёность, динамика вод) и биоты влияния различных форм климатообра-зующих процессов на биогенные вещества.

В итоге установлено, что усиление повторяемости западной формы АЦ в рассматриваемый и предшествующие годы способствует весьма слабому, статистически незначимому понижению концентраций общего и органического азота ^об1Ц, ^рг) в водах Азовского моря. Более значительно в подобных мак-росиноптических условиях происходит снижение содержания аммонийного азота (^МИ^), причём не только в целом в Азовском море (г = -0,57), но и в собственно море (г = -0,57) и в Таганрогском заливе (г = -0,57). Уменьшается (г = -0,49) и концентрация минерального фосфора (Р-Р04), но главным образом в собственно море (г = -0,44). В то же время концентрация нитритов (N-N02) несколько увеличивается (г = 0,33), особенно в Таганрогском заливе (г = 0,51), а также (г = 0,42) нитратов (N-N03), но преимущественно в собственно море (г = 0,45). Повышается и концентрация общего (г = 0,57) и органического (г = =0,61) фосфора (Робщ, Рорг), растворённой кремнекис-лоты (И28Ю3) (г = 0,47), но главным образом в собственно море (г = 0,51) (таблица, рисунок).

Понижению концентраций аммонийного азота в водах Азовского моря способствует и развитие северной (С) формы АЦ (г = - 0,57...- 0,69) (рисунок). Одновременно возрастает содержание нитритов

(г = 0,39 .0,42), а также нитратов (г = 0,39), но только в собственно море (г = 0,45). Особенно увеличиваются концентрации общего и органического фосфора (г = =0,66 и г = 0,67), причём несколько больший рост характерен для Таганрогского залива (г = 0,72 и г = 0,66), в то время как увеличение концентраций указанных гидрохимических показателей в собственно море несколько ниже (г = 0,56 и г = 0,65) (рисунок). Как и в случаях доминирования макропроцессов W, в условиях роста повторяемости северной формы АЦ в Азовском море происходит некоторое снижение концентраций минерального фосфора (г = -0,17), преимущественно в собственно море, и очень слабое увеличение содержания растворённой кремнекислоты. Причём в отличие от собственно моря в Таганрогском заливе наблюдается некоторое повышение концентрации минерального фосфора (г = 0,30) и несущественное статистически незначимое уменьшение содержания растворённой кремнекислоты (г = -0,09) (таблица).

Корреляция между среднегодовыми концентрациями

биогенных элементов в водах Азовского моря и суммарным числом дней с различными формами АЦ за рассматриваемый (1) и предшествующие (1+...1-п) годы (1960-1981) (критическое значение г = 0,35)

Формы биогенных элементов Формы АЦ

W Е С

г Годы г Годы г Годы

N-NH4 i -0,57 i+...i-8 0,69 i+...i-8 -0,68 i+...i-5

N-NO2 i 0,33 i+...i-5 -0,56 i+...i-8 0,39 i+...i-2

N-NO3 i 0,42 i+...i-6 -0,39 i+...i-3 0,39 i+...i-3

Pi обш 0,57 i+...i-9 -0,66 i+...i-5 0,66 i+...i-2

Р. Р i орг 0,61 i+...i-9 -0,63 i+...i-5 0,67 i+...i-2

Р. 1 i мин -0,49 i+...i-8 0,41 i+...i-4 -0,17 i+...i-2

H2SiO3 0,47 i+...i-7 -0,34 i+...i-7 0,13 i+...i-4

Следовательно, реакция биогенных веществ, содержащихся в водах Азовского моря, на колебания частот появления западной и северной (С) форм АЦ по характеру в основном схожа.

