Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ литературных и архивных данных по экологии шельфа залива Петра Великого 7
1.1. Океанографические и гидрохимические характеристики 7
1.2. Гидробиологические характеристики пелагических и донных сообществ 14
1.3. Классификация и общая характеристика загрязняющих веществ 22
1.4. Источники химического загрязнение вод и донных отложений залива 27
Глава 2. Материалы и методы 28
2.1. Полевые методы исследований 29
2.2. Лабораторные методы исследований 29
2.3. Статистические методы анализа 29
Глава 3. Загрязнение донных осадков и характеристики бентоса на отдельных акваториях залива Петра Великого 36
3.1. Бухта Золотой Рог 36
3.2. Амурский залив 38
3.3. Уссурийский залив 47
3.4. Залив Стрелок и бухта Рифовая 54
3.5. Залив Находка 63
3.6. Залив Посьета 67
3.7. Акватория от устья реки Туманной до острова Фуругельма 79
Глава 4. Особенности обилия и видового состава бентоса в условиях загрязнения 86
4.1. Особенности количественных характеристик бентоса 86
4.2. Особенности видового состава бентоса 94
Глава 5. Виды-индикаторы загрязнения 95
5.1. Позитивные индикаторы загрязнения 95
5.2. Негативные индикаторы загрязнения 108
Выводы 121
Литература 124
Приложение 137
- Гидробиологические характеристики пелагических и донных сообществ
- Статистические методы анализа
- Акватория от устья реки Туманной до острова Фуругельма
- Особенности количественных характеристик бентоса
Гидробиологические характеристики пелагических и донных сообществ
Зал. Петра Великого, благодаря географическому положению на стыке умеренной и субтропической зон, характеризуется высоким видовым богатством и разнообразием растительного и животного мира. Общее число классов морских животных в заливе достигает 73. В заливе обитает свыше 225 видов многоклеточных водорослей, 2000 видов беспозвоночных животных, 278 видов рыб (Жирмунский и др., 1976).
Побережье залива издавна служило местом деятельности крупной по своим масштабам добычи беспозвоночных и рыб. В 50-х годах основными объектами промысла являлись гребешок, мидия и трепанг (Кизеветтер, 1962). В последние годы в здесь добывают трепанга, морского ежа, искусственно разводят ламинарию, гребешка и мидию (Арзамасцев, 2000; Крупнова и др., 2000). Вместе с тем, развитие рыболовства и судоходства, а также различных отраслей промышленности привело к существенному загрязнению морских вод и донных отложений, что неблагоприятно отразилось на состоянии гидробионтов.
История гидробиологических исследований зал. Петра Великого насчитывает более 70 лет. К настоящему моменту хорошо изучены все основные звенья прибрежных экосистем залива, характерные черты и особенности которых представлены ниже.
Установлено, что видовой состав фитопланктона залива складывается в основном из диатомовых и перидиниевых водорослей (Коновалова, 1982а,б). Число видов фитопланктона может меняться от сезона к сезону, достигая в сентябре-октябре необыкновенного разнообразия форм. К основным видам фитопланктона прибрежной части залива могут быть отнесены следующие: Sceletonema costatum, Nitzchia seriata, Dinobrion balticum, Thalassionema nitzchioides, Chaetoceros decipiens.
В течение всего года в фитоцене преобладают неритические виды. Сезонные изменения численности и биомассы фитопланктона, 72-88% которой составляют диатомовые, характеризуются тремя максимумами - зимним или зимне-весенним, летним и осенним. Наиболее выраженным является зимний максимум. В период зимнего и осеннего "цветения" создается 70-90% годовой суммарной биомассы фитопланктона. Средняя же величина биомассы для залива составляет 35-230 мг С/м3, увеличиваясь в периоды "цветения" до 10-20 г С/м и уменьшаясь весной (апрель-май) и поздней осенью (ноябрь) до 20-80 мг С/м (Коновалова, 1974, 1980, 1982 а,б; Селина, 1988).
Максимальные величины первичной продукции, которые могут достигать 1093 мг С/м в день на поверхности и до 10.46 г С/м в день в столбе воды, отмечены в средней части Амурского зал. в июле (Конушев, 1975; Рассашко, 1974). В Уссурийском зал. эти величины несколько ниже, максимум продукции на поверхности в июне составлял 952 мг С/м3 в день (Конушев, 1975).
