Биогенные вещества

Объем поступления биогенных веществ с речными водами зависит от климатических и антропогенных факторов и представляет собой наиболее изменчивый элемент приходной части баланса. Безвозвратное изъятие речных вод, а также зарегулирование стока Дона и Кубани изменили скорости поступления биогенных веществ в Азовское море и трансформировали их качественный состав. После зарегулирования Дона в его водах резко возросло содержание азота, а содержание фосфора уменьшилось. Характерной тенденцией современной динамики биогенных веществ в водах рек, питающих Азовское море, является также снижение содержания общего фосфора и рост содержания азота. При этом трансформация биогенного стока рек характеризуется не только его сокращением, но и весьма резким нарушением его внутренней структуры, что выражается в изменении соотношений в нем азота и фосфора.

В многолетней динамике концентраций минеральных и органических форм фосфора и азота в течение 1952-1986 гг. в водах Азовского моря были выделены шесть периодов, характеризующихся различиями климатообусловленных факторов, колебаниями водного стока, изменениями кислородного режима в придонных горизонтах моря в ту или иную сторону.

Биологическая продуктивность Азовского моря зависит не только от баланса биогенных соединений, но и от скорости их внутреннего круговорота.

Для поддержания высокой продукции органического вещества скорость оборачиваемости биогенных веществ оказывается фактором, более важным, чем концентрация этих веществ в морской среде. В данной работе представлена динамика оборачиваемости соединений азота и фосфора в Азовском море в течение 1952-1980 гг.

Пространственное распределение и сезонная динамика фосфорсодержащих соединений в Таганрогском заливе и в собственно море формируются под воздействием речного стока, продукционных процессов и процессов седиментации. Сезонный ход концентрации фосфатов в Таганрогском заливе не подчиняется определенной закономерности. В районе V моря максимальное содержание фосфатов отмечается в осенне-зимнее время.

Вертикальные градиенты концентраций фосфатов наиболее характерны для лета. В отдельные годы, отличающиеся низким содержанием кислорода, вертикальные градиенты концентраций фосфатов достигают около 100 мкг/л. В периоды стагнации восстановительные условия, возникающие в контактной зоне, способствуют миграции в воду значительной части обменного фонда фосфора, находящегося в донных осадках.

Соединения фосфора в Азовском море находятся в основном в форме органических соединений. Относительное содержание минеральных форм фосфора составляет в среднем 12 % при колебаниях 6-40 %.

Внутригодовая динамика концентраций органического фосфора характеризуется равномерным распределением по сезонам, как в Таганрогском заливе, так и в собственно море.

Источниками пополнения неорганическими формами азота в морских водах являются речной сток и атмосферные осадки, переход биогенных веществ из донных отложений при возникновении анаэробных ситуаций, биохимические процессы деструкции и хемосинтеза органического вещества. Уменьшение концентраций различных форм минерального азота обусловлено в основном их потреблением в процессах фото- и хемосинтеза.

Пространственное распределение минеральной триады азота в целом характеризуется локализацией максимальных концентраций ионов аммония, нитритов и нитратов в Таганрогском заливе, особенно в его устьевой части. По направлению к морю концентрация минеральных форм азота постепенно снижается. Максимальная концентрация ионов аммония отмечается в районах, в которых часто имеет место пониженное содержание кислорода; максимальные концентрации нитритов и нитратов - в районах, подверженных органическому загрязнению. Благодаря развитию фитопланктона в теплый период года потребление минеральных форм азота весьма существенно возрастает, и содержание нитритов иногда снижается до количеств, лимитирующих развитие жизни в море.

Пространственное распределение органического азота характеризуется незначительными вариациями его концентраций по акватории Таганрогского залива и собственно моря, хотя максимум концентраций отмечается в Таганрогском заливе. Внутригодовой ход содержания органического азота в Таганрогском заливе отличается незначительным максимумом летом, в собственно море в сезонном аспекте наблюдается постепенное увеличение концентрации органического азота от весны к осени.

Фактором, определяющим пространственное распределение кремниевой кислоты, является ее поступление с речными водами.

Закономерности сезонной динамики кремниевой кислоты определяются сезонным развитием диатомовых водорослей, которые являются главными потребителями кремниевой кислоты в Азовском море.

Увеличение концентрации кремниевой кислоты наблюдается летом, когда скорость процессов регенерации кремния превышает его потребление. Весной и осенью отмечены минимальные концентрации в связи с ее интенсивным потреблением на процессы продуцирования диатомовых водорослей. В межгодовой динамике наметилась тенденция к некоторому снижению концентраций кремниевой кислоты в водах собственно моря.

Анализ и моделирование влияния гидрометеорологических условий на содержание биогенных веществ в море позволили получить статистические модели влияния ветра, термического режима, солености, речного стока на многолетнюю динамику биогенных веществ. Было показано, что речной сток, который включен в качестве предиктора в статистические модели, составляя в современных условиях десятую часть объема Азовского моря, во взаимодействии с температурой и ветром формирует его физико-химический облик в течение 4-6 лет. Содержание азота, кремниевой кислоты, фосфора находится в прямой зависимости от стока рек за рассматриваемый период и соответственно за 3, 2-5 и 5-9 предшествующих лет. Увеличению содержания азота способствуют повышенный температурный фон и пониженная ветровая активность. Концентрации фосфора и кремниевой кислоты возрастают в случае повышения температурного фона и увеличения скорости ветра. Наиболее существенное влияние на рост первичного продуцирования оказывает повышение стока рек, а также, хотя и в меньшей степени, повышенный температурный фон и увеличенная скорость ветра. Для многолетних колебаний температуры год Азовского моря и ветровой активности над его акваторией, которые с известным приближением можно считать только следствием аналогичных флуктуации климата, характерен в первом случае положительный тренд, а во втором - отрицательный. В то же время многолетние колебания ключевого для экосистемы бассейна Азовского моря фактора - речного стока - находятся под влиянием не только циклонических колебаний климата, но и антропогенных факторов. Причем, хотя в целом отмечается тенденция возрастания, относительная и абсолютная степени воздействия последних также нестационарны во времени и пространстве, поскольку находятся под влиянием изменений климата. В отдельные периоды они усиливаются или ослабляются квазипериодическим характером флуктуации природных факторов. Примером первого являются обусловленные резким ухудшением климатических условий формирования речного стока и значительным безвозвратным водопотреблением исключительно маловодные годы 1969-1976, к концу которых соленость Азовского моря достигла максимального для всего ряда наблюдений значения - 13,8 ‰. Примером второго могут служить последующие годы (1977-1982), в которые резко отрицательная аномальность в увлажненности бассейна Азовского моря сменилась на положительную. В итоге соленость Азовского моря понизилась до 10,9 ‰ и, таким образом, впервые после 1966 г. оказалась в пределах оптимальных для рыбного хозяйства.

Результирующее воздействие климатических и антропогенных факторов в зарегулированных условиях привело к сокращению годового (на 18 %) и особенно весеннего стока (на 24 %), резкому уменьшению (до 10-15 %) повторяемости благоприятного водного режима на донских и кубанских пойменных и русловых нерестилищах проходных и полупроходных рыб. Соленость Азовского моря повысилась к концу периода, т. е. тренд составил около 0,5-0,6 ‰. Увеличились ее горизонтальные и вертикальные градиенты, уменьшилась интенсивность вертикального обмена энергией и веществом между водными массами за счет турбулентного и конвективного перемешивания. Возросла устойчивость водных масс. Для многолетних колебаний содержания в водной толще Азовского моря азота и отношения N : Р характерны положительные тренды, а для аналогичных изменений концентраций фосфора, кремниевой кислоты и первичной продукции - отрицательные. Степень многолетней изменчивости солености, содержания азота и фосфора возросла, первичной продукции - уменьшилась.