РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Дальневосточное отделение

Федеральное государственное бюджетное учреждение наук

и

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева

На правах рукописи

Тищенко Пётр Павлович

СЕЗОННАЯ ГИПОКСИЯ АМУРСКОГО ЗАЛИВА

Специальность 25.00.28 – океанология

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук Владивосток 2013

Работа выполнена в Федеральном бюджетном учреждении науки Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Звалинский Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор географических наук Шулькин Владимир Маркович (ТИГ ДВО РАН) доктор географических наук Плотников Владимир Викторович (ТОИ ДВО РАН)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Защита состоится 25 октября 2013 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 005.017.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанском океанологическом институте им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43.

Факс: (423) 231-25- E-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН Отзывы просим присылать в 2-х экземплярах с заверенной подписью по адресу:

690041 Владивосток, ул. Балтийская 43, ТОИ ДВО РАН, приемная Автореферат разослан 24 сентября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук Храпченков Фёдор Фомич

Общая характеристика работы

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 ТОИ 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, рСО2, DIC, TA), 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 км2 или 6 % общей площади акватории Амурского залива; они существуют около трёх месяцев; средняя скорость биохимического потребления кислорода при формировании гипоксии - 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. И., Колтунову А.М., 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 Сarbon 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 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.

В первой главе подробно рассмотрен район исследований, показаны общие характеристики и выявлены региональные особенности гидрологического и гидрохимического режимов акватории Амурского залива. Проведен анализ степени изученности кислородного режима. Первой работой, в которой содержится информация о концентрации О2 в Амурском заливе, является публикация П.П. Воронкова (1941), основанная на данных экспедиции К.М. Дерюгина в 1933-1934 гг. В этой работе автор отмечает понижение содержания кислорода в придонном слое вод залива в летний сезон.

Минимум содержания кислорода в придонном слое вод центральной части Амурского залива также был установлен рядом авторов (Е.И. Ластовецкий, В.М. Вещева, 1964; Н.П.

Родионов (1984); Н.Ф.Подорванова и др., (1989); З.П. Редковская, (1989)).

В ранних работах большинство авторов склонялось к мнению о том, что низкие концентрации кислорода для летнего периода обусловлены как понижением растворимости кислорода с повышением температуры, так и окислением органического вещества, но при этом природа органического вещества не уточнялась. В более поздних работах авторы определенно высказываются в пользу того, что ухудшение кислородного режима в Амурском заливе обусловлено в основном загрязнением органическим веществом сточных вод г. Владивостока (Родионов, 1984; Вейдеман и др., 2001;

Огородникова, 2001; Нигматулина, 2005). Однако в этих работах собственно гидрохимических измерений (кроме кислорода) не проводилось, как не проводились измерения органического вещества и его идентификация.

Авторы подробных гидрохимических съемок отмечали, что на станциях с существенно пониженным содержанием кислорода в среде наблюдались повышенные содержания фосфатов и силикатов (Ластовецкий, Вещева 1964; Подорванова и др., 1989).

Однако причины таких совпадений по существу не объяснялись. Более того, в работе Н.Ф. Подорвановой с соавторами (1989) эти совпадения вообще не обсуждаются, ограничиваясь только представлением самих фактов наблюдений.

Карты, представленные в работах Е.И. Ластовецкого, В.М. Вещевой (1964) и В.А.

Лучина с соавторами (2005), не позволяют установить наличие областей с «определенными аномалиями» гидрохимических параметров. В настоящее время трудно сказать с определенностью, почему такие области не были выявлены ранее. Не исключено, что в прошедшие десятилетия такие области просто не существовали или существовали, но короткое время, поэтому их местоположение не было установлено.

Следует также отметить, что карты, построенные для «средних» величин гидрохимических параметров поверхностного и придонного горизонтов, искажают реальную картину гидрохимического режима вод залива.

Другие работы, относящиеся к теме диссертации, носят эпизодический характер – это или съемки какого-либо отдельного параметра, или наблюдения на отдельно взятой станции, которые не могут дать сведений для понимания закономерностей формирования и пространственного распределения гидрохимического режима вод акватории Амурского залива, в частности, понимания природы «ухудшения»

кислородного режима Амурского залива.

Существование аномальных зон гидрохимических, продукционных параметров и параметров карбонатной системы, а также гипоксии, было установлено нами в экспедициях в августе 2005 г. (Звалинский и др., 2008; Тищенко П.П., 2007) и в августе 2007 г. (Тищенко П.Я. и др., 2008).

