Гидрохимическая характеристика Западной части Среднего Каспия в современных условиях

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ СРЕДНЕГО КАСПИЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

2010 Гусейнов К.М., Гасанова А.Ш.

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН

Дается оценка химической базы биологической продуктивности акватории западной части Среднего Каспия в условиях увеличения волжского стока и трансгрессии моря. Представлены данные пространственного распределения и сезонной динамики биогенных элементов. В исследуемый период сложились благоприятные экологические условия для развития гидробионтов, что способствует повышению биологической продукции Каспия.

The authors of the article estimate the chemical base for the biological productivity of the northern part of the Middle Caspian Sea water area under conditions of the increase Volga flow and the sea transgression. They present the data on the spatial distribution and the seasonal dynamics of the biogenic elements. During the studied period the favorable ecological conditions were formed for hydrobionts development that contributee to the increase of the Caspian biological productivity.

Ключевые слова: Каспийское море, трансгрессия, биогенные элементы.

Keywords: the Caspian Sea, transgression, biogenic elements.

Каспийское море - величайший бессточный солоновато-водный водоем с характерными многолетними и

внутригодовыми колебаниями уровня, которые во многом обусловливают динамический и труднопредсказуемый

характер его гидрологического и

гидрохимического режимов.

Гидрохимическому режиму Среднего Каспия посвящен ряд работ [1, 2, 7, 8, 9, 10,11]. Тем не менее в годы интенсивного повышения уровня моря

гидрохимические наблюдения

проводились лишь в Северном Каспии [6]. В литературе за последние 25-30 лет нет данных о гидрохимии других участков Каспия. Большая изменчивость

гидрологических и гидрохимических

условий требует постоянного слежения за состоянием его режима, без которого невозможно долгосрочное

прогнозирование изменений состояния моря и перспектив его хозяйственного использования. В связи с этим в задачи работы входит изучение современной химической базы биологической

продуктивности дагестанского побережья Каспия.

Материал и методика

Проанализирован гидрохимический материал,

отобранный во время планового рейса НИС «ЦАДА» весной и летом 2001 г. в акватории Среднего Каспия с 53 станций, расположенных на десяти стандартных параллельных широтных разрезах (рис. 1), с горизонтов 0, 10, 25, 50, 100 м батометром Нансена, с охватом глубин 8-100 м. Определение гидрохимических элементов

проводилось согласно «Руководству по морским и гидрохимическим исследованиям» [3].

t / о О ?5 О -1 5IJ

\ О \ аЗе •( A jy- эу " г V ¡Oil

Mi-Rinj Тр О J ХЛррЯе о сЛ ip/' о т 1 До \ ,\ о \л. 1ГГ 'лг' \ \

—*

Рис. Карта-схема гидрологогидрохимических разрезов и станций в акватории дагестанского побережья Каспия

Результаты и обсуждение

Гидрологический и

гидрохимический режимы

Каспийского моря определяются в значительной степени притоком речных вод, распределение которых по побережью весьма неравномерно. Гетерогенность средообразующих факторов позволяет выделить в исследуемой акватории три зоны: Северную (разрезы I—IV), Центральную (разрезы V—VII) и Южную (разрезы VIII—X) (рис.) [4, 5].

Биогенные элементы являются основной химической базой биологической продуктивности моря, источником которой является речной сток, изменение которого определяет динамику продукционных процессов и флуктуации биомассы

фитопланктона. Это проявляется в цепи: речной сток - питательные соли - продуцирование

фитопланктона.

Наблюдающееся усиление

аэрации глубинных слоев способствует вовлечению в продуктивные процессы большего количества биогенных веществ из зоны аккумуляции и донных

отложении, улучшению

биологической продуктивности.

Фосфаты. Низкие концентрации фосфатов, отмеченные нами весной, свидетельствуют об использовании их фитопланктоном в период весеннего цветения. В исследуемой акватории четко прослеживалось влияние материкового стока. Максимальные концентрации

фосфатов наблюдались на прибрежных станциях Северной зоны дагестанского побережья Каспия (5,5-5,0 мкгР/л весной; 11,8-13,8 мкгР/л летом). Весной

концентрация фосфатов в

поверхностном слое была низкой, а иногда падала до аналитического нуля. Наибольшее содержание фосфатов наблюдалось в Северной зоне акватории вследствие большего притока материковых вод. Здесь же наблюдались наибольшие сезонные градиенты по вертикали. Южнее концентрации фосфатов

уменьшались. На разрезах IX, X

содержание фосфатов вновь

увеличивалось, что объясняется

возможностью притока большого

количества биогенов со сточными водами. В летний период наблюдались более высокие

концентрации фосфатов в

поверхностных водах.

Распределение их по акватории носило неравномерный характер и зависело от притока материковых вод и степени евтрофирования. Так, наибольшие концентрации фосфатов приходились на разрез III в северной опресняемой части акватории. С глубиной, ниже горизонта 25 м,

содержание фосфатов

увеличивалось, что связано с

уменьшением фотосинтетической деятельности фитопланктона.

Наибольшие градиенты

наблюдались на горизонте 25 м и составляли 5,52 мкгР/л. Следует отметить, что с глубиной вертикальные различия в

распределении фосфатов

увеличиваются, а горизонтальные -

уменьшаются. Пространственное исследуемой акватории

распределение фосфатов в представлено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение фосфатов

Горизонты (м) Разрезы

I II III IV V VI VII VIII IX X

0 2,24 1,00 6.44 10,00 1.20 3,90 0.40 2,32 ЗД55~ 0.30 4,30 0.12 5,20 0.60 7,47

10 10,07 7,66 7.06 11,80 5.30 4,40 0.20 8,41 2.90 3,68 1.40 4,02 2.30 4,65 0.57 4,87 0.60 9,27

25 19,00 19,00 3,63 12,50 8,38 7.76 3,16 16,70 5,52 5.50 9,37 4.75 7,57 1.66 11,60

50 19,30 19,75 7,00 13,65 6,75 6.87 6,42 4.75 6,70 4.00 17.00

100 11,00 8,40 7.30 7,00 5.00 9,30

В целом, в исследуемой акватории в верхнем 25-метровом слое концентрация фосфатов убывает с севера на юг. Максимальные значения

наблюдались на разрезах III, VIII, X исследуемой акватории,

минимальные - на разрезе VII. Повышенные концентрации

фосфатов отмечались в устьевых акваториях и на прибрежных станциях, минимальные - над большими глубинами.

Нитраты. Источником нитратов является материковый сток, распад органического вещества и

поступление их из глубинных слоев. Содержание нитратов в Каспийском море изменяется в большом диапазоне и зависит от района и сезона года. В дагестанском районе Каспия в исследуемый период из-за активной фотосинтетической

деятельности фитопланктона

нитраты в верхнем слое практически отсутствовали. Среднее содержание нитратов весной составляло 0,08, летом - 19 мкгЫ/л.

Распределение нитратов по акватории носило неравномерный характер. Наибольшие их концентрации наблюдались в

Северной зоне дагестанского

побережья Каспия, в небольших ареалах устьевых зон рек, а также на мелководьях северо-западной части дагестанского района Каспия и находились в пределах от 6,0 до 8,7 мкгЫ/л. С глубиной концентрация нитратов увеличивалась.

Наибольшее содержание нитратных ионов наблюдалось в придонных горизонтах.

С продвижением на юг содержание нитратов по всем

горизонтам снижалось. Лишь на разрезах IX, X их концентрации возрастали. Эти же разрезы характеризовались большим

содержанием фосфатов,

увеличением плотности сине-

зеленых водорослей, отсутствием диатомового комплекса, что

является признаком

евтрофирования вод [4, 5].

Нитриты. Нитриты и

аммонийный азот в Каспии обнаруживаются в эвфотической зоне редко и в гораздо меньшем количестве, чем нитраты. Из азотистых соединений они

характеризуются наибольшей

химической неустойчивостью. Как промежуточные продукты распада

они легко окисляются до нитратов. Кроме того, нитриты легче

усваиваются

другими

организмами.

непрерывно

нитрификации,

значительного

фитопланктоном и автотрофными

В

идущего при

результате

процесса

наличии

количества

растворенного в воде кислорода, они переходят в нитраты. Этот процесс возможно и компенсирует убыль нитратов в период интенсивной вегетации. При отсутствии кислорода нитриты переходят в аммиак и его соединения и служат хорошим показателем зон с интенсивной деструкцией органического

вещества.

В дагестанском районе Каспия на поверхностных горизонтах нитриты полностью отсутствовали. Лишь в районах, подверженных влиянию речного стока (разрезы I—IV), на глубине 10 м они обнаруживались в небольших количествах. За счет них невысокие средние показатели (0,05 мкгЫ/л) вычислялись на верхнем 10-метровом горизонте.

Аммонийный азот.

Обогащенность вод Каспия кислородом обусловливает развитие процессов нитрификации

аммонийного азота. В исследуемый период наблюдались несколько повышенные концентрации

аммонийного азота по всем

горизонтам (табл. 2). На поверхностных горизонтах северных разрезов его содержание колебалось в пределах 21-42 мкгЫ/л. В

Центральной зоне, вследствие

меньшего влияния материковых вод, его концентрация несколько

понижалась, на южных

глубоководных разрезах вновь возрастала (24,8-24,9 мкгЫ/л). Кроме того, повышенные концентрации аммонийного азота наблюдались на прибрежных станциях и в устьевых акваториях.

В целом, по акватории высокие концентрации аммонийного азота наблюдались летом. Наибольшая сезонная разница отмечалась на 10-метровом горизонте и составляла 13,79 мкгЫ/л. С глубиной содержание NH% повышалось. Наибольшие вертикальные сезонные градиенты были отмечены на разрезе III (16,25 мкгЫ/л), наименьшие - на разрезе VIII (4,41 мкгЫ/л).

Таблица 2

Распределение аммонийного азота

Горизонты (м) Разрезы

I II III IV V VI VII VIII IX X

0 21,00 38,28 38,10 23,50 30,44 20,75 20,70 16,90 24,80 11,46 18,24 12,12 17,50 9,63 24,80 14,57 24,80 13,85

10 25,70 42,35 37,90 20,00 36,50 25,00 25,60 19,65 39,06 17,40 35,24 15,07 22,50 12,28 28,15 16,40 29,52 18,35

25 60,00 42,30 49,00 38,60 34,70 20,05 28,80 18,40 37,32 21,10 34,00 29,56 35,07 27,03 33,20 30,86

50 40,30 53.25 39.25 45,70 47,65 51,00 47,15 50,00 40,50 53,60 55,25

100 74,90 79,95 80,30 85,00 85,60 67,70

Кремний. В морских водах кремний находится в виде кремнекислоты, концентрация

которой сильно варьирует. В отличие от других биогенных элементов, кремний всегда присутствует в морской воде в значительных количествах. Кроме того, количество

неиспользованного кремния обычно выше такового азота и фосфора. Оно не понижается до нуля даже в зоне фотосинтеза и не лимитирует развитие жизненных процессов в море.

Источником кремния служат выносы его материковым стоком,

растворение в воде различных минеральных взвесей и пород, слагающих дно моря, переход кремния в раствор из органических взвесей и т.д. Кремний необходим для многих планктонных водорослей, так как является составной частью их оболочек, щетинок, чешуек, цист.

Содержание кремнекислоты в

водах дагестанского побережья Среднего Каспия всегда высокое и колеблется в пределах 160-2700 мкг81/л. Количественное содержание, вертикальное и горизонтальное

распределение кремния в водах

исследуемой акватории испытывают ряд изменений и находятся в тесной связи с уровнем пресных вод, богатых кремнекислотой. По характеру распределения кремния можно определить степень влияния материкового стока на отдельные его районы. Максимальные

концентрации кремнекислоты в

исследуемый период наблюдались на прибрежных станциях и в устьевых областях Северного района дагестанского побережья Каспия. С продвижением на юг, по мере

уменьшения влияния материкового стока и увеличения солености вод, содержание кремния понижалось до 250-160 мкг81/л.

Распределение кремния по глубинам сходно с распределением азота и фосфора. Наименьшие показатели отмечались в зоне интенсивного фотосинтеза (160

мкгБ1/л), где он потребляется

фитопланктоном, главным образом, диатомовыми водорослями. С

глубиной концентрация кремния повышалась вследствие его

регенерации в процессе

минерализации отмерших

организмов и весной достигала 572 мкгБ1/л, летом -671 мкг81/л. Высокие концентрации кремниевой кислоты наблюдались также на прибрежных станциях, в зонах распреснения, а также на больших глубинах у дна. По мере удаления от берега и в направлении с севера на юг

содержание его в воде снижалось до 100 MKrSi/л. Минимальные величины концентрации кремния весной регистрировались в поверхностном слое (263 MKrSi/л), в летний период -на глубине 10 м (394 MKrSi/л).

Сезонные изменения содержания кремния в водах исследуемой акватории характеризовались

увеличением его концентрации в летний период. В поверхностном слое сезонный градиент составлял

168.5 MKrSi/л, а на глубине 10 м -

70.5 MKrSi/л. Наибольшие вертикальные сезонные градиенты наблюдались на разрезах III и V и составили 232,5 и 421,5 MKrSi/л соответственно.

В развитии жизни большое значение имеет внутренний круговорот веществ. В этой связи увеличение продуктивности

Среднего Каспия зависит от внутреннего баланса биогенных элементов, процессов

минерализации органического

вещества, регенерации биогенов, их поступления из придонных слоев в зону фотосинтеза. Анализ показал, что в исследуемый период температурный и кислородный режимы на дагестанском побережье Каспия благоприятен для жизни водных организмов. Увеличение волжского стока и повышение уровня моря способствовали улучшению аэрации глубинных вод и, как следствие, активизации процессов фотосинтеза. Об этом

свидетельствуют высокие

показатели процентного насыщения вод кислородом. Высокие величины pH не только в зоне активного фотосинтеза, но и в придонных слоях служат дополнительным

подтверждением улучшения аэрации придонных вод. Аэрация глубинных вод способствует вовлечению большего количества биогенных веществ из зоны их аккумуляции в донные отложения. Наблюдались несколько повышенные

концентрации фосфора и азота в

водах дагестанского побережья Каспия. Количество кремния было относительно невысоким, что связано с улучшением условий продуцирования органического

вещества фитопланктоном и в связи с этим большим потреблением

Примечания

1. Абрамов Б. Н. Распределение речного стока в Каспийском море до и после зарегулирования Волги и Куры // Труды АзНИРХ. Т. 4. Вып. 1. 1964. С. 167-185. 2. Бакум Т. А., Афанасьева Н. А. Гидрохимическая характеристика южной части Каспийского моря (Южнее 38' северной широты) // Труды ГОИН. 1979. Вып. 19. С. 82-90. 3. Блинов Л. К. Руководство по морским и гидрохимическим исследованиям. М. Гидрометеорологическое изд-во, 1959. 255 с. 4. Гасанова А. Ш. Состав и распределение фитопланктона дагестанского района Каспия в условиях меняющегося режима моря: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Махачкала, 2004. 24 с. 5. Гасанова А. Ш„ Гусейнов К. М. Сообщество фитопланктона дагестанского района Каспия в новых экологических условиях // Юг России: экология, развитие. 2008. № 2. С. 50-55. 6. Катунин Д. Н„ Иванова Н. В. и др. Многолетние тенденции изменения биогенного и органического стока в р. Волге у Астрахани // Биологические ресурсы Каспийского моря. Астрахань : КаспНИИРХ, 1992. С. 163-166. 7. Косарев А. Н„ Полякова А. В. О распределении кислорода в средней и южной частях Каспийского моря // Комплексные исследования Каспийского моря. М. : МГУ, 1970. Т. 1. С. 185-196. 8. Нурмагомедов Г. Н. О прохождении холодных вод в пресноводных слоях у восточного побережья Среднего Каспия // Океанология. Т. 8. 1968. Вып. 1. С. 165-168. 9. Нурмагомедов Г. Н. Современный гидрологогидрохимический режим Среднего Каспия // Научн. конф. Всесоюзн. геогр. общества. Махачкала, 1970. Вып. 2. С. 97-105. 10. Пахомова А. С. Биогенные элементы в водах глубоководной части Каспийского моря // Химические ресурсы морей и океанов. М. : Наука, 1970. С. 167-182. 11. Семенов Ю. Л. Исследования гидрохимических условий у восточного побережья Среднего и Южного Каспия: Автореф. дисс. ... канд. геогр. наук. Новочеркасск, 1979. 25 с.

кремния диатомовыми водорослями. Таким образом, в исследуемой акватории сложились благоприятные экологические условия для развития гидробионтов, что способствует повышению общей биологической продукции Каспия.

Статья поступила в редакцию 20.08.2010 г.