Химико-экологическая и микробиологическая характеристика вод бухты Козьмина (залив петра Великого, Японское море)

Вестник ДВО РАН. 2016. № 3

УДК 504.064.36:574:504.054

О.А.ГАМАЮНОВА, Н.К.ХРИСТОФОРОВА, О.А. ДРОЗДОВСКАЯ

Химико-экологическая и микробиологическая характеристика вод бухты Козьмина

Изучена межгодовая и сезонная изменчивость основных химико-экологических показателей (растворенного кислорода, биохимического потребления кислорода, перманганатной окисляемости, фосфора минерального и органического) в весенний, летний и осенний сезоны 2012—2015 гг. в поверхностных водах бухты Козьмина (зал. Петра Великого, Японское море). Экологическое состояние бухты в 2013 г. исследовано более детально — по гидрохимическим и микробиологическим показателям. Выявлено, что воды бухты относятся к полисапроб-ному типу, подвержены нефтяному загрязнению; кислородный режим в бухте удовлетворяет условиям для морских акваторий рыбохозяйственного назначения.

Ключевые слова: бухта Козьмина, залив Петра Великого, гидрохимический и микробиологический контроль, нефтяное загрязнение, хозяйственно-бытовые стоки.

Hydrochemical and microbiological characteristics of Kozmina bight (Peter the Great Bay, the Sea of Japan).

O.A. GAMAYUNOVA (Far Eastern Federal University, Vladivostok, G.I. Nevelskoy Maritime State University, Vladivostok), N.K. KHRISTOFOROVA (Pacific Institute of Geography, FEB RAS, Vladivostok, Far Eastern Federal University, Vladivostok), O.A. DROZDOVSKAYA (Far Eastern Federal University, Vladivostok).

This article deals with monitoring the variability of annual and seasonal dynamics of major chemical and ecological indicators (dissolved oxygen, biochemical oxygen demand, permanganate oxidation, mineral phosphorus and organic phosphorus) in the spring, summer and autumn seasons of 2012—2015 in surface waters of Kozmina Bight (Peter the Great Bay, the Sea of Japan). Ecological situation of the Bight in 2013 was studied in more details using hydrochemical and microbiological parameters. It was detected that the waters have polysaprobic type; the bay is prone to oil pollution; oxygen conditions in the bay satisfy to the requests for the fishery ponds.

Key words: Kozmina Bight, Peter the Great Bay, hydrochemical and microbiological inspection, oil pollution, utility fluids.

В настоящее время экологическое состояние бухты Козьмина, расположенной на крайнем востоке зал. Петра Великого, представляет большой интерес и требует постоянного контроля. Это связано с ее активным производственным и хозяйственным освоением и, как следствие, с возрастающим антропогенным воздействием на воды как непосредственно самой бухты, так и всего зал. Находка, юго-восточной оконечностью которого она являются. В последние годы растет спрос на энергоносители - нефть и уголь, которые

*ГАМАЮНОВА Ольга Анатольевна - аспирант (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), старший преподаватель (Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского), ХРИСТОФОРОВА Надежда Константиновна - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, профессор (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток; Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ДРОЗДОВСКАЯ Олеся Андреевна - доцент (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).

*Е-таП: oldoha@mail.ru

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (соглашение № 14-50-00034).

Россия поставляет в страны АТР. С каждым годом дальневосточные порты России наращивают объемы экспортируемых топливно-энергетических ресурсов. Не является исключением и порт Козьмино, откуда отправляется на экспорт восточносибирская нефть.

Нефтепорты, как известно, относятся к экологически опасным объектам. Нарушение ими экологических требований может серьезно подорвать продуктивность вод и даже отразиться на здоровье жителей береговых поселений. Поэтому важно наблюдать за состоянием как открытых морских, так и прибрежных вод, находящихся в зоне влияния не-фтепортов.

