Распределение фосфатов и силикатов в водах Амурского залива (залив петра Великого, Японское море)

Вестник ДВО РАН. 2010. № 1

УДК 551.464.6

Е.А.ТИХОМИРОВА

Распределение фосфатов и силикатов

в водах Амурского залива

На основании средних многолетних месячных данных 1990-2005 гг. на станциях стандартной сети общегосударственной системы наблюдений рассмотрены закономерности распределения и пространственновременной изменчивости концентрации фосфатов и силикатов в водах Амурского зал-ива. Представлен анализ вертикальной структуры, сезонной изменчивости и пространственно-временного распределения указанных параметров.

Ключевые слова: биогенные вещества, фосфаты, силикаты, пространственно-временное распределение, Амурский залив.

Distribution of phosphates and silicates in Amursky Bay waters (Peter the Great Bay, Sea of Japan).

E.A.TIKHOMIROVA (V.I.Il’ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).

Phosphates and silicates distribution and variability in waters of Amursky Bay are analyzed on the basis of mean long-term data of1990-2005from the stations of the standard network of the Nationwide System of Supervision (NSS'). Analysis of vertical structure, seasonal variability and distribution ofphosphates and silicates is presented.

Key words: nutrients, phosphates, silicates, spatial and temporal distribution, Amursky Bay

Проблема формирования гидрохимических условий вод шельфовой зоны относится к числу наиболее важных и сложных в современной океанологии. Сложность ее вызвана многообразием определяющих эти условия факторов, одновременно действующих и различных по своей природе. К ним относятся: осадки и береговой сток, барические условия, термодинамические и биохимические процессы [7]. Режим биогенных веществ представляет интерес как при рассмотрении процессов в морских экосистемах, так и при изучении вопросов физической океанографии, поскольку в ряде случаев биогенные вещества могут использоваться как дополнительные характеристики водных масс.

Ранее было подробно рассмотрено распределение концентрации нитратов в водах залива Петра Великого [9]. Целью настоящей работы является исследование вертикальной структуры, сезонной изменчивости и пространственного распределения концентрации фосфатов и силикатов в водах Амурского залива по средним многолетним месячным данным.

Несмотря на множество наблюдений опубликованных сведений по содержанию фосфатов и силикатов в водах Амурского залива недостаточно. Изыскания, как правило, ограничены в пространстве (рассматривается только часть акватории) или по времени. Показано распределение концентрации биогенных веществ в эстуарии р. Раздольная по данным двух съемок (в период малой воды и после паводка) в июле 2001 г. [2]. Представлено распределение концентрации фосфатов и силикатов в Амурском заливе за 1958-1961 гг. [5]. Приведено пространственное распределение содержания фосфатов и силикатов на поверхности и у дна в отдельных районах Амурского залива за период с апреля по декабрь в 1975-1983 гг. [6]. По материалам декадных съемок в мае-октябре 1998 г. рассмотрены

ТИХОМИРОВА Евгения Александровна - кандидат географических наук, научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.Ильичева ДВО РАН, Владивосток). E-mail: tikhomirova@poi.dvo.ru

пространственное распределение и сезонная изменчивость концентрации фосфатов и силикатов на поверхности, а также межгодовые различия этих характеристик на примере вод кутовой части Амурского залива по среднемесячным данным за 1998 и 1999 гг. на поверхности и у дна [7]. К настоящему времени информационная база океанографических наблюдений в Амурском заливе существенно увеличилась, благодаря чему можно более полно исследовать распределение концентрации фосфатов и силикатов.

Для анализа закономерностей распределения указанных параметров использованы данные станций стандартной сети общегосударственной системы наблюдений (ОГСН) в Амурском заливе за 1990-2005 гг. (рис. 1). Как правило, замеры выполнялись ежемесячно с апреля по октябрь на горизонтах 0, 10, 20 м и придонном. Менее представительный ряд материалов (за три года) имеется для ноября и декабря. Всего по заливу за указанный период обработаны 653 станции.