Приведенные данные по фитопланктону свидетельствуют, что Уссурийский зал. соответствует эвтрофному типу вод, акватория Амурского зал. в целом относится к высоко-эвтрофным, хотя отдельные участки акватории залива занимают промежуточное положение между экстремально-эвтрофным и эвтрофным типом. К высоко-эвтрофному типу относятся воды зал. Находка. Зал. Восток, а также открытые части перечисленных заливов характеризуются как умеренно-эвтрофные (Биология океана, 1977; Стоник и др., 1995).
В последние годы появился ряд работ, связанных с явлением "красного прилива" (Жирмунский и др., 1982; Симакова и др., 1990). Почти ежегодно весной вдоль берегов отдельных районов залива отмечаются небольшие бледно-розовые "приливы", вызванные скоплением ночесветки Noctiluca miliaris, плотность которой достигает 100 кл/л. В октябре 1987 г. в Амурском зал. "красный прилив", окрасивший прибрежные воды в кирпично-красный цвет, был вызван массовым развитием рафидиевой водоросли Chatonella sp. Максимальные величины плотности и биомассы этого вида достигали 15 млн. кл/л и 11 г/м , соответственно. Обильному развитию видов, вызывающих явление "красного прилива", возможно, способствует высокий уровень эвтрофикации вод залива и другие антропогенные нарушения. Так, появлению Chatonella sp. в массовом количестве сопутствовало развитие других видов-показателей эвтрофикации S. costatum, С. decipiens и др. (Симакова и др., 1990). Что же касается N. miliaris, то по мнению некоторых авторов (Микулич и др., 1975), она является обычным представителем фитопланктона зал. Петра Великого. Впервые этот вид был обнаружен в 1909 г. в б. Золотой Рог, а в 1967 г. и в 1971-1974 гг. встречался по всей акватории Амурского зал., достигая массового развития в летний период.
В 1988-1990 гг. основную массу перидиниевых водорослей в Амурском зал. составляли: Gimnodinium nagasakiensis, вызвавший "красный прилив" в 1988 г. (в исследуемом районе впервые отмечен в этом же году), Gyrodinium aureolum, Glenodinium pilula, Prorocentrus micans (Отчет о НИР, 1991). Представителей родов Gyrodinium, Glenodinium, Prorocentrus непосредственно связывают с явлением токсичных "красных приливов" в прибрежных водах Японии и Гонконга (Norton, 1989).
Рассматривая состояние фитоцена Амурского зал. за 1980-1990 гг., следует отметить появление все более частых и мощных "цветений" фитопланктона, вызываемых массовым развитием следующих видов: S. costatum, N. seriata, R. fragilissima, отнесенных японскими исследователями к экстремально эвтрофным и эвтрофным видам (Imada et al., 1980). В конце 80-х годов появилась тенденция к увеличению количественных показателей для крупной R. fragilissima и, следовательно, к увеличению общей биомассы фитопланктона в летний период (Отчет о НИР, 1991; Tkalin et al., 1993). Если изменения в видовом составе фитопланктона пока не столь значительны, то изменение его количественных характеристик за 1980-1990 гг. весьма существенны (табл. 1.1). Так, на одной из станций в Амурском зал. близ м. Фирсова биомасса и плотность водорослей в 1990 г. увеличились по сравнению с 1980 г. в 4.7 и 15 раз, соответственно. Особенно мощное "цветение" фитопланктона наблюдалось в 1988 г., биомасса которого достигала 7411 мг/м (табл. 1.1). Подобная тенденция отмечена и для акваторий б. Золотой Рог и Уссурийского зал. (Отчет о НИР, 1991; Tkalin et al., 1993).
Анализ изменения скорости продуцирования органического вещества фитопланктоном показал, что за период с 1981 по 1990 гг. в Амурском зал. наблюдалось значительное увеличение среднегодового значения первичной продукции от 393 мг С/м3 в 1981 г. до 850 мг С/м3 в 1990 г. (Отчет о НИР, 1991).