Цель работы - охарактеризовать современное экологическое состояние акватории бухты Козьмина с помощью гидрохимических и микробиологических методов. Для достижения поставленной цели нами решены следующие задачи: оценено экологическое состояние прибрежных вод по гидрохимическим и микробиологическим данным; изучена сезонная и межгодовая динамика гидрохимических показателей; проведен сравнительный анализ наблюдений в бухте Козьмино и данных по некоторым другим акваториям, испытывающим антропогенное и техногенное воздействие.

Район работ

Бухта Козьмина вдается в сушу между мысами Козьмина и Крылова. Она имеет крутые, преимущественно обрывистые, окаймленные камнями берега, которые к вершине бухты понижаются и переходят в низкий перешеек шириной около 200 м, отделяющий бухту Козьмина от бухты Озеро Второе (рис. 1). Это «озеро» сообщается с бухтой Козьмина прорытым в 1950 г. через перешеек каналом длиной 150 м, шириной 55 м, глубинами в его средней части 4-4,5 м.

Ввод в эксплуатацию трубопроводной системы Восточная Сибирь-Тихий океан (ВСТО) и нефтепорта в бухте Козьмина позволил экспортировать восточносибирскую нефть на перспективные рынки Азиатско-Тихоокеанского региона. Строительство

м. Козьмина

3

м. Крылова

б. Козьмина

2 Козьмино _ На6ер^

• ь

up

б. Озеро Второе

И

•

5 »•»t.* Vw « «г.- ti*u _ ¿лэдиаосюк пп Им ilmi -

lb.------- • ^J

5Ш ^

mi ив Петра

Великою prnioti работ

Рис. 1. Карта-схема бухты Козьмина и мест отбора проб: 1 - вход в бухту Озеро Второе; 2 - вершина бухты Козьмина; 3 - Бакланьи камни; 4 - скалы напротив нефтеналивного терминала; 5 - навигационный знак

началось в 2007 г., и уже спустя 2 года был принят в эксплуатацию нефтеналивной терминал грузооборотом 20 млн т/г, резервуарный парк на 100 тыс. т нефти. Экспорт нефти ВСТО из порта Козьмино в 2010 г. составил 15,3 млн т, или 7,3 % всего экспорта нефти АО «Транснефть». В 2014 г. порт отгрузил на экспорт уже 24,9, а в 2015 г. - 30,4 млн т нефти (http://www.smnpk.ru).

Материалы и методы исследований

Материалом для исследования послужили результаты гидрохимических наблюдений, выполненных в 2012-2015 гг., и микробиологические данные за 2013 г. Оценка состояния вод проводилась по содержанию в них растворенного кислорода, биохимического потребления кислорода (БПК5), перманганатной окисляемости (ПО), а также по фосфорным показателям - содержанию минерального (Рмин) и органического (Р) фосфора. Показатель БПК5 дает информацию о наличии в водной среде автохтонной или аллохтонной легкоокисляемой органики, как правило, метаболитной, легко перерабатываемой гетеротрофными микроорганизмами. Перманганатная окисляемость характеризует содержание в воде трудноокисляемой органики - продуктов распада отмерших организмов, а также масел, мазута и других веществ, поступающих со стоками и поверхностным смывом. Ее предельная величина для морских акваторий рыбохозяйственного назначения составляет 5 мг О/л [4].

Оценка выбранных показателей осуществлялась с помощью общепринятых гидрохимических методов - Винклера, Скопинцева, Морфи - Райли [5, 6]. В работе использованы данные весенних (май), летних (июль) и осенних (октябрь) опробований вод акватории.

Для микробиологического анализа пробы воды отбирались из поверхностного слоя (глубина 0,5 м) стерильными пластиковыми шприцами объемом 20 мл и анализировались в день отбора. Выделение и определение общего количества гетеротрофных микроорганизмов проводили с помощью чашечного метода Коха с использованием питательной среды, адаптированной для морских микроорганизмов [7, 8]. Микроорганизмы-деструкторы нефтепродуктов выделяли на агаризованной среде, содержащей в качестве единственного источника углерода дизельное топливо и нефть в количестве 10 г/л. Статистическую обработку результатов выполняли на персональном компьютере с помощью программы «MS Excel».