В каждой точке на стандартных горизонтах рассчитывались среднее многолетнее месячное значение, максимум, минимум и среднее квадратическое отклонение для всех характеристик. На конкретных станциях ОГСН, как правило, отмечается значительный разброс в исходных данных, который связан с нарушением сроков наблюдений в течение месяца (в начале или конце), различными гидрометеорологическими условиями (тихая, ясная погода, шторма, паводки, сгонно-нагонные явления и т. д.), поэтому было использовано медианное осреднение, которое дает более реалистичные оценки при ограниченной длине исходных рядов и большой пространственно-временной изменчивости параметров. Анализ проб выполнен по стандартным методикам [8].

Фосфаты

Вертикальное распределение. В течение всего периода исследования концентрации фосфатов и силикатов нигде не снижались до нулевых значений. При рассмотрении вертикальной изменчивости указанных параметров не учитывались данные станций 11 и 12 (северная часть Амурского залива) из-за мелководности этих участков. В Амурском заливе преобладают продукционные процессы, вследствие чего наблюдаются минимальные концентрации фосфатов и их максимальные сезонные изменения.

Основной закономерностью вертикального распределения концентрации фосфатов в Амурском заливе является их минимум в поверхностном слое, особенно в слое фотосинтеза, где фосфор интенсивно потребляется фитопланктоном. На подповерхностных горизонтах в районах с ярко выраженной плотностной стратификацией вод наблюдается существенный рост содержания фосфатов (до 0,67 мкМ) в направлении дна. Минимальные вертикальные градиенты содержания данного параметра характерны для осенне-зимнего периода. За счет конвекции и большой повторяемости штормовых ветров над морем поверхностный слой вод обогащается фосфатами, поэтому изменение их концентрации по вертикали зимой незначительно. Весной и летом вертикальные градиенты концентрации фосфатов в верхнем фотическом слое существенно возрастают. По мере увеличения потока солнечной радиации и преобладания слабых и неустойчивых по направлению ветров образуется устойчивый пикноклин, что приводит к бурному развитию фитопланктона и падению концентраций фосфатов в верхней части фотического слоя до 0,13-0,15 мкМ.

Рис. 1. Расположение океанографических станций ОГСН в Амурском заливе

Рис. 2. Сезонные изменения концентрации фосфатов в северной (а), центральной (б), южной (в) частях Амурского залива. На оси ординат - концентрации фосфатов, мкМ; на оси абсцисс - месяц. Цифрами обозначены горизонты: 1 - 0 м, 2 - 10 м, 3 - 20 м

Рис. 3. Распределение концентрации фосфатов (мкМ) на поверхности Амурского залива

Сезонная изменчивость. Внутригодовые изменения содержания фосфатов в толще вод Амурского залива определяются в основном интенсивностью фотосинтеза, изменениями течений, вертикальным смешением вод и осенне-зимней конвекцией.

По характеру внутригодового изменения содержания фосфатов и силикатов акваторию Амурского залива можно разделить на три части: северную (ст. 11 и 12), центральную (ст. 16, 24, 28, 52) и южную (ст. 35, 37, 39).

В северной части на поверхности максимум содержания фосфатов наблюдается в мае (0,65 мкМ) и сентябре (0,73 мкМ) за счет материкового стока, минимум (0,22 мкМ) в нояб-

ре обусловлен осенним цветением фитопланктона [4]. Центральная часть характеризуется более низким содержанием фосфатов по сравнению с северной. Только здесь в поверхностном слое вод четко выражена годовая гармоника сезонных изменений концентрации фосфатов (рис. 2). Отмеченные закономерности с правильной годовой гармоникой сезонных вариаций содержания фосфатов в остальных районах залива не наблюдаются. Здесь характерно чередование максимумов и минимумов на всех станциях (рис. 2).

На пространственное распределение концентрации фосфатов зимой в основном влияют конвективные процессы, в результате которых фосфаты перемещаются от придонных горизонтов к поверхности, а также речной сток, адвекция вод из глубоководной части зал. Петра Великого и жизнедеятельность фитопланктона. В результате на поверхности Амурского залива в течение года сохраняется однотипный характер пространственного распределения с максимальным содержанием фосфатов в прибрежных районах.