Рис. 1. Изменение минимальной степени насыщения кислородом придонных вод Амурского залива за период 1934 – 2012 гг. (1 – Воронков, 1941; 2 – Ластовецкий, Вещева, 1964; 3, 4, 6 – Редковская, 1989; 5 – Родионов, 1984; 7 – Подорванова и др., 1989;

8 – 2005 и более поздние годы – данные лаб. гидрохимии ТОИ).

Из литературных данных нами был получен ясный межгодовой тренд уменьшения минимального содержания кислорода в придонном слое вод Амурского залива в летний сезон (рис. 1). Как видно из рис.1, с 1934 по 2012 гг. произошло уменьшение содержания О2 в 35 раз (Звалинский и др., 2012).

Во второй главе представлено описание используемых в работе материалов и методик исследований. Для изучения гидрохимического и кислородного режимов в различные сезоны проводился отбор проб воды на следующие гидрохимические параметры: соленость, рН, общую щелочность, концентрацию кислорода, главные биогенные элементы (силикаты, фосфаты, нитраты, аммоний), гумусовое вещество, хлорофилл а. Измерялась глубина видимости диска Секки. На каждой станции проводилось СТD-зондирование профилографами RBR XR-620 или SBE 19plus, оснащенными датчиками температуры, электропроводности, флуоресценции хлорофилла и мутности. Пробы воды в день отбора доставлялись в лабораторию, где ряд измерений (рН, кислород, фильтрация на хлорофилл) проводились в день отбора, другие измерения были выполнены на следующий день. Из результатов измерений рН, общей щелочности и концентрации гумусового вещества рассчитывались значения парциального давления углекислого газа (pCO2), растворенного неорганического углерода (DIC) и pHin situ. Также в работе приведены результаты обработки данных заякоренной придонной гидрохимической станции Water Quality Monitor (WQM), установленной в Амурском заливе у дна в зоне гипоксии в период с мая по сентябрь 2011 г. С помощью оптического малоинерционного датчика кислорода в 2012 г. были получены вертикальные профили кислорода. На основе данных WQM оценены скорости формирования гипоксии и биохимического потребления кислорода.

В третьей главе представлена пространственно-временная изменчивость гидрологических и гидрохимических параметров в поверхностном и придонном слоях вод Амурского залива в 2008 г. Зимний сезон характеризуется пересыщением вод по отношению к кислороду, высокими значениями рН и низким содержанием в воде биогенных элементов и малыми величинами рСО2. Отмечается влияние сточных вод г.

Владивостока на величину и распределение гидрохимических характеристик водной среды Амурского залива. В мае в водах залива наблюдается уменьшение концентраций кислорода, рост содержания биогенных элементов, увеличение рСО2 и понижение рН в придонном слое вод. В августе в центральной части Амурского залива в районе понижения рельефа дна сформирована гипоксия придонных вод залива. Также в этом районе отмечается высокое содержание фосфатов, силикатов, аммония, высокие величины рСО2 и минимальные значения рН. В октябре воды, подверженные гипоксии, оказываются вытесненными на северное мелководье, в центральной части Амурского залива происходит восстановление кислородного баланса придонных вод. Вместе с зоной гипоксии разрушаются зоны аномалий гидрохимических параметров. Помимо этого, в октябре придонный слой вод обогащается нитратами в результате адвекции япономорских вод, которая обусловлена осенним апвеллингом. Также в главе представлена сезонная изменчивость гидрологических параметров и содержания хлорофилла а на разрезах, проведенных через область гипоксии. В летний сезон на глубине 12-15 м существуют максимальные градиенты хлорофилла, приуроченные к максимальным градиентам плотности воды. Эти глубины нами рассматриваются как нижняя граница фотического слоя. Они согласуются с оценками, полученными из результатов видимости диска Секки. Вертикальный разрез кислорода (август 2012 г.), пересекающий область гипоксии, указывает на тот факт, что верхняя граница гипоксии (76 мкмоль/кг) соответствует горизонтам 15-17 м в центральной части залива и поднимается в северной части до 12 м (рис. 2). Также из рис. 2 следует, что формирование гипоксии происходит на границе раздела вода/дно.

Рис. 2. Распределение растворенного кислорода в Амурском заливе в августе 2012 г., измеренного с использованием безынерционного оптического датчика RINKO серии ARO-USB (Япония): а – в придонном слое, б – на разрезе. Сплошная линия соответствует критической концентрации кислорода 76 мкмоль/кг.

В четвертой главе проводится обсуждение результатов гидрохимических исследований Амурского залива, проводимых в период 2005 - 2012 гг.

Отмечается, что аномально низкие содержания кислорода в летний сезон приурочены к областям понижения рельефа дна севернее Муравьевского порога (рис. 3).