Результаты и обсуждение

Гидрохимическое и микробиологическое исследование бухты Козьмина в 2013 г. Результаты представлены в табл. 1 и 2.

Как следует из гидрохимических данных (табл. 1), весной содержание растворенного кислорода находилось в пределах 10,6-10,9 мг/л, что объясняется пониженной температурой (5,8-7,3 °С). В июле, с повышением температуры вод, концентрация О2 снижалась до 8,4-8,8 мг/л. Однако ни на одной из станций содержание кислорода не опускалось ниже ПДК (6,0 мг/л) для летнего времени. Величины БПК5 находились в пределах от 2,6 до 3,0 мг/л, что свидетельствует о присутствии в бухте легкоокисляемых веществ. Об этом же говорит и повышенная численность гетеротрофов на всех станциях - 104-107 КОЕ/мл (табл. 2). Начавшийся процесс деструкции и появления продуктов распада отмерших организмов находит отражение в величинах ПО (2,8-4,0 мг О/л) и содержании Рорг, достигающем 120,5 мкг/л. Осенью максимальное количество растворенного кислорода зафиксировано в куту бухты (14 мг/л), где наибольшей была и величина БПК5 (4,7 мг О2/л), говорящая об активности жизни микроорганизмов и выделении метаболитов, т.е. легкоокисляемой органики, в воду. Это, очевидно, обусловлено деструкцией макрофитов, поступлением при их разрушении питательных веществ в воду

Таблица 1

Гидрохимические показатели прибрежных вод бухты Козьмина

№ станции Месяц Т, °С О2, мг/л бпк5, мгО2/л ПО, мгО/л Рмин, мкг/л Рорг, мкг/л

1 Май 7,1 10,9 2,8 2,2 86,5 34,8

Июль 20,0 8,7 3,0 3,4 20,4 64,2

Октябрь 8,3 11,0 2,3 1,6 37,5 87,5

2 Май 5,8 10,6 1,8 2,3 46,3 20,4

Июль 19,0 8,4 2,8 2,8 60,3 80,5

Октябрь 9,1 14,0 4,7 1,9 50,0 50,0

3 Июль 19,0 8,7 2,8 3,2 90,4 66,3

Октябрь 9,0 10,7 3,0 2,0 62,5 25,0

4 Май 6,5 10,6 1,5 2,4 212,3 16,86

Июль 19,0 8,8 2,6 4,0 80,4 120,5

Октябрь 8,1 10,2 2,5 1,4 37,5 37,5

5 Май 7,3 10,6 2,5 2,2 152,6 20,75

Июль 19,0 8,8 2,9 3,2 40,6 50,6

Октябрь 8,5 10,7 2,5 1,6 50,0 12,5

Таблица 2

Численность гетеротрофных микроорганизмов (КОЕ/мл) в прибрежных водах бухты Козьмина

№ станции Эколого-трофические группы микроорганизмов

КГМ ДН ДТ

Май

1 (8,0 ± 0,12) х 102 (8,0 ± 0,12) х 103 (8,0 ± 0,2) х 103

2 (1,0 ± 0,56) х 103 (4,0 ± 0,15) х 103 (2,6 ± 0) х 103

4 (2,0 ± 0,37) х 102 (1,0 ± 0) х 1 04 (6,0 ± 0,4) х 103

5 (5,0 ± 0,15) х 102 (4,0 ± 0,12) х 103 (1,0 ± 0) х 103

Июль

1 (1,1 ± 0,2) х 106 (2,5 ± 0,5) х 104 (2,84 ± 0,3) х 104

2 (1,6 ± 0,3) х 104 (4,8 ± 0, 6) х 105 (1,8 ± 0,2) х 105

3 (2,1 ± 0,3) х 106 (9,3 ± 0,8) х 104 (2,7 ± 0,4) х 103

4 (1,7 ± 0,2) х 107 (9,8 ± 0,5) х 104 (1,7 ± 0,2) х 104

5 (3,9 ± 0,4) х 105 (3,4 ± 0,2) х 103 (2,0 ± 0,3) х 103

Октябрь

1 (2,7 ± 0,05) х 104 (2,0 ± 0,4) х 103 (4,2 ± 0,3) х 104

2 (6,0 ± 0,1) х 104 (2,0 ± 0,6) х 104 (1,0 ± 0,3) х 104

3 (4,0 ± 0,4) х 104 (6,0 ± 0,3) х 103 (4,0 ± 0,2) х 103

4 (5,0 ± 0) х 104 (2,0 ± 0,6) х 103 (6,0 ± 0,1) х 103

5 (1,0 ± 0,5) х 104 (2,0 ±0,5) х 103 (2,0 ± 0,6) х 103

Примечание. КГМ - общее количество гетеротрофных микроорганизмов, ДН - окислители нефти, ДТ -окислители нефтепродуктов.

и развитием фитопланктона. Величина ПО (1,9 мгО/л), указывает на нахождение в воде небольшого количества трудноокисляемой органики как эндогенного, так и экзогенного (поверхностный смыв) происхождения.

Наибольшие концентрации Р наблюдались весной (46,3-212,3 мкг/л), что, по-видимому, связано с зимним накоплением фосфора в среде и пока еще слабым его использованием. Концентрации Рорг. были ниже. В июле картина изменилась: снизилось содержание Рмин и повысилось Рорг., который, очевидно, имеет автохтонное происхождение, являясь продуктом деструкции разлагающихся организмов. В октябре произошло снижение концентрации Рорг., минерализуемого микроорганизмами и возвращаемого экосистеме в виде Р .

Показатели численности бактерий, окисляющих нефть (ДН) и дизельное топливо (ДТ), в летний период были на порядок выше (103-105 КОЕ/мл), чем в весеннее и осеннее время (103-104 КОЕ/мл). Выявить станции, наиболее подверженные загрязнению углеводородами, довольно трудно, так как численность микроорганизмов, окисляющих эти вещества, была распределена относительно равномерно. Из общей картины выделяется вершина бухты Козьмина, где львиную долю нефтеокисляющих микроорганизмов составляли деструкторы дизельного топлива (105 КОЕ/мл). На станциях 3 и 4 их численность снижалась и составляла десятую часть от общей численности нефтеокисляющих бактерий. Данные, полученные в 2013 г., показали, что численность микроорганизмов, окисляющих нефть, на трех станциях из пяти достигала 105 КОЕ/мл. Это говорит о том, что бухта подвержена нефтяному загрязнению.

По полученным в 2013 г. результатам можно сделать следующий вывод. В бухте Козь-мина сохраняется благоприятный кислородный режим и гидрохимические характеристики соответствуют нормам для водоемов рыбохозяйственного использования. По величинам БПК5, согласно новым оценкам качества морских вод [4], воды бухты относятся к «незагрязненным». По численности нефтеокисляющих микроорганизмов бухта является малозагрязненной. Количество гетеротрофов, утилизирующих легкоокисляемую органику, изменялось в летний период от 104 до 107 КОЕ/мл, что соответствует полисапробному типу вод.

Сезонная и межгодовая изменчивость. Пониженное содержание растворенного в воде кислорода в летний период в бухте Козьмина отмечено во все исследуемые годы (рис. 2). Это связано с повышением температуры в прибрежных водах.

Как видно, среднее содержание растворенного кислорода в летнее время в бухте во все годы наблюдения оставалось примерно на одном уровне (8,74, 8,68, 8,42 мг/л), за исключением более холодного 2014 г., когда летом оно было таким же, как осенью. Весной и осенью средние концентрации О2 во все годы были примерно одинаковыми и находились в интервале от 9,92 до 10,76 мг/л (табл. 1). Лишь осенью 2012 г. этот показатель был немного ниже - 9,2 мг/л, что, по-видимому, связано с более высокой температурой воды в тот год (средняя t = 8,8 °С).