Наибольшая концентрация наблюдается в северной части залива: весной -

0,36-0,65 мкМ, летом - 0,27-0,56 мкМ, осенью - до 0,73 мкМ (сентябрь) и 0,22-0,25 мкМ (ноябрь). По мере продвижения на юг залива концентрации фосфатов уменьшаются до 0,23 мкМ весной, 0,13 мкМ летом, 0,19 мкМ осенью (рис. 3).

С глубиной содержание фосфатов на акватории Амурского залива уменьшается: на горизонте 10 м - 0,08-0,55 мкМ, на горизонте 20 м - 0,08-0,67 мкМ.

Силикаты

Вертикальное распределение. В водах Амурского залива по средним многолетним месячным данным выделены три типа вертикального распределения концентрации силикатов.

Для первого типа характерно гомогенное распределение содержания кремния, которое наблюдается на акватории залива в декабре. Это связано с мелководностью района исследования и благоприятными условиями для хорошей конвекции. Другие структурные элементы в вертикальном распределении силикатов не выделяются.

Отличительной чертой второго типа является максимальная концентрация силикатов на поверхности залива (из-за увеличения количества осадков [3] и материкового стока [1]), которая уменьшается в направлении дна. Данная ситуация проявляется на мелководье.

Главная особенность третьего типа заключается в том, что на горизонте 10 м выделяется слой с пониженным содержанием силикатов. Весной и летом в верхнем слое вод за счет жизнедеятельности фитопланктона [4] содержание силикатов минимально. По мере прогрева верхнего слоя и увеличения потребления биогенных веществ на поверхности залива интенсивность вегетации фитопланктона смещается на подповерхностные горизонты. Как следствие происходит формирование подповерхностного минимума силикатов (9,5-20,3 мкМ). Только в поверхностных водах залива этот дефицит силикатов пополняется за счет стока рек [1]. С увеличением глубин на вертикальных профилях выделяется однотипное распределение, для которого характерен рост содержания силикатов до 36,0 мкМ.

Сезонная изменчивость. Внутригодовые изменения содержания силикатов в водах Амурского залива зависят от гидрологических, гидрохимических, динамических и биохимических процессов. В прибрежной части залива основное влияние оказывает изменчивость материкового стока. По мере удаления от берегов большее значение приобретают изменения циркуляции вод, вихри и меандры локальных течений, а также осенне-зимняя конвекция. Жизнедеятельность диатомового фитопланктона, являющегося основным потребителем кремния, также имеет внутригодовые особенности, обусловленные активной вегетацией в теплый период года и существенным ее снижением зимой.

В водах северной части Амурского залива наблюдается четко выраженная годовая гармоника в ходе сезонных изменений концентрации силикатов на поверхности. Их максимальное содержание хорошо согласуется с изменчивостью речного стока [1] и количеством атмосферных осадков [3] (рис. 4). Максимум наблюдается в июле и сентябре

60

50

40

ЗО

20

10

О

а 70 б 70

ЛХ_Х"\ 60 60

\ 50 50

/ Vі 40 40

3

/Л X зо / 1 /Ч' 30

\ / \

ЧУ 20 ...2 X' 20

10 Г 10

0 —» . 1—і—.—і—. < 0

4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рис. 4. Сезонные изменения концентрации силикатов в северной (а), центральной (б), южной (в) части Амурского залива. На оси ординат - концентрации силикатов, мкМ; на оси абсцисс - месяц. Цифрами обозначены горизонты: 1 - 0 м, 2 - 10 м, 3 - 20 м

Рис. 5. Распределение концентрации силикатов (мкМ) на поверхности Амурского залива

(60,4 и 60,8 мкМ, соответственно), минимум - в июне (18,7 мкМ), в период наиболее активного цветения фитопланктона [4]. В водах остальной части Амурского залива такая закономерность не наблюдается (рис. 4). Здесь концентрация силикатов более низкая. В центральной части она изменяется от 6,8 до 29,9 мкМ, на юге - от 7,9 до 26,5 мкМ. На горизонтах 10 и 20 м также нет четко выраженного сезонного хода этого показателя.