Рис. 3. Распределение концентрации кислорода (мкмоль/кг) в придонном слое вод Амурского залива (а – август 2007 г., б – август 2008 г.).

К основным характеристикам гипоксии следует отнести ее сезонный характер, скорость формирования, длительность существования и площадь акватории залива.

Показано, что скорости изъятия кислорода, рассчитанные по результатам единичных сезонных съемок 2008 г., имеют высокую сходимость со среднемесячными результатами измерений придонной станции WQM в 2011 г. Следовательно, результаты единичных сезонных гидрохимических съемок достаточно хорошо характеризуют изменчивость кислородных условий в Амурском заливе (Таблица 1).

Таблица 1. Средняя скорость изменения содержания кислорода в придонном слое вод Амурского залива в области гипоксии в 2008 и в 2011 гг.

Результаты измерений станции WQM показали, что продолжительность состояния гипоксии в 2011 году составила 93 дня (рис. 4). Как следует из рис. 4, формирование и разрушение гипоксии не было монотонным процессом: в мае наблюдалось резкое падение содержания кислорода, а в сентябре – столь же резкое его увеличение.

Сопоставление изменчивости содержания кислорода, температуры и солености во времени показывает, что в период от мая до середины августа 2011 г. в район нахождения WQM происходил заток теплых вод пониженной солености, который рассматривается нами как даунвеллинг. По-видимому, даунвеллинг обусловлен сочетанием двух процессов – нагонами вод в залив южными ветрами и повышенным стоком реки Раздольной, оба процесса создают повышенный уровень воды в северной акватории залива. На начальном этапе наблюдений скорость изъятия кислорода превышает скорость его поступления с приходящими водами. Из данных WQM, следует, что средняя скорость формирования гипоксии составляет 7 мкмоль/(кг·сут). На основе балансной модели была рассчитана скорость биохимического потребления кислорода (БПК).

В основе модельных представлений лежит допущение, что концентрация кислорода в точке наблюдения определяется только двумя процессами: а) скоростью БПК (VБПК); б) скоростью вентиляции вод (Vвент):

Vобщ - общая скорость изменения концентрации кислорода в точке наблюдения (скорость формирования гипоксии). Общий ход скорости изменения кислорода был получен из эмпирической зависимости содержания кислорода от времени (рис. 4а):

Vобщ / мкмоль кг 1 сут1 = 10.0674·108 t 5 + 23.457·106 t 4 19.041104 t 3 + + 5.7474·102 t 2 8.98886·102 t 16. Здесь t – время в сутках. В настоящее время скорость биохимического потребления кислорода подавляющим большинством исследователей рассматривается как реакция первого порядка (например, Mason et al., 2006; Sullivan et al, 2010; Green and Ward, 2011):

Предположив, что переходная стадия (между началом наблюдений и стационарным состоянием) подчиняется экспоненциальному закону, то уравнение для скорости вентиляции можно записать в следующей форме:

При достижении концентрации кислорода некоторой стационарной величины (см.

рис. 4а) справедливо соотношение:

Рис. 4. Временная изменчивость гидрологических параметров в области гипоксии по данным WQM: а - растворенный кислород; б – температура; в – соленость. Пунктиром отмечен верхний уровень гипоксии. (76 мкмоль/кг).

Тогда суммарная скорость Vобщ изменения концентрации кислорода представляется соотношением:

Использование эмпирического временного ряда для скорости изменения кислорода (2) и уравнения (6) позволило методом наименьших квадратов оценить величины констант скоростей k1 и k2, а также параметра b: k1=0.1225 сут-1; k2=0.143 сут-1; b=24. мкмоль·кг-1·сут-1. Сравнение общей скорости изменения кислорода, Vобщ, полученной из непосредственных наблюдений (соотношение 2), и рассчитанной Vобщ по уравнению (6) с использованием найденных значений констант скоростей k1, k2 и параметра b, показало, что они достаточно хорошо согласуются между собой (рис. 5). Средняя величина скорости БПК составила 10 мкмоль/(кг·сут). Разрушается гипоксия быстро, за время менее 10 дней при адвекции в сентябре в залив холодных, соленых, обогащенных кислородом япономорских вод, что является результатом осеннего апвеллинга (рис. 4).

V, мкмоль/(кг сут) Рис. 5. Временная изменчивость скоростей изменения концентрации кислорода в воде: 1- общая скорость, рассчитанная по уравнению 2; 2 - общая скорость, рассчитанная из модели, по уравнению 6; 3 – скорость биохимического окисления органического вещества, уравнение 3; скорость вентиляции вод, уравнение 4.