Величины БПК5 весной были ниже, чем летом и осенью, что говорит о небольшом присутствии легкоокисляемой органики (рис. 3). Увеличение значений БПК5 летом и осенью может быть вызвано как усилением жизнедеятельности организмов и выделением в воду прижизненных экскретов, так и поступлением в бухту с поверхностным смывом аллохтон-

ной органики хозяйственно-быто- п _ ггм, , ,,

г Рис. 3. ЬПК5 в водах бухты Козьмина весной, летом и осенью

вых стоков. 2012-2015 гг.

Рис. 2. Содержание растворенного кислорода в водах бухты Козьмина весной, летом и осенью 2012-2015 гг.

Рис. 4. Перманганатная окисляемость в водах бухты Козьмина в весенний, летний и осенний периоды 2012-2015 гг.

Рис. 5. Содержание Рорг в водах бухты Козьмина в весенний, летний и осенний периоды 2012-2015 гг.

Рис. 6. Содержание Рмин в водах бухты Козьмина в весенний, летний и осенний периоды 2013-2015 гг.

Летом 2015 г. в бухте наблюдались повышенные значения БПК5, ПО и Рорг. (рис. 3-5) и пониженные показатели растворенного кислорода (рис. 2). Снижение содержания кислорода (наиболее низкое значение за все годы наблюдения -8,42 мг/л) обусловлено, очевидно, несколькими факторами: повышенной в летнее время температурой воды и, соответственно, снижением растворимости О2, его расходованием на легкоокисляемую, или метаболитную, органику, о поступлении которой свидетельствует сильно возросшая (до 3,48 мг О2/л) величина БПК5, а также на труд-ноокисляемую органику, о чем говорит величина ПО (3,98 мг О/л). Трудноокисляемая органика может быть как экзогенной, поступившей в бухту (вместе с легкоокисляемой) с поверхностным смывом или сточными водами, так и эндогенной, обусловленной началом деструктивных процессов, о развитии которых свидетельствует возросшее содержание Р - до 45,6 мкг/л.

орг.

Для определения характера органического загрязнения принято использовать отношение величины БПК5 к кислороду окисляемости [1]. Если это отношение < 0,5, то считается, что в воде преобладают трудноокисляемые вещества. Осенью 2015 г. на входе в бухту Озеро Второе (станция 1) преобладало стойкое органическое вещество: отношение БПК5/ПО составляло 0,48 (БПК5 - 1,7 мг О2/л, ПО - 3,5 мг О/л).

Почти все показатели, полученные нами в результате наблюдения за бухтой в разные сезоны и годы, понятны и находят объяснение. Лишь причина изменения содержания Рмин пока остается неясной. Во все годы содержание в воде фосфора минерального весной выше, чем летом. Осенью оно также может быть больше, чем летом (рис. 6). Однако тенденция общего

снижения концентрации Р в водах бухты с 2013 по 2015 г. не находит пока приемлемого объяснения.

Для оценки состояния бухты Козьмина по гидрохимическим показателям интересно сравнить наши результаты с литературными данными по некоторым другим акваториям, испытывающим техногенный пресс. Так, среднее содержание растворенного кислорода в водах порта Шелтер (известного также как Гаумейгхой), расположенного к югу от п-ова Сэйкун в Гонконге, составляет 6,5 мг/л при средней температуре 22,8 °С [9]. Средние концентрации О2 в бухте Козьмина выше и не опускаются ниже критической величины в 6 мг/мл для летнего времени, в то время как минимальные величины концентрации растворенного кислорода в порту Китая в нескольких местах отбора проб были равны 1,0 мг О2/л. Причина столь низких показателей, как объясняют авторы, - в поступлении загрязнений от терригенного стока и деятельности самого порта. Средняя величина БПК5 в порту Шелтер - 1,3 мг О2/л, Ро6щ - 70 мкг/л. Как видим, фосфорные показатели для вод этого порта находятся на одном уровне со значениями в бухте Козьмина. В то же время величины БПК5 в гонконгском порту существенно ниже, что говорит о присутствии в акватории небольшого количества легкоокисляемых веществ и позволяет думать, что это не метаболиты водных растений, продуцирующих кислород.

Воды другого крупного торгового порта международного значения - Одесского (северо-западное побережье Черного моря, юго-западная часть Одесского залива) - имеют следующие химико-экологические характеристики: содержание растворенного в воде кислорода в поверхностном слое акватории составляет 7,65-8,00 мг/л (август), содержание Робщ 10-32 мкг/л [2]. Как видим, концентрации и кислорода растворенного, и фосфора имеют одинаковый предел колебаний для портов Одессы и Козьмино.

На начальном этапе строительства нефтетерминала (апрель 2008 г.) акватории бухт Козьмина и Озеро Второе были изучены по гидрохимическим показателям и на нефтяное загрязнение [3]. Авторами исследования была замечена нефтяная пленка, которая, как мы полагаем, возникла вследствие интенсивного движения небольших судов и маломерного флота, выполнявших разнообразную подготовительную работу - углубление дна, вывоз грунта, строительство подпорной стенки, нефтеналивного терминала и т.д. Следует отметить, что обследование бухты в 2008 г. проводилось при более низких температурах (4,5-6 °С), обусловливающих более высокое содержание кислорода. Так, если в наших наблюдениях для середины мая 2013 г. концентрация О2 составляла 10,6-10,9 мг/л, то в апреле 2008 г. - 11,8-13,2 мг/л. Величины БПК5 во время весеннего обследования находились в пределах 1,8-2,8 мгО2/л, в апреле же 2008 г. они были существенно ниже (0,4-2,2 мг О2/л).

Заключение

Полученные нами данные позволяют охарактеризовать экологическое состояние прибрежных вод бухты Козьмина по нескольким показателям. Содержание в воде растворенного кислорода соответствует требованиям для рыбохозяйственных водоемов (кислородный режим в бухте более чем удовлетворительный), однако несколько настораживают величины БПК5 и ПО, особенно летом и осенью, указывая на присутствие легко- и трудноокисляемых веществ, поступающих как от расположенного рядом с бухтой поселка, так и от самого нефтепорта. Микробиологические показатели также имеют тенденцию к увеличению в исследуемый период, о чем свидетельствует количество гетеротрофов и микроорганизмов, окисляющих нефть и нефтепродукты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 296 с.

2. Александров Б.Г., Берлинский Н.А., Богатова Ю.И. и др. Экологический мониторинг акватории Одесского порта в рамках международного проекта «Глобалласт». - http://www.ecologylife.ru/ekologiya-chernogo-morya-2001/ekologicheskiy-monitoring-akvatorii-odesskogo-porta-v-ramkah-mezhdunarodnogo-proekta.html (дата обращения: 29.05.2016).

3. Григорьева Н.И., Питрук Д.Л. Оценка состояния водной среды и донных отложений бухт Козьмина-Озеро Второе (залив Находка, залив Петра Великого, Японское море) // Водные ресурсы. 2011. Т. 38, № 3. С. 359-372.

4. Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2013. М.: Наука, 2014. 210 с.

5. Руководство по химическому анализу морских и пресных вод при экологическом мониторинге рыбохо-зяйственных водоемов и перспективных для промысла районов Мирового океана. М.: ВНИРО, 2003. 202 с.

6. Шишкина Л.А. Гидрохимия. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 287 с.

7. Bruns K., Dahlman G.D., Gunken W. Distribution and activity of petroleum hydrocarbon degrading bacteria in the North and Baltic seas // Deutsche Hydrographische Zeitshrift. 1993. Vol. 6. P. 359-369.

8. Youchimizu M., Kimura T. Study of intestinal microflora of Salmonids // Fish. Pathol. 1976. Vol. 10, N 2. P. 243.

9. Yung Y.-K., Wong C.K., Yau K. Long-term changes in water quality and phytoplankton characteristics in port Shelter, Hong Kong, from 1988-1998 // Mar. Pollut. Bull. 2001. Vol. 42, N 10. P. 981-992.