Макрофитобентос Новороссийской бухты (Черное море): деградация в условиях хозяйственной деятельности и климатических изменений

УДК 581.526.3

О.В. Степаньян

МАКРОФИТОБЕНТОС НОВОРОССИЙСКОЙ БУХТЫ (ЧЕРНОЕ МОРЕ): ДЕГРАДАЦИЯ В УСЛОВИЯХ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ

Трансформация в структуре фитобентоса Новороссийской бухты началась с середины 2000-х гг. и имеет черты дегрессивной сукцессии. В начале 2010-х гг. начались реконструкция и расширение Новороссийского морского порта, что обозначило необходимость оценить состояние макрофитобентоса до начала масштабных изменений в прибрежной зоне и акватории бухты. Мониторинг макрофитобентоса этой бухты в летний период 2011 г. показал наличие 102 видов водорослей-макрофитов: зеленых - 26, красных - 53, бурых - 23. По числу видов преобладали представители родов Ulva, Cladophora, Ceramium, Polysiphonia, Ectocarpus. Наибольшее видовое разнообразие было отмечено для относительно чистых, удаленных от портовой акватории участков восточного и западного прибрежья. Индекс разнообразия Шеннона (H) для акватории порта составил 1,64, для западного берега 2,08, для восточного берега - 2,18. Биомасса водорослей Новороссийской бухты изменялась в значительном диапазоне: 0,3 кг/м2 в районе порта, 1,5-1,8 кг/м2 в средней части бухты, 3-3,5 кг/м2 - на выходе из бухты. К концу 2000-х гг. видовое разнообразие фитобентоса Новороссийской бухты уменьшилось в 1,5 раза в сравнении с 1970-ми гг., в основном за счет холодноводной группы водорослей. В настоящее время преобладают поли- и мезоса-пробионтные виды тепловодного комплекса. В три раза по сравнению с 1960-ми гг. сократились площади бурой водоросли Cystoseira - основного эдификатора и средообразующего вида зарослей средиземноморского типа. На фоне потепления поверхностного слоя вод Черного моря и негативного действия этого фактора на сообщества Cystoseira неразумная хозяйственная деятельность может привести к полному исчезновению многолетних черноморских сообществ водорослей в Новороссийской бухте.

Ключевые слова: загрязнение, изменения климата, макроводоросли, Новороссийская бухта, Черное море.

O.V. Stepanyan

MACROPHYTOBENTHOS OF THE NOVOROSSIYSK BAY (THE BLACK SEA):

DEGRADATION UNDER CONDITIONS OF ECONOMIC ACTIVITY AND CLIMATE

CHANGES

The transformation in the structure of the phytobenthos of Novorossiysk Bay began in the mid-2000s and has the features of a degressive succession. In the early 2010s, the reconstruction and expansion of the new Russian seaport was started. It caused the necessaty to assess the state of macrophytobenthos before the start of large-scale changes in the coastal zone and the water area of the bay. As a result of macrophytobenthos monitoring in this bay during the summer of 2011 the presence of 102 species of algae-macrophytes (green - 26, red - 53, brown - 23) was detected. The representatives of the genera Ulva, Cladophora, Ceramium, Polysiphonia, Ectocarpus dominated in number of species. The greatest species diversity was observed for relatively clean areas of the Eastern and Western coast, which are far from the port waters. The Shannon diversity index (H) for the port area was 1,64, 2,08 - for the western coast and 2,18 - for the eastern coast. The biomass of algae in Novorossiysk Bay varied in a significant range: 0,3 kg/m2 was in the port area, 1,5-1,8 kg/m2 was in the middle part of the bay, 3-3,5 kg/m2 -at the bay exit. By the end of 2000s the species diversity of the Novorossiysk Bay phytobenthos had decreased by 1,5 times in comparison with the 1970s, mainly due to the cold-water group of algae. At present poly- and mesos-probic species of warm-water complex dominate here. The area of brown algae Cystoseira which is the main edificator and the environment - forming type of Mediterranean-type thickets has decreased by 3 times compared to the 1960s. Due to the Black Sea surface layer warming which negatively impact on the Cystoseira algae communities it is evident that unreasonable economic activity can lead to the complete disappearance of long-term black sea algae communities in the Novorossiysk Bay.

Key words: pollution, climate changes, macroalgae, the Novorossiysk Bay, the Black sea.

