Введение к работе
Актуальность работы.
Развитие сельского хозяйства, интенсификация хозяйственной деятельности прибрежных и эстуарных зон Амурского залива приводит к эвтрофикации залива, т.е. к увеличению потока биогенных элементов. Эвтрофикация обусловливает производство "избыточного" органического вещества, что в свою очередь приводит к гипоксии придонных вод. Наиболее опасными последствиями гипоксии является гибель рыб и донных сообществ, уменьшение биоразнообразия в экосистеме, закисление придонных вод.
Информация о сезонной изменчивости растворенного кислорода, параметров карбонатной системы и распределения биогенных элементов дает представление об интенсивности продукционно-деструкционных процессов, протекающих в Амурском заливе в разные сезоны, а также позволяет выявить основные причины формирования и разрушения гипоксии.
Целью работы является установление причин, приводящих к формированию и разрушению гипоксии придонных вод Амурского залива.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
изучение сезонных изменений содержания растворенного кислорода в водах Амурского залива;
изучение сезонных изменений показателей эвтрофности (содержания нитратов, аммонийного азота, фосфатов, силикатов, хлорофилла а) вод и параметров карбонатной системы (рН, общая щелочность, общий неорганический углерод, парциальное давление углекислого газа) в водах Амурского залива;
установление закономерностей формирования и разрушения гипоксии придонных вод Амурского залива.
Исходные материалы. Объектом исследования является Амурский залив Японского моря. Проанализированы имеющиеся литературные источники, касающиеся изучения содержания кислорода в Амурском заливе, начиная с 1941 г. Для установления закономерностей формирования и разрушения гипоксии были использованы материалы прецензионных полевых и камеральных работ, выполненных при участии автора в прибрежных экспедициях ТОН ДВО РАН на НИС «Малахит» в 2005-2012 гг.
Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность результатов определяется современным уровнем применявшегося аналитического оборудования и методов анализа, выбором используемых констант диссоциации угольной кислоты и алгоритмов расчета карбонатной системы. Полученные выводы не противоречат результатам и выводам других авторов, сделанных на основе экспериментальных данных.
Научная новизна результатов. В центральной части Амурского залива исследована зона пониженного содержания кислорода (гипоксии) придонных вод. Показано, что явление гипоксии носит сезонный характер. Проведена оценка площади "мертвой зоны", скорости ее формирования. Установлена связь между гидрохимическими аномалиями придонных вод Амурского залива (концентрации биогенных элементов, параметров карбонатной системы) и гипоксией. Установлено, что главной причиной формирования гипоксии является разложение "избыточной" биомассы фитопланктона, осевшей на дно залива. "Избыточная" биомасса производится в основном за счет выносов биогенных элементов водами реки Раздольной. Установлено, что влияние сточных вод г.
Владивостока на гидрохимические характеристики акватории Амурского залива проявляется только в поверхностном слое вод в период ледостава. В остальное время года влияние городских стоков не существенно влияет на распределение гидрохимических параметров. Получены сезонные распределения параметров карбонатной системы (рН, рС02, DIC, ТА), при измерении которых использовалась ячейка безжидкостного соединения и проводился учет органической щелочности.
Практическое значение работы. Данные о сезонном распределении гидрологических и гидрохимических параметров вод Амурского залива позволят усовершенствовать стратегию экологического мониторинга залива, проводимую государственными службами мониторинга. Установление основных закономерностей формирования и разрушения зон гипоксии в центральной части Амурского залива, позволяет сделать практические рекомендации по уменьшению действия факторов, приводящих к гипоксии. К таким рекомендациям можно отнести укрепление и охрану прибрежной полосы берегов Амурского залива и реки Раздольной от эрозии грунта. Это могло бы привести к увеличению прозрачности воды, к увеличению толщины фотического слоя и к уменьшению вероятности формирования гипоксии.
Защищаемые положения
гипоксия, аномалии параметров карбонатной системы и биогенных элементов наблюдаются у дна в центральной части Амурского залива, они носят сезонный характер: начинают формироваться весной и разрушаются в осенне-зимний период;
причиной формирования придонной гипоксии и гидрохимических аномалий является микробиологическая деструкция "избыточной" биомассы оседающего на дно фитопланктона при условии вертикальной стратификации вод и низкой интенсивности фотосинтетически активной радиации; причиной разрушения гипоксии является осенний апвеллинг и зимняя конвекция;
гипоксия и гидрохимические аномалии занимают порядка 60 км или 6 % общей площади акватории Амурского залива; они существуют около трёх месяцев; средняя скорость биохимического потребления кислорода при формировании гипоксии - 10 мкмоль/(кг сутки).
Личный вклад автора. Автор участвовал в экспедициях, проводил отбор проб воды. Измерял в пробах воды рН, соленость. Проводил расчеты параметров карбонатной системы. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами. Все необходимые расчеты и оценки сделаны автором лично. Анализ и интерпретация полученных результатов проведены при непосредственном участии автора.
Автор выражает признательность сотрудникам института: науч. руководителю -Звалинскому В.И., Волковой Т. П., Колтунову A.M., Лобанову В.Б., Михайлик Т.А., Недашковскому А.П., Павловой Г.Ю., Сагалаеву С.Г., Семкину П.Ю., Сергееву А.Ф., Тищенко П.Я., Ходоренко Н.Д., Чичкину Р.В., Швецовой М.Г., Шкирниковой Е.М. за помощь и внимание к работе.
Апробация работы. Основные результаты исследований, обобщенных в диссертации, были представлены на конференциях регионального и международного уровня: конференции молодых ученых Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН «Океанологические исследования» (Владивосток, 2008, 2009), конференция молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего востока России» (Владивосток, 2008, 2010), третья Международная научно-практическая конференция «Морские прибрежные экосистемы.
Водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» (Владивосток, 2008); Beyond observations to achieving understanding and forecasting in a changing North Pacific: Forward to the FUTURE. North Pacific Marine Science Organization. Seventeenth (Dalian, People's Republic of China, 2008); III и IV Международный экологический форум «Природа без границ» (Владивосток, 2008, 2009); 8th International Carbon Dioxide Conference (Jena, Germany, 2009); Первая региональная конференция «Океанографические условия залива Петра Великого» (Владивосток, 2012).
Публикации. Результаты исследований отражены в 11 печатных работах, из них 4 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 166 страницах, включая список литературы из 129 наименований, 50 иллюстраций, 3 таблиц.