Таким образом, имеющиеся данные (Отчет о НИР, 1991; Tkalin et al., 1993; Orlova et al., 1996; Stonik et al., 1999) свидетельствуют об изменениях количественных и качественных характеристик фитопланктона заливов Амурский и Уссурийский за период 1980-1990 гг., которые выражаются в следующем: - увеличении скорости образования первичной продукции; - резком увеличении биомассы фитопланктона; - появлении все более частых и обильных "цветений" микроводорослей.
Статистические методы анализа
В токсикологическом отношении НУ менее опасны, чем ТМ. Чувствительность к ним гидробионтов на 2-3 порядка ниже, чем к вышеперечисленным зафязняющим веществам (Нельсон-Смит, 1977; Эколого-токсикологические аспекты ..., 1985). Тем не менее, результаты экспериментальных и полевых наблюдений свидетельствуют о выраженных и устойчивых нарушениях бентосных сообществ в условиях хронического нефтяного загрязнения. Кроме токсичности нефть обладает свойством изменять механическую и химическую полезность субстрата для бентоса. Так, например, 1 мг НУ способен уменьшить содержание растворенного кислорода в придонном слое на 0.1 мл/л (Обзорная информация, 1986). Следует отметить, что морские организмы являются более чувствительными к высоким уровням нефти в водной толще, чем в осадке. Воздействие НУ на морские организмы подразделяется на два вида. Первый - эффект наружного (механического) воздействия, что оказывают высокомолекулярные водонерастворимые соединения нефти, которые прилипают к защитным покровам гидробионтов. Второй вид - непосредственно токсическое воздействие водорастворимых углеводородов, которые попадая в организм, нарушают в нем обмен веществ. Ряд токсичности НУ выглядит следующим образом:
Наиболее токсичными соединениями в водных экстрактах нефти являются полиароматические углеводороды (ПАУ). Однако они присутствуют в незначительных количествах в зафязненных нефтью донных отложениях, благодаря высокой летучести и скорости дефадации данных углеводородов. Нафталины в осадке увеличивают его токсичность, поскольку они менее подвержены испарению и разложению (Нельсон-Смит, 1977; Обзорная информация, 1986; Влияние нефти..., 1985). При оценке токсичных свойств нефти для морских организмов необходимо иметь в виду, что биологическое воздействие нефти зависит от следующих факторов: - химического состава нефти; - количества нефти; - длительности воздействия; - видов организмов; - естественных факторов морской среды - температуры, солености, освещенности, содержания растворенного кислорода, органического углерода и других веществ. По сообщению С.А.Патина (1997), минимальные концентрации НУ в донных осадках, при которых биологические эффекты отсутствуют, либо проявляются в виде первичных обратимых реакций, лежат в диапазоне 0.01-0.10 мг/г. Этот диапазон можно рассматривать как область допустимых концентраций НУ, аккумулируемых в донных отложениях.
Специалисты США и Канады на основе обширных данных по биологическим параметрам и факторам антропогенного происхождения выявили диапазоны концентраций ряда загрязняющих веществ в донных осадках, вызывающих редукцию видового богатства и уменьшения обилия бентоса на побережье США и Канады (Long et al., 1995; Boyd et al., 1998). В сводной таблице 1.3 приведены диапазоны минимальных действующих (МДК) и наиболее вероятных действующих концентраций (ВДК), вызывающих негативные изменения в морских донных организмах на основе данных многочисленных исследователей (Обзорная информация, 1986; Long et al., 1995; Патин, 1997; Boyd et al., 1998).
Загрязнение акватории зал. Петра Великого происходит вследствие сбросов неочищенных сточных вод промышленных предприятий, населенных пунктов, с судов, а также с сельскохозяйственных угодий. Наибольшая часть промышленных и бытовых стоков поступает от г. Владивосток и Находка.
Одним из источников загрязнения зал. Петра Великого является захоронение материалов дночерпания. В 1985 г. был запрещен дампинг загрязненных грунтов (вынутых при проведении дноуглубительных работ в б. Золотой Рог) в Амурском зал., который действовал в течение нескольких десятков лет.