DOI: 10.17217/2079-0333-2018-45-110-116

Введение

В последние годы в состоянии макроводорослей Черного моря был отмечен ряд негативных изменений. Так, происходили изменения их видового состава, исчезали и уменьшали свой ареал представители холодноводной группы, расширяли присутствие тропические и субтропические виды, появлялись новые виды-вселенцы, уменьшалась глубина произрастания макроводорослей [1-4]. Ряд исследователей [1, 2, 5] связывают указанные изменения с ростом эвтрофирования и загрязнением морской среды, в то же время вклад климатических изменений в обозначенные процессы недооценивается.

Новороссийская бухта - крупнейшая бухта Черного моря, в которую впадает небольшая река Цемес. Для большей части акватории этой бухты характерны небольшие глубины (от 7 до 35 м), позволяющие осуществлять круглогодичное судоходство и работу морского порта. Более 150 лет здесь функционируют крупнейший в регионе морской торговый порт и свыше 50 лет нефтяной порт. Новороссийская бухта - это уникальный природный объект, для которого имеются документированные наблюдения за фитобентосом за период более чем 100 лет, хотя стоит отметить их фрагментарность.

По геоморфологическим, гидрологическим и гидробиологическим условиям Новороссийскую бухту делят на три района: порт, средняя часть и открытая часть бухты. Акватория порта площадью не более 3 км2 находится в вершине бухты и ограничена восточным и западным молами. Для этого района характерны небольшие глубины (до 10 м), низкая прозрачность воды (не более 5 м), слабый водообмен, значительное загрязнение поллютантами. Большая часть бухты характеризуется интенсивным водообменом, большими глубинами (до 35 м на выходе из бухты), прозрачностью воды до 15 м, невысоким уровнем загрязнения воды и донных отложений. Общая площадь бухты - 53,86 км2. Для восточного берега - нижней части склона Маркхотского хребта -характерна высокая прибойность, в отличие от низменного западного берега. В восточной части Новороссийской бухты расположены цементные заводы, нефтяные терминалы, перегрузочные комплексы, военный и торговый флот. К западному берегу примыкает городская застройка с пляжными зонами и многочисленными коллекторами городской и ливневой канализации.

Новороссийский порт - крупнейший на Черном море транспортный узел, принимающий свыше 6 тыс. судов и 120 млн т грузов в год, где нефть и нефтепродукты составляют более 80% грузооборота. Работы в акватории и прибрежной зоне - дноуглубление, перемещения грунта, создание полузакрытых акваторий - проводятся во всевозрастающих масштабах и являются следствием масштабной реконструкции Новороссийского порта. Безусловно, это приводит к повышению загрязнения прибрежных вод и негативному влиянию на подводные биоценозы.

Планомерная реконструкция и расширение Новороссийского морского порта начались в 2010 г. Поэтому было важно получить данные об особенностях структуры и функционирования макрофитобентоса в самом начале масштабных изменений прибрежной зоны и акватории бухты.

Цель работы - оценить состояние макрофитобентоса до начала масштабных работ по расширению Новороссийского порта в начале 2010-х гг. и показать основные закономерности изменения макрофитобентоса в Новороссийской бухте на протяжении всего периода функционирования порта (150 лет) под воздействием хозяйственной деятельности и климатических изменений.

Материалы и методы

Альгологический материал в Новороссийской бухте был собран в июне - июле 2011 г., учтены сборы за аналогичный сезон 1995-2010 гг. в районе м. Шесхарис. Для количественной оценки распределения водорослей использовали стандартные гидробиологические методы [5]: гидробиологические разрезы (до глубины 10 м) и пробные площадки (рамка 0,25 м2). Для оценки разнообразия водорослей использовали индекс разнообразия Шеннона (Н). Измерение электропроводности (солености) проводили с использованием зонда гидрологического SBE 19. Определение нефтепродуктов проводили стандартным методом с экстракцией тетрахлорметаном, выделением углеводородных фракций методом колоночной хроматографии и ИК-регистрацией на концентратомере КН-2м.

Результаты и обсуждение

В ходе наших исследований для летнего периода 2011 г. выявлено 102 вида водорослей: зеленых - 26, красных - 53, бурых - 23. По числу видов преобладали представители родов Ulva, Cladophora, Ceramium, Polysiphonia, Ectocarpus. Наибольшее видовое разнообразие отмечено для относительно чистых, удаленных от портовой акватории участков восточного и западного прибрежья. Индекс разнообразия Шеннона (Н) для акватории порта составил 1,64, для западного берега 2,08, для восточного берега - 2,18. Отмечено преобладание поли- и мезосапробионтных видов тепловодного комплекса. Биомасса водорослей Новороссийской бухты изменялась в значительном диапазоне: 0,3 кг/м2 в районе порта, 1,5-1,8 кг/м2 в средней части бухты, 3-3,5 кг/м2 - на выходе их бухты. Такие изменения количественных показателей водорослей возможно объяснить различием в солености (в кутовой части бухты соленость - 13,0-13,5%о, на остальной части бухты - 17,6-18,2%о), хроническом загрязнении нефтяными углеводородами на акватории порта (в воде - 0,4-0,8 мг/л, в донных осадках 0,88-0,94 мг/кг), большим содержанием взвеси в морской воде - 11,0-14,5 мг/л (фоновые значения в центре бухты 0,6 мг/л).

Для понимания современных изменений фитобентоса важно рассмотреть динамику пространственных изменений сообществ фитобентоса Новороссийской бухты за последние 150 лет.

В первых ботанических очерках [6-7] приводятся данные о распределении растительности Новороссийской бухты в период, когда антропогенное воздействие здесь практически отсутствовало (рис. 1). Так, в конце XIX в. [6-7] здесь была описана богатая подводная растительность в акватории нового порта, и отмечалось, что у западного берега обильно произрастала Cystoseira barbata, а у восточного - Cystoseira crinita. Различия в подводной растительности у восточного и западного берегов бухты объяснялись [7] действием пресных родников, в большом количестве впадающих в бухту в восточной части. Напротив заболоченного устья отмечались обширные подводные луга морской травы Zostera [6-7]. Появление города и строительство порта в Новороссийской бухте в середине XIX в. практически сразу же привело к появлению негативных явлений для прибрежных экосистем. Отмечено, что в районе городских пляжей на песчаных отмелях (у Суд-жукской косы) разнообразие водорослей и фитофильных животных снижалось [7], что связывалось с воздействием отдыхающих и повышенной мутностью морской воды из-за рыхлого грунта.

Первые масштабные исследования альгофлоры Новороссийской бухты были проведены в1920-х гг. [8]. В 1927-1930 гг. самым загрязненным участком бухты был порт, ограниченный западным и восточным молами, в бухте произрастали полисапробные виды красных и зеленых водорослей, редко встречались заросли Cystoseira и Zostera. Общее число видов составляло 37, из них зеленых - 18, бурых - 8, красных - 11. Средняя часть бухты была относительно чистой, в ней доминировали на твердых скальных грунтах Cystoseira, на рыхлых - Zostera, на ракушечниках Gracilaria (рис. 1). Среди красных и зеленых водорослей преобладали олиго- и мезосапро-бионты. Общее число видов в указанном районе составляло 82. В 1920 -х гг. большую часть дна Новороссийской бухты на песчано-илистых грунтах занимал обширный устричник, один из крупнейших в Черном море. Он служил хорошим индикатором чистоты вод [8].

В 1960-х гг. [9] было выявлено, что зона загрязнения сместилась в среднюю часть бухты и практически вся акватория была загрязненной (рис. 1). Связано это было с модернизацией Новороссийского порта, включая строительство нефтяных терминалов у м. Шесхариса, ввода в строй городского канализационного сброса на м. Мысхако. При этом произошло существенное обеднение видового состава водорослей, снижение продукционных характеристик, исчезновение доминирующих видов на глубинах от 1 до 20 м (включая обширные поля Cystoseira, Phyllophora и Gracilaria), чистый участок был вытеснен за пределы бухты, а наиболее загрязненный занял до половины площади акватории бухты, при этом восточное прибрежье бухты было значительно чище, чем западное (рис. 1). В этот период полностью исчез устричник Новороссийской бухты, его место заняли значительные по площади илы с признаками сероводородного заражения.

В работе В.В. Громова [9] было отмечено существенное сокращение площадей и биомассы зарослей Cystoseira, что связывалось с усилением загрязнения морской среды, в первую очередь нефтью. Если в 1959-1960 гг. средняя биомасса Cystoseira в бухте составляла 5,1 кг/м2, то в 1969 г. она снизилась до 1,3 кг/м2. В то же время участок бухты в районе Суджукской косы в 1960-1965 гг. (рис. 1) был еще относительно чистым, на нем встречались водоросли олигоса-пробного комплекса [9].

Рис. 1. Многолетняя пространственная динамика фитобентоса Новороссийской бухты: 1 - сообщества РЬуИорЬога и ОгасИапа на ракушечнике, 2 - сообщества РЬуИорЬога на песчано-илистые грунтах; 3 - сообщества СуэТоэе^га на твердых грунтах; 4 - песчано-илистые грунты с моллюсками фильтраторами; 5 - илистые осадки с моллюсками фильтраторами; б - илистые осадки, содержащие сероводород; 7 - сообщества водорослей-сапробионтов (ТЛга, Сегаппит, СаШИшттоп); 8 - сообщества Zostera; 9 - выходы канапизационных колпекторов; 10 - нефтепорт

По данным Н.А. Березенко и С.А. Литвинской [10], в районе коллектора (старого и нового) выпуска нефтесодержащих вод в нефтепорту количественно преобладали красные и зеленые водоросли с большими значениями биомассы; бурые водоросли, включая Cystoseira, стали сопутствующими видами и утратили свое значение как эдификатор растительных сообществ. Эти авторы особо отмечали, что в районе коллекторов выпуска нефтесодержащих сточных вод таксономическая структура макрофитобентоса была упрощенной, хотя на отдельных участках в нефтепорту «Шесхарис» была отмечена восстановительная сукцессия. В 2015 г. фитобентос порта был представлен исключительно перифитоном на гидротехнических сооружениях, нижняя граница сообществ обрастаний находилась на глубине 1,5-2 м из-за низкой (до 1,2 м) прозрачности воды и илистых грунтов с сероводородом [12].

В 1999-2011 гг. в Новороссийской бухте было отмечено 125 видов водорослей [11]: зеленых - 32, красных - 65, бурых - 27 и 1 вид высших цветковых растений. Впервые для бухты было описано 18 видов, при этом отметим, что полный список видов автор указанной сводки В.Ф. Теюбова [11] не опубликовала.

Наши данные указывают на то, что разнообразие бурых водорослей сократилось более чем в 1,3 раза, а количество зеленых и красных осталось сопоставимым с периодом 1970-х гг. По нашим наблюдениям, наибольшие изменения в количественных и структурных показателях сообществ Cystoseira Новороссийской бухты были отмечены для периода с 2000 по 2005 гг.: разнообразие и общая биомасса сократились в 1,3-1,4 раза, при этом в открытой прибрежной зоне изменчивость этих показателей оказалась не столь значительной.

Наши исследования в 1995-1999 гг. проводились в период спада производственной деятельности в акватории порта и до масштабной реконструкции портовых сооружений в Новороссийской бухте и строительства нефтяного порта в пос. Южная Озереевка. Было выявлено, что в районе нефтепорта «Шесхарис» от уреза воды и до глубины 1-1,5 м подводная растительность отсутствует, а биомасса бурых водорослей Cystoseira снизилась более чем в 10 раз в сравнении с 1960-ми гг. Последующие исследования в 2007-2012 гг. не выявили признаков улучшения состояния популяций Cystoseira (рис. 2). Трансформация в структуре фитобентоса Новороссийской бухты начала происходить с середины 2000-х гг. и имела черты дегрессивной сукцессии. Видовое разнообразие фитобентоса Новороссийской бухты к концу 2000-х гг. уменьшилось в 1,5 раза в сравнении с 1970-ми гг. [3-4], в основном за счет холодноводной группы водорослей. В настоящее время преобладают поли- и мезосапробионтные виды тепловодного комплекса. В три раза по сравнению с 1960-ми гг. сократились площади Cystoseira - основного эдификатора и средообразующего вида зарослей средиземноморского типа. В настоящее время на большей части прибрежной зоны Новороссийской бухты сообщества формируются коротко-цикличными сезонными видами.

Такие изменения обусловлены несколькими причинами. Основная причина связана с изъятием грунтов и строительством портовой инфраструктуры: фактически береговая линия на десятки километров оказалась забетонирована, что и привело к исчезновению типичных субстратов для развития бурых водорослей. Второй фактор - это рост загрязнения вод Новороссийской бухты: до 1950-х гг. загрязнение было обусловлено действием сточных вод, с 1960-х гг. стало преобладать нефтяное загрязнение. С хозяйственной деятельностью связано увеличение мутности морской воды (строительство в береговой зоне, изменение маршрутов перемещения наносов). В последние годы (с начала 2000-х гг.) изменение прозрачности в Черном море [13] связывают с катастрофическим развитием кокколитофорид [14], которое, в свою очередь, обусловлено потеплением морских вод в указанный период [15]. На фоне потепления поверхностного слоя вод Черного моря и негативного действия этого фактора на сообщества Cystoseira неразумная хозяйственная деятельность приведет к полному исчезновению многолетних черноморских сообществ водорослей в Новороссийской бухте.

Автор благодарен за возможность проведения работ на акватории порта начальнику службы экологического надзора порта В.С. Бердникову, за предоставленные данные по химическим показателям морской воды - к.х.н. В.Г. Сойеру. Исследования проведены в рамках государственной субсидии «Анализ динамики природных систем на основе мегабаз данных за многолетний (19-20 века) период наблюдений» (№ 01201450487) и РФФИ (проект № 18-05-80082).

Рис. 2. Динамика биомассы Су$1о$егга у м. Шесхарис на глубинах 1 м (1) и 3 м (2) (построено по данным: Громов, 1973, Калугина-Гутник, 1975, Громов, 1999; собственные данные); температура поверхностного слоя Черного моря (август) (по: Kontoyiannis & а1., 2012); прозрачность морской воды в глубоководной части Черного моря (по: Кукушкин и др., 2013). I - начало работы нефтепорта «Шесхарис»

Литература

1. Симакова У.В. Структура и распределение сообществ макрофитобентоса в зависимости от рельефа дна (Северокавказское побережье Черного моря): автореф. дис. ... канд. биол. наук. -М., 2011. - 27 с.

2. Milchakova N.A. Marine Plants of the Black Sea. An Illustrated Fied Guide. - Sevastopol, 2011. - 144 p.

3. Степаньян О.В. Современное разнообразие макроводорослей Азовского, Черного и Каспийского морей // Доклады АН. - 2014. - Т. 458, № 2. - С. 229-232.

4. Степаньян О.В. Как меняется фитобентос южных морей России? // Природа. - 2016. -№ 2. - С. 32-42.

5. Калугина-ГутникА.А. Фитобентос Черного моря. - Киев: Наукова думка, 1975. - 248 с.

6. Шперк Г.Ф. Очерки альгологической флоры Черного моря в систематическом, морфологическом и физиологическом отношениях. - Харьков, 1869. - 160 с.

7. Кричагин Н.А. Отчет о фаунистических исследованиях, произведенных по поручению КОЕ на восточном берегу Черного моря летом 1872 г. // Записки КОЕ. - 1873. - Т. 3, вып. 3. -С. 346-370; Материалы для фауны восточного берега Черного моря // Там же. - С. 370-429.

8. Морозова-Водяницкая Н.В. Материалы к санитарно-биологическому анализу морских вод // Работы Новороссийской биостанции. - Новороссийск, 1930. - Вып. 4. - С. 163-180.

9. Громов В.В. Макрофитобентос южных морей России. Водоросли северо-кавказского побережья Черного моря, прибрежно-водная растительность Азовского моря и Северного Каспия. - Германия: Palmarium Academic Publishing, 2012. - 337 с.

10. Березенко Н.А., Литвинская С.А. Анализ изменений фитоценотической структуры мак-рофитобентоса в районе выпуска нефтесодержащих сточных вод // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2014. - № 3. - C. 45-49.

11. Теюбова В. Ф. Разнообразие и экологические особенности макрофитобентоса российского сектора Черного моря: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Краснодар, 2012. - 20 с.

12. Березенко Н.А. Эколого-таксономический состав макрофитобентоса района выпуска нефтесодержащих сточных вод ПНБ «Шесхарис» (Цемесская бухта, Черное море) // Фундаментальные исследования. - 2015. - Вып. 6-2. - С. 219-224.

13. Кукушкин А.С., Прохоренко Ю.А., Хорошун С.А. Многолетняя изменчивость прозрачности вод в шельфовых и глубоководных районах Черного моря в ХХ столетии // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. - 2013. - № 27. - С. 243-248.

14. Микаэлян А.С., Силкин В.А., Паутова Л.А. Развитие кокколитофорид в Черном море: межгодовые и многолетние изменения // Океанология. - 2011. - Т. 51, № 1. - С. 45-53.

15. Climatic variability of the sub-surface sea temperatures in the Aegean-Black Sea system and relation to meteorological forcing / H. Kontoyiannis, V. Papadopoulos, A. Kazmin, A. Zatsepin, D. Georgopoulos // Climate Dynamics. - 2012. - V. 39. - Р. 1507-1525.

Информация об авторе Information about the author

Степаньян Олег Владимирович - Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН); 344006, Россия, Ростов-на-Дону; ведущий научный сотрудник, step@ssc-ras.ru

Stepanyan Oleg Vladimirovich - Federal Research Center Southern Scientific Center of Russian Academy of Sciences (SSC RAS); 344006, Rostov-on-Don, Russia; Leading scientific researcher, step@ssc-ras.ru