Средняя площадь акватории залива, подверженная гипоксии, с содержанием кислорода 76 мкмоль/кг и менее, по результатам единовременных гидрохимических съемок 2007, 2008 и 2012 гг. составляет около 60 км2 или 6 % от общей площади акватории Амурского залива. Область низкого содержания кислорода приурочена к понижению рельефа в северной части залива. Для центральной акватории залива верхняя граница залегания гипоксии располагается на глубине 15-17 м. Эта граница поднимается до 11 м в северной части залива, что связано с уменьшением прозрачности вод в данном районе. В течение теплого сезона гипоксия может временно разрушаться под воздействием сгонно-нагонных ветров и восстанавливаться при уменьшении этого воздействия.

Причины формирования гипоксии устанавливаются из всей совокупности гидрохимических данных. Летние наблюдения 2007 и 2008 гг. указывают, что в области гипоксии обнаруживаются аномально высокие концентрации главных биогенных элементов – аммония, фосфатов и силикатов, а также аномально высокие значения рСО (рис. 6).

Рис. 6. Пространственное распределение параметров среды в придонной воде Амурского залива в августе 2007 года: а – содержание аммония (мкмоль/кг); б – фосфатов (мкмоль/кг); в – силикатов (мкмоль/кг); г – парциального давления углекислого газа (мкатм).

Совокупность этих фактов позволяет утверждать, что окисляемым органическим веществом, приводящим к гипоксии, является биомасса фитопланктона. А высокое содержание силикатов свидетельствует о том, что такой биомассой является преимущественно биомасса диатомей.

Очевидно, что причина формирования гипоксии и аномалий гидрохимических параметров в придонных водах залива является один и тот же процесс – микробиологическое окисление осевшей на дно “избыточной” (не утилизированной гетеротрофными организмами) биомассы диатомовых водорослей. Диатомовые водоросли являются доминирующим видом фитопланктона (Коновалова, 1972; Стоник, Орлова, 1998). Взвешенное окисляемое органическое вещество, в основном, не является веществом сточных вод г. Владивостока. Образование ”избыточной” биомассы фитопланктона обусловлено в первую очередь интенсивной поставкой биогенных элементов в фотический слой, что и вызывает ”цветение” фитопланктона. Источниками, поставляющими биогенные элементы в фотический слой залива, являются выносы р.

Раздольной и коммунально-бытовые стоки г. Владивостока. Действительно, зимой в период ледостава в местах выноса сточных вод и в приустьевой зоне р. Раздольной наблюдаются высокие концентрации биогенных элементов и хлорофилла. Однако в другие сезоны, области повышенных концентраций биогенных элементов в местах выноса сточных вод г. Владивостока заметно не проявляются. В отсутствии ледового покрова биогенные элементы более интенсивно утилизируются фитопланктоном, и ветровое перемешивание препятствует формированию аномалий в поверхностном слое залива.

Сезонные исследования хлорофилла указывают на то, что ”избыточная” биомасса формируется практически по всей акватории залива во все сезоны. Однако гипоксия и гидрохимические аномалии имеют временные и пространственные ограничения. Эта особенность объясняется двумя основными причинами. Во-первых, в летний сезон в области понижения рельефа дна создаются условия для слабой динамики вод. Такой “застой” вод обусловлен летним муссоном и циклоническим круговоротом вод в Амурском заливе, который укрепляет плотностную стратификацию. Во-вторых, глубина придонных вод в области депрессии соответствует 15-20 м, что ниже границы фотического слоя (нижняя граница - 10-12 м), где фотосинтез невозможен, и поэтому невозможна регенерация кислорода.

Причины разрушения гипоксии обусловлены действием внетропической муссонной циркуляции и зимней конвекцией. Наиболее важным проявлением внетропического муссона является создание условия для возникновения осеннего Приморского апвеллинга (Жабин и др., 1993; Звалинский и др., 2006; Юрасов и др., 2007; Зуенко, 2008). Подъем холодных кислородосодержащих вод с повышенной соленостью из открытой части Японского моря на шельф залива Петра Великого и последующая адвекция этих вод в Амурский залив является первой стадией разрушения гипоксии придонных вод залива. Об этом свидетельствуют данные октябрьской съемки 2008 г., которые указывают на увеличение концентрации кислорода, солености и нитрат-ионов в придонных водах залива. В то время как происходит понижение температуры придонных вод до 3 – 6 оС, температура поверхностного слоя сохраняется на уровне 13.0-13.5 оС.

Существование в придонном горизонте концентраций нитрат-ионов, достигающих мкмоль/л, указывает на то, что вода в Амурский залив пришла с глубин 250 – 300 м, поскольку именно этим глубинам соответствуют такие концентрации нитратов в Японском море (Talley et al., 2004). Однако процесс разрушