Лимитирующие факторы черного моря
Variability phytoplankton community of north-eastern Black Sea under the influence of natural and anthropogenic factors
Полякова Т.В. 1 , Полякова А.В. 2
Tatiana V. Polyakova, Antonina V. Polyakova
1 Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова,
биологический факультет, кафедра гидробиологии
2 Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова,
географический факультет, кафедра океанологии
УДК 574.2: 581.526
Исследована межгодовая и сезонная изменчивость состояния фитопланктонного сообщества северо-восточной части Чёрного моря на примере Геленджикской бухты: видового разнообразия, численности и биомассы в зависимости от изменений гидролого-гидрохимических условий и загрязнения вод. Количественное развитие диатомовой водоросли Rhizosolenia calcar-avis – хороший показатель естественных колебаний природных условий и антропогенного воздействия на экосистему.
Ключевые слова : фитопланктон; Геленджикская бухта; сезонная и межгодовая изменчивость.
Исследования Геленджикской бухты, характеризующей состояние фитопланктона северо-восточной части Черного моря, в зимний и летний сезоны на протяжении более 10 лет позволили проследить различные аспекты изменчивости природных условий в прибрежной зоне моря и оценить влияние антропогенной составляющей. Возрастающая рекреационная нагрузка может серьезно осложнить экологическую ситуацию в бухте (Техногенное загрязнение. 1996). Оценка состояния вод, определение причин ухудшения качества и прогноз – одна из главных задач сохранения водной экосистемы бухт (Сапожников, 1992).
Развитие фитопланктонного сообщества в бухте зависит от температурного режима, содержания биогенных веществ и состояния загрязнения вод. Хотя Геленджикская бухта имеет небольшие размеры, гидрологические и химико-биологические показатели характеризуются большой временной и пространственной изменчивостью. Это связано со сложной динамикой вод, зависящей от направления ветра, паводкового режима материкового стока.
Влияние техногенного загрязнения определяется интенсивностью сброса в бухту загрязняющих веществ с материковым стоком и скоростью их выноса в открытое море. Основной объем загрязняющих веществ сбрасывается в юго-восточную часть со стоком реки Су-Аран, где концентрация загрязняющих веществ почти всегда превышает величину ПДК, и в её северо-западную часть. За время наблюдений отмечалось увеличение содержания соединений азота, в последние годы наблюдается тенденция увеличения соединений фосфора. Увеличение содержания биогенных веществ ведет к интенсивному развитию фитопланктона и обусловливает риск развития эвтрофирования вод.
Загрязнение вод шельфовой зоны органическим веществом имеет значительно большее влияние на состояние морской экосистемы, чем техногенное загрязнение (Агатова, 2005). При увеличивающемся поступлении органического вещества с хозяйственно-бытовыми стоками, значительную часть которых составляют азотосодержащие вещества, в морской воде увеличивается содержание наиболее хорошо усвояемого фитопланктоном аммонийного азота. В этих условиях стехиометрическое соотношение азота и фосфора изменяется. Элементом, сдерживающим развитие автотрофных организмов на значительной части рассматриваемых акваторий мог бы стать фосфор, как было в 1950-80-е годы. В эти годы фосфор был лимитирующим фактором развития фитопланктона, а в летнее время его концентрация была значительно ниже уровня лимитирования. Несмотря на низкое содержание биогенных веществ, продукция фитопланктона была высокой. Это было обусловлено большой скоростью оборота биогенных веществ путем быстрой минерализации произведенной органики в условиях прогретых вод прибрежной зоны (Сезонные…, 1983).
Однако в последние годы, как сказано выше, наблюдается тенденция увеличения содержания фосфатов даже в летний период за счет поступления с материковым стоком биогенных и органических веществ и большой скорости минерализации органики.
Благоприятные условия для очищения бухты от загрязнения создаются циркуляцией вод, возникающей при северо-восточном направлении ветра. В условиях штилевой погоды степень загрязнения морской воды может превышать фоновые значения в несколько раз.
Результаты комплексных исследований в зимний период позволили проследить влияние гидрометеорологических условий на состояние фитопланктона бухты в разные по суровости зим годы. Интересные результаты получены на основе анализа видового состава и биомассы фитопланктона. В начале февраля в холодном 2008 г. в фитопланктоне поверхностного слоя Геленджикской бухты преобладали жгутиковые водоросли (Dinolagellatae). Их доля в общей биомассе составляла 81,4%, в то время как доля диатомовых водорослей (Bacillariophyceae) – 18,6%, в также холодном 2006 г. зимой преобладали мелкие сине-зеленые водоросли. Основную часть биомассы Bacillariophyceae в 2008 г. составляют водоросли родов Licmophora (33%) и Sceletonema (31%), а жгутиковых – Peridinium (94%). В условиях аномально теплой зимы 2009 г. развитие фитопланктона было интенсивнее по сравнению с предыдущей холодной зимой. Об этом свидетельствует пересыщение воды кислородом и уменьшение концентрации фосфатов вдвое по сравнению с предыдущей зимой. В составе фитопланктона зимой 2009 г., в отличие от предыдущей зимы, преобладали крупные диатомовые, основную часть биомассы которых составляли водоросли Rhizosolenia calcar-avis (80%). Жгутиковые были представлены в основном видами рода Peridinium.
Крупные диатомовые и жгутиковые более устойчивы к загрязнению и могут служить показателем состояния вод.
В количественном и процентном отношении теплой зимой и летом 2009 г. биомасса диатомовых водорослей Rhizosolenia calcar-avis на несколько порядков превышала численные показатели всех других водорослей, в то время как во время теплой зимы предыдущих лет преобладали перидинеи, а крупные диатомовые вносили значительно меньший вклад в общую биомассу водорослей. Это изменило естественное соотношение в видовом составе фитопланктона и указывало на угнетенное состояние традиционных видов. Условия теплой зимы способствовали увеличению скорости продукционно-деструкционных процессов и изменили гидрохимические основы биопродуктивности, что и привело к массовому развитию крупных диатомовых водорослей. Начиная с 2009 г. на протяжении почти четырех лет (по 2011 г.) в фитопланктонном сообществе преобладали крупные диатомовые водоросли Rhizosolenia calcar-avis. Этому в значительной степени способствовало состояние биогенной базы, главным образом, большое содержание силикатов в морской воде, а также поступление с материковым стоком большого количества соединений азота и фосфора.
Со снижением концентрации силикатов биомасса диатомовых водорослей Rhizosolenia calcar-avis в летний и зимний сезоны 2012-2013 гг. резко уменьшилась до естественных величин, что привело к восстановлению традиционного соотношения видов в черноморском фитопланктоном сообществе.
Изменения биомассы водорослей в значительной степени обусловлены динамикой вод, зависящей от атмосферной циркуляции, и интенсивностью затока в Геленджикскую бухту более богатых силикатами, свежих черноморских вод из открытой части моря (Комплексные исследования, 2002; Кривошея В.Г. и др., 1994)
Так, зимой и летом 2014 г. поле течений обусловило поступление вод из открытой части моря, и состояние биогенной базы, главным образом увеличение содержания силикатов, вновь способствовало развитию Rhizosolenia calcar-avis. Это привело к её массовому цветению. Традиционные черноморские виды водорослей: Licmophora, Sceletonema, Peridinium летом 2014 г. были значительно менее представлены по сравнению с 2012-2013 гг. Таким образом, в 2014 году вновь было нарушено естественное состояние морской экосистемы, обусловленное увеличением численности и биомассы Rhizosolenia calcar-avis и уменьшением количественного содержания характерных для Чёрного моря видов фитопланктона.
Изменения видового состава фитопланктона в Геленджикской бухте зависят от содержания биогенных веществ и температурных условий.
Массовое развитие крупной диатомовой водоросли Rhizosolenia calcar—avis является результатом высокой концентрации силикатов. Величина концентрации силикатов в Геленджикской бухте определяется их потреблением в процессе фотосинтеза и притоком свежих черноморских вод из открытой части.
Большое значение для формирования запаса биогенных веществ имеет поступление с материковым стоком органических веществ, количество которых сильно увеличилось в последние 10 лет.
1. Агатова А.И., Аржанова Н.В., Лапина Н.М., Торгунова Н.И., Красюков Д.В. Пространственно-временная изменчивость органического вещества в прибрежных экосистемах Кавказского шельфа Черного моря // Океанология. 2005. Т. 45. №5. С. 670–677.
2. Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря. — М.: Наука, 2002. – 476 с.
3. Кривошея В.Г., Овчинников И.М., Титов В.Б. Циркуляция вод в Геленджикской бухте и ее водообмен с морем // Сб. «Комплексные исследования техногенного загрязнения в прибрежной зоне Кавказского шельфа Черного моря». — Геленджик, 1994. – С. 70-78.
4. Сапожников В.В. Экологическое состояние прибрежной зоны Черного моря // В кн. «Экология прибрежной зоны Черного моря». — М.: ВНИРО, 1992. – С. 4–17.
5. Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря. — М.: Недра, 1996. – 502 с.
6. Сезонные изменения черноморского планктона. — М.: Наука, 1983. – 223 с.
Статья поступила в редакцию 19.12.2015
Variability phytoplankton community of north-eastern Black Sea under the influence of natural and anthropogenic factors
Tatiana V. Polyakova, Antonina V. Polyakova
Investigated the interannual and seasonal variability of phytoplankton community of north-eastern part of the Black Sea as an example of Gelendzhik Bay: species diversity, abundance and biomass depending on changes in the hydrological and hydro-chemical conditions and water pollution. Quantitative development of diatom Rhizosolenia calcar-avis — a good indicator of the natural vibrations of the natural conditions and anthropogenic impacts on the ecosystem.
Keywords : phytoplankton; Gelendzhik Bay; seasonal and interannual variability.
Об авторах
Полякова Татьяна Владимировна – Polyakova Tatiana Vladimirovna
кандидат биологических наук, доцент
старший научный сотрудник ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова», Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia), Биологический факультет, каф. гидробиологии
Полякова Антонина Владимировна – Polyakova Antonina Vladimirovna
кандидат географических наук, доцент
доцент ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова», Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia),Географический факультет, каф. океанологии
Корреспонденский адрес: Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова, д. 1, стр. 12, Биологический факультет, каф. гидробиологии; тел.: (495) 939-27-91.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ:
Полякова Т.В., Полякова А.В. Изменчивость фитопланктонного сообщества северо-восточной части Чёрного моря под влиянием естественных и антропогенных факторов // Вопросы современной альгологии. 2016. № 1 (11). URL: http://algology.ru/958
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Адрес — info@algology.ru
При перепечатке ссылка на сайт обязательна
Источник
Лимитирующие факторы черного моря
Рассматриваемые нами ландшафтные области в акватории Чёрного моря: шельф, материковый склон и его подножие, — сформированы на палеогеновых, неогеновых и четвертичных осадках. Размыв берегов и антропогенное загрязнения морских экосистем за счёт аккумуляции поллютантов, поступающих в составе стока с суши, определяют экологическую ситуацию (рис. 1). Факторами, контролирующими развитие абразии, являются климатические изменения, определяющие развитие современной трансгрессии и антропогенные вмешательства, обуславливающие дисбаланс вдольбереговых потоков твёрдого вещества.
Рис. 1. Загрязнение Чёрного моря поллютантами, поступающими с речным стоком. Аэрофотоснимок дельты Мзымты
Антропогенное загрязнение акватории (в первую очередь шельфа), вызвано поставкой и аккумуляцией материала на шельфе или выводом за его пределы в глубоководную котловину. Прибрежная зона шельфа — область, литодинамика которой определяется волновыми процессами (рис.2). В верхней части прибрежной зоны шельфа доминируют процессы эрозии [3].
Рис. 2. Литодинамика прибрежной зоны шельфа определяется волновыми процессами
Около 40% морского побережья подвержено интенсивному волновому разрушению, около 18% — обвально-оползневым процессам, затоплению и подтоплению паводковыми и нагонными водами. Размывы берега, деформации берегозащитных конструкций, угрожают разрушению железнодорожного полотна, зданий и сооружений. Свыше 80% протяженности береговой линии подвержено абразии [1,5]. Процессы аккумуляции здесь носят подчинённый характер и приурочены к устьям рек. Осадки этой зоны представлены гравийно-галечными и песчаными отложениями. В вогнутостях берега формируются пляжи, сложенные материалом от валунно-галечной до крупно-песчаной размерности (рис. 3). Эта часть акватории подвергается наиболее интенсивным антропогенным воздействиям. Участки прибрежной зоны, на которых сохранились природные ландшафты, сократились на очень ограниченных участках прибрежной зоны Лазаревского мыса, берега у пос. Дагомыс и некоторые другие, но даже здесь наличие берегозащитных сооружений сказывается в нарушении баланса транспорта наносов, так как значительная часть сооружений не обеспечивает эффективную защиту берега от разрушений, а лишь усугубляет этот процесс [1,2,4,5]. Перехват потока наносов портовыми
сооружениями, бунами и волноломами стал причиной низового размыва, охватившего десятки километров ранее стабильных берегов. Сейчас общая длина берегоукрепительных сооружений почти в 2 раза превышает длину береговой линии, которая в Сочи составляет около 135 км, что значительно ухудшает эстетические качества прибрежных ландшафтов.