Отклик биогенных веществ Азовского моря на усиление повторяемости в рассматриваемый и предшествующие годы макропроцессов восточного типа (Е) преимущественно противоположен. В условиях доминирования формы Е содержание общего и органического азота в Азовском море несущественно возрастает (г = 0,22), а общего и органического фосфора - ощутимо понижается (соответственно г = -0,66 и г = -0,63), причём как в собственно море (г = -0,64 и г = -0,61), так и в Таганрогском заливе (г = -0,58 и г = -0,59). Уменьшаются и концентрации растворённой кремне-кислоты (г = -0,34), но главным образом в собственно море (г = -0,36). Понижение её содержания в Таганрогском заливе статистически незначимо (г = -0,07). В отличие от западного и северного (С) макропроцессов восточный (Е) способствует росту концентраций аммонийного азота (г = 0,69). Это происходит как в собственно море (г =0,69), так и в Таганрогском заливе (г = 0,70). Возрастает и концентрация фосфатов (г = =0,44), но преимущественно в собственно море (г = =0,37), в то время как в Таганрогском заливе оно уменьшается, хотя и весьма несущественно (г = -0,13).

120

,100

Ср

о 0_

80

60

40

20

120

2 t 2

а о а.

100

80

60

40

20

120

2

^ 100

о Q.

80

60

40

20

100

t *

y = 0,0977x - 9,0182 R2 = 0,3585 r = 0,5988

y = -0,1136x + 173,36 R2 = 0,4682 r =-0,6843

150

200

250

200

Л 180 2

160

Z

Z 140 120 100 80 60 40 20

200

0

■§ 180 2

1 160 Z

I

z 140 120 100 80 60 40 20

200

+ 180

300 350

Ci+...+i-1, дни

' 160 140 120 100 80 60 40 20

y = -0,2707x + 235,22 R2 = 0,3224 r =-0,57

y = 0,1844x -220,39 R2 = 0,4729 r = 0,69

• •

y = -0,4592x + 271,64 R2 = 0,4692 r = -0,6850

Связь среднегодовых концентраций органического фосфора (Рорг) и аммонийного азота №ЫН в водах Азовского моря с суммой дней с макропроцессами типа Ш, Е и С за рассматриваемый (1) и предшествующие (1 + ..л-п) годы

0

Содержание же нитритов и нитратов в водах Азовского моря при доминировании макропроцессов восточного типа, наоборот, понижается (соответственно г = -0,56 и г =-0,39). Причём концентрации нитритов уменьшаются как в собственно море, так и в Таганрогском заливе (г = -0,51). Содержание же нитратов уменьшается главным образом в собственно море (г = =-0,44), в то время как в Таганрогском заливе понижение их статистически незначимо (таблица, рисунок).

Выводы

Таким образом, усиление повторяемости западной (Ш), а также северной (С) форм АЦ способствует снижению содержания аммонийного азота и минерального фосфора в водах Азовского моря. В то же время происходит рост концентрации нитритов, фосфора общего и органического и растворённой кремне-кислоты. Отклик биогенных веществ Азовского моря на усиление повторяемости макропроцессов восточного типа (Е) преимущественно противоположен.

Поступила в редакцию_

Литература

1. Бронфман А.М., Хлебников Е.П. Азовское море: Основы реконструкции. Л., 1985. 271 с.

2. Гаргопа Ю.М. Статистический анализ влияния гидрометеорологических элементов на солёность, биогенные вещества и первичную продукцию в Азовском море // Гид-робиол. журн. 1988. Т. 24, № 6. С. 63 - 67.

3. Гаргопа Ю.М. Современное распреснение Азовского моря и его связь с многолетними колебаниями атмосферной циркуляции // Водные ресурсы. 2002. Т. 29, № 6. С. 747 - 754.

4. Гаргопа Ю.М. Периодичность в изменениях элементов экосистемы Азовского моря // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2003. Прил. № 2. С. 27 - 32.

5. Гаргопа Ю.М. Крупномасштабные изменения гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря : автореф. дис. ... д-ра геогр. наук. Мурманск, 2003. 47 с.

6. Фёдоров Ю.А., Беляев А.Г. Биогенные вещества в зоне смешения река Дон - Азовское море. Ростов н/Д, 2004. 108 с.

7. Филатова Т.Б. Связь режима биогенных веществ Азовского моря с гидрометеорологическими факторами // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2010. № 3. С. 107 - 111.

17 апреля 2013 г.