В 1981-1983 гг., из всего объема сбрасываемых загрязненных грунтов в дальневосточные моря более половины (около 800 тыс. м ) приходилось на акваторию зал. Петра Великого (Отчет о НИР, 1983). Средний объем сброса грунтов в конце 80-х годов составлял около 350 тыс. м (Ткалин и др., 1990).
Одним из главных источников загрязнения морской среды вблизи г. Владивосток и Находка являются муниципальные и промышленные сточные воды, речной сток, сброс материалов дночерпания, судоходство (Tkalin et al., 1986). Так, например, в 1990 г. на акваторию близ Владивостока поступило около 446000 кубических метров сточных вод, из них 18% без всякой очистки. Со сточными водами в зал. Петра Великого поступило около 19000 тонн взвешенных веществ, 373 тонны НУ, 51 тонна детергентов, 50 тонн железа и около 10 тонн других ТМ. С речным стоком поступило 36000 тонн взвешенного вещества, 2363 тонны аммония, 212 тонн НУ, 85 тонн минерального фосфора. Вследствие этого большой ущерб биоресурсам залива, в особенности Амурского, наносит заиление грунтов. Из приносимых в вершину Амурского зал. взвешенных веществ 80% попадает со стоком р. Раздольной (Ткалин и др., 1990).
Исходными материалами послужили сборы макрозообентоса и донных отложений на акваториях зал. Петра Великого: в бухтах Золотой Рог, Находка, Разбойник, Рифовая, в заливах Амурский, Уссурийский, Находка, Стрелок, Посьета, а также на акватории от устья р. Туманной до южного участка ДВГМЗ. Время проведения экспедиций и координаты исследуемых районов приведены на рис. 2.1-2.6 и в табл. 2.1.
На каждой станции отбирали не менее двух проб грунта дночерпателем ван-Вина (площадь захвата 0.11 м ). Проба считалась удовлетворительной, если поверхностный слой не был нарушен. На палубе из поверхностного слоя донных осадков изымалось около 50 г грунта для последующего анализа на содержание НУ и ТМ. Грунт, предназначенный для биологического анализа, промывался через сито с ячеей 1 мм. Организмы бентоса перекладывались в пластиковые емкости и фиксировались 4% буферным раствором формальдегида. Последующая обработка проб проводилась на берегу.
Акватория от устья реки Туманной до острова Фуругельма
Максимальная величина плотности поселения бентоса отмечена на станции, расположенной на выходе из б. Находка (1200 экз/м ), несколько меньшее значение плотности поселение зарегистрировано в районе устья р. Партизанской (1148 экз/м ), в б. Врангеля и в центральной части залива аналогичные характеристики составляли 80 и 120 экз/м2, соответственно (табл. 3.8).
Состав донного населения вблизи наиболее загрязненной акватории залива б. Находка сформирован тремя группами организмов: полихетами, имеющими самые высокие показатели (82.4% от биомассы и 97.0% от плотности поселения всего бентоса), двустворчатыми и брюхоногими моллюсками. Полихеты представлены девятью видами - 77г. pacifica (доминирующий вид), Ch. setosa (субдоминантный вид), С, cirratus, С. capitata, Lumbrineris sp., L. cirrata, Mediomastus calijbrniensis, Sigambra bassi, Polynoidae gen. sp. Двустворчатые моллюски, составляющие всего 3.3% от общей биомассы и 2% от плотности поселения бентоса, представлены четырьмя видами С. californiense, Th. lubrica, R. pulchella, M. incongrua. Доля двух видов брюхоногих моллюсков по биомассе и плотности была небольшой — 12.5% и 0.7%, соответственно.
По данным исследований 1995 г., в б. Находка выявлены два донных сообщества. Одно из них, представленное исключительно полихетой С. capitata, расположено в кутовой части бухты, другое с доминантом полихетой Th. pacifica, максимальная величина плотность поселения которой превышала 20000 экз/м2, занимает оставшийся участок дна.
На акватории вблизи устья р. Партизанской найдены представители семи групп бентоса: брюхоногие моллюски, офиуры, полихеты, форониды (доминирующая группа), немертины и единично представленные кумовые и десятиногие раки. Брюхоногие моллюски, показатели которых по биомассе и плотности поселения бентоса невелики (табл. 3.8), представлены двумя видами Philine sp. и С. janthostoma. Офиуры, составляющие 6.3% от биомассы и 1.2% от плотности поселения, представлены одним видом A. fissa. На семь видов полихет (Th. pacifica, С. cirratus, S. armiger, Lumbrineris sp., S. inflatum, M. californiensis, Magelona longicornis) приходилось 16.0% биомассы и 78.9% общей плотности поселения бентоса. Форониды, имеющие самую большую долю от общей биомассы (74.3%), представлены одним видом Ph. harmeri. По результатам наблюдений, выполненных в 1995 г., на исследуемой акватории выделены две группировки: одна с доминирующим видом форонид Ph. harmeri, другая - с полихетой Lumbrineris sp.
В центральной части залива донное население представлено двустворчатыми моллюсками, доминирующими по биомассе (73.5%), офиурами, полихетами, доминирующими по величине плотности поселения (80%), и немертинами. Полихеты представлены десятью видами, двустворчатые моллюски и офиуры - двумя видами, одним видом были представлены немертины. Как показали результаты анализа, в 1995 г. в центральной части залива выделялись два сообщества: A. fissa + S. armiger и Serripes groenlandicus.
В б. Врангеля качественный состав бентоса был очень беден и представлен полихетами (59.8% биомассы и 90% плотности поселения), офиурами и немертинами. Было найдено пять видов полихет, по одному виду офиур и немертин. Согласно результатам, в 1995 г. в б. Врангеля выделено сообщество полихеты L. cirrata.
Данные исследований 1994-1995 гг. показывают, что среди четырех наиболее полно изученных акваторий, б. Находка выделялась максимальным уровнем загрязнения. Здесь отмечено минимальное число видов и групп бентоса, но самые высокие величины плотности поселения животных. Основа биомассы бентоса формируется за счет массового развития полихеты 77г. pacifica. Этот вывод подтверждается наблюдением ряда исследователей (Kasyanov et al., 1996; Naumov, 1996). Индекс видового разнообразия на выходе из б. Находка не превышал 1.7.
Донные осадки вблизи устья р. Партизанской характеризовались массовым развитием форонид. Преобладание в сообществах бентоса форонид обычно связывают с поступлением больших количеств растворенного органического вещества (Тарасов, 1978; Chang et al., 1992), что, вероятно, имеет место и в данном случае. Повышенное содержание кремнекислоты вблизи устья р. Партизанской (1760 мкг/л) свидетельствует о значительном влиянии речного стока на гидрохимические и гидробиологические характеристики данной акватории (Отчет о НИР, 1992; Chavtur et al., 1996; Корн, 1999). Индекс видового разнообразия на этом участке оказался даже ниже, чем в б. Находка (1.6).
В б. Врангеля выявлено снижение биомассы бентоса по сравнению с 1989 г. (Отчет о НИР, 1990), а на одной из станций отмечена массовая гибель донных животных. В 1989 г. средняя величина биомассы бентоса составляла 209.5 г/м2, а экологическое состояние акватории оценивалось как относительно благополучное. В.В. Гульбин с соавторами (Гульбин и др., 1998) на основе результатов экспедиции в 1995 г. также отмечают резкое снижение биомассы бентоса, которое связывают с перестройкой структуры донных сообществ в следствие проведения дноуглубительных работ. Индекс Шеннона для данной акватории достигал 2.2.
В центральной части зал. Находка, благодаря обилию двустворчатых моллюсков, зарегистрированы самые высокие значения биомассы бентоса и индекса видового разнообразия (Н=3.5).
Особенности количественных характеристик бентоса
Согласно сообщению авторов (Кочемасов, 1990; Moschenko et al., 1999), в районе котловины происходит поступление и оседание мелкодисперсного материала из лагуны, а также со стоком р. Туманной, несущей загрязняющие вещества. На указанных участках обнаружены скопления многощетинковых червей, не встречавшихся ранее в столь значительных количествах. В приустьевой зоне обнаружено скопление полихет вида Th. pacifica, в районе котловины - D. cardalia.
Анализ материалов, приведенных в настоящей главе позволяет сделать следующие выводы: 1. Самыми загрязненными акваториями зал. Петра Великого в исследуемый период являлись б. Золотой Рог, восточная часть Амурского зал., бухты Находка и Разбойник. Этот вывод соответствует данным (Ткалин и др., 1990; Tkalin et al., 1996), согласно которым концентрации ТМ и НУ в донных осадках указанных акваторий характерны для высоко загрязненных индустриальных районов и во много раз превышают фоновые уровни. В б. Золотой Рог и в восточной части Амурского зал. близ зоны дампинга грунта содержание практически всех поллютантов превышали ВДК. В бухтах Находка и Разбойник содержание НУ и ТМ находилось на уровне, превышающем МДК. 2. Зона дампинга грунтов у восточного берега о. Русский благодаря активной придонной динамики вод и сравнительно небольшому сроку эксплуатации не являлась высоко загрязненной. Исключение составлял центр зоны сброса грунтов, где содержание ТМ и НУ в донных осадках очень велико и превышало как фоновые концентрации, так и ВДК. Содержание ТМ в донных отложениях на остальной акватории Уссурийского зал., также как в открытой части зал. Стрелок, ниже, чем в умеренно загрязненных зонах северо-западной Пацифики (Tkalin et al., 1996), однако содержание НУ повсеместно превышало МДК. 3. Б. Рифовая характеризовалась низким содержанием ТМ и НУ в донных осадках, что характерно для относительно «чистых» районов, однако содержание НУ находилось в диапазоне МДК. 4. Зал. Посьета относится к мало загрязненным акваториям, хотя отдельные участки загрязнены НУ (б. Троицы) и ТМ (бухты Экспедиции и Новгородская). В бухтах Экспедиции и Новгородская содержание никеля и кадмия находилось в диапазоне МДК. В б. Троицы содержание НУ превышало МДК и соответствовало умеренному загрязнению осадков. 5. Акватория от устья р. Туманной до о. Фуругельма также относится к мало загрязненным. Концентрации НУ и ТМ в грунтах невелики, однако повышенное их содержание отмечено в приустьевой зоне и в районе котловины между б. Сивучьей и о. Фуругельма. 6. На всех относительно «чистых» исследованных акваториях содержание НУ и некоторых ТМ в донных находилось на уровне, способном оказывать начальные (обратимые) изменения в донных организмах. Изменение количественных показателей бентоса - биомассы и плотности поселения, а также его видового состава рассматривается на примере четырех наиболее загрязненных акваторий зал. Петра Великого. Более подробно анализируются Амурский зал. подверженный загрязнению бытовыми и промышленными сточными водами, а также б. Разбойник, где базируются суда Тихоокеанского военного флота. Коротко будут рассмотрены б. Золотой Рог, которая является самой загрязненной акваторией зал. Петра Великого, и б. Находка.
Концентрации НУ и ТМ в донных осадках (Си, Cd, Pb, Zn, Fe), измеренные на 26 станциях залива, обработаны методом анализа главных компонент. Эта методика позволила выделить три группы станций, соответствующие районам, с различным уровнем загрязнения (рис. 4.1). Первый район включает участок дна у м. Эгершельд, расположенный в зоне захоронения грунтов (ст. 24А). Это район экстремально-высокого загрязнения, где содержание ТМ и НУ в донных осадках превышает фоновые концентрации в 7-10 раз. Второй район охватывает акваторию, проходящую вдоль городской черты. Эта акватория занимает промежуточное положение между высоким и умеренным уровнем загрязнения. Третий район включает станции в северной и средней и южной частях залива, характеризующиеся умеренным и низким загрязнением (табл. 4.1).
Для выделенных районов были рассчитаны средние величины биомассы и плотности поселения бентоса, число обнаруженных фаунистических групп, а также величины средней плотности поселения видов бентоса.
Низкие величины средней биомассы бентоса (80-70 г/м ) наблюдаются в зоне экстремально-высокого (район I), а также в зоне высокого и умеренного загрязнения (район II). В направлении к району с умеренным и низким загрязнением (район III) биомасса увеличивается до 110 г/м . Изменение плотности поселения бентоса происходит противоположным образом (рис. 4.2).