Рис. 3. Песчано-галечный Приморский пляж
Структуру потоков твёрдого вещества в центральной и внешней динамических зонах шельфа определяет расположенная над его бровкой стержневая зона мощного Кавказского течения, которая является важнейшим гидродинамическим барьером, препятствующим выносу взвеси за пределы шельфа. Для данных зон характерна миграция и аккумуляция осадочного материала в результате действия вдольбереговых течений. Расходы материала этих потоков достигают десятков тысяч тонн в сутки, транспортировка происходит в виде взвеси твёрдых веществ (илы, мелкозернистые пески, алевролиты). Данный фактор не был учтён при строительстве Имеретинского грузового порта в Адлере в преддверии зимних Олимпийских игр, что послужило причиной неоднократного сноса стихией строящегося порта. Так во время пятибалльного шторма, был снесён оградительный мол, утоплена буровая платформа, четыре крана, электростанция и др. [2,4,5].
Перехват вдольберегового потока наносов в головных частях каньонов определяет структуру потоков твёрдого стока в средней и внешней зонах шельфа. У границы внешней зоны и на материковом склоне гидродинамические факторы перестают играть ведущую роль в переносе твёрдого вещества. Здесь литодинамический режим формируется под воздействием гравитационных процессов и направляющего влияния микро- и мезоформ рельефа. Характерный для нижней части внешней зоны шельфа механизм перемещения осадков — вязкопластичное течение. Для материкового склона типично перемещение взвешенных глинисто-песчаных частиц в виде турбидитных течений. Геодинамическая устойчивость ландшафтов повышается при переходе от прибрежной зоны к внешнему шельфу и от континентального склона к его подножию [3].
Антропогенное воздействие на геологическую среду связано со строительством гидротехнических сооружений различного назначения, с хозяйственной деятельностью на реках и с наличием поллютантов. Продольные и поперечные береговые и морские гидротехнические сооружения, к числу которых относят волноотбойные стены, подводные волноломы, системы бун, преобразуют динамику наносов и рельеф берега [3]. В том числе, происходит разрушение пляжей, усиливается донный размыв, накапливаются наносы. Значение пляжей для крупнейшего курорта федерального значения и единственного города в стране, полностью расположенного в субтропическом поясе, где купальный сезон длиться более полугода, трудно переоценить. За морем, природой и климатом приезжают в Сочи более 80% всех отдыхающих [5]. Ещё в начале ХХ столетия на побережье от Туапсе до Адлера существовали широкие песчано-галечные пляжи. Сейчас от них остались лишь отдельные фрагменты, а на многих участках их нет вообще. Средняя ширина пляжа от Туапсе до Сочи сократилась с 46 м в 1914 году до 8-10 м в 2005 году (рис.4) [1,2,4]. «Вместимость» сочинских пляжей — главный лимитирующий фактор, ограничивающий ёмкость курорта.
Рис.4.Узкая полоса пляжа Зелёной рощи
Наряду с антропогенными, существуют и природные причины сокращения ширины пляжей, связанные с трансгрессией Чёрного моря.
Дефицит наносов в прибрежной части моря во многом обуславливают выходящие сюда с континентального склона головные части каньонов (реки Мзымта и Шахе), осуществляющие перехват и вывод на склон значительной части вдольберегового транспорта наносов. К категории потенциально опасных природных процессов следует отнести продвижение к берегу головных частей каньонов.
Существенные нарушения природного баланса прибрежной зоны шельфа связаны со спрямлением и фиксацией русел рек (рис.5), которая ведет, с одной стороны, к снижению объёмов транспортируемых реками наносов и, как следствие, нарушением естественного режима осадконакопления на шельфе; с другой стороны, к росту объёма выносимой речным потоком растительной органики, что сопровождается развитием в устьях рек эвтрофных условий, а в прилегающих частях акваторий — зон загрязнения прибрежных вод минеральными биогенами; а также к развитию в прибрежной зоне эвтрофикации, возникновению сложных построек биотических комплексов морской экосистемы [3].
На материковом склоне и у его подножия, экологическая ситуация достаточно благоприятная. Этому не мешает сероводородное заражение акватории, так как решающим показателем в данном случае является стабильность положения нижней границы (200 м) деятельного слоя. На внешней и центральной зонах шельфа, экологическая обстановка удовлетворительная. На всей прибрежной зоне, в пределах которой нарушен баланс осадочного материала и обнаружены процессы донной эрозии, экологическая обстановка напряжённая. Береговая зона, где наблюдается глубокая деформация природного состояния геологической среды акватории, относится к кризисной [3].
Рис.5. Фиксированные русла рр. Сочи и Мзымта
Сдерживание интенсивного хозяйственного освоения прибрежной территории, а также бережное отношение к морским и прибрежным ландшафтам сможет уберечь Сочинское Причерноморье от дальнейшего разрушения и катастрофических процессов.
Рецензенты:
Наумова О.Б., д.г.-м.н., профессор, заведующая кафедрой поисков и разведки полезных ископаемых Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь;
Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Источник