Пространственное распределение. В поверхностном слое Амурского залива в течение года наблюдается однотипное пространственное распределение концентрации силикатов, отличительной чертой является наличие максимальных значений в прибрежных районах северной части исследуемой акватории. В южной части залива, как правило, содержание

силикатов существенно ниже (рис. 5). В основном эти различия вызваны тем, что влияние стока рек на гидрохимический режим вод Амурского залива ограничивается прибрежными участками акватории.

На поверхности залива наибольшее содержание силикатов наблюдается с апреля по июль (до 60,4 мкМ) и в сентябре (60,8 мкМ) в северной части, с августа по ноябрь - вдоль всего западного побережья (рис. 5). Весь год минимальные значения концентрации силикатов отмечаются в южной части акватории (до 5,3 мкМ).

На горизонтах 10 и 20 м иные характерные черты. На горизонте 10 м значения содержания силикатов минимальны в апреле (5,5-9,5 мкМ) и июне (7,5-17,4 мкМ). На горизонте 20 м пространственное распределение концентрации силикатов определяется адвекцией вод из глубоководной части зал. Петра Великого, вертикальной протяженностью отдельных элементов структуры вод, зависящей от сезона года, а также интенсивностью развития фитопланктона. Влияние речного стока здесь практически не сказывается.

Заключение

Представленные в настоящей работе сведения наиболее полно описывают режим биогенных веществ (фосфатов и силикатов) на всей исследуемой акватории, так как станции на стандартной сети ОГСН распределены так, что охватывают все основные закономерности распределения данных параметров. Относительно средних многолетних месячных данных можно будет оценивать степень пространственно-временной аномальности содержания фосфатов и силикатов конкретных лет.

Показаны закономерности вертикальной структуры и сезонных изменений концентрации фосфатов и силикатов вод Амурского залива. По особенностям их распределения проведено районирование залива на северную, центральную и южную части. Только в центральной части Амурского залива в поверхностном слое вод четко выражена годовая гармоника в ходе сезонных изменений концентрации фосфатов, в северной части залива - силикатов. Их максимальное содержание хорошо согласуется с изменчивостью речного стока и количеством атмосферных осадков. На поверхности Амурского залива в течение года сохраняется однотипный характер пространственного распределения концентрации фосфатов и силикатов с максимальными содержаниями в прибрежных районах исследуемой акватории, что обусловлено материковым стоком. На горизонтах 10 и 20 м основные черты пространственного распределения данных параметров, которые были отмечены для поверхностных вод, не сохраняются. Их распределение зависит от сезона года, адвекции из глубоководной части зал. Петра Великого, а также интенсивности развития фитопланктона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т. 1, вып. 21. Бассейны Уссури и рек Японского моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 387 с.

2. Звалинский В.И., Недашковский А.П., Сагалаев С.Г и др. Биогенные элементы и первичная продукция в эстуарии реки Раздольной (Амурский залив Японского моря) // Биол. моря. 2005. Т. 31, № 2. С. 107-116.

3. Климат Владивостока / под ред. ГВ.Свинухова. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 248 с.

4. Коновалова ГВ. Сезонная характеристика фитопланктона в Амурском заливе Японского моря // Океанология. 1972. Т. 12, вып. 1. С. 123-127.

5. Ластовецкий Е.И., Вещева В.М. Гидрометеорологический очерк Амурского и Уссурийского заливов / под ред. Л.Н.Заокопной. Владивосток: Приморское УГМС, 1964. 265 с.

6. Основные черты гидрохимии залива Петра Великого (Японское море) / Н.Ф.Подорванова, Т.С.Ивашинникова, В.С.Петренко, Л.С.Хомичук. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. 201 с.

7. Рачков В.И. Характеристика гидрохимических условий вод Амурского залива в теплый период года // Изв. ТИНРО. 2002. Т. 131. С. 65-77.

8. Руководство по химическому анализу морских вод / под ред. С.ГОрадовского. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 264 с.

9. Тихомирова Е.А. Распределение концентрации нитратов в водах залива Петра Великого (Японское море) // Вестн. ДВО РАН. 2008. № 3. С. 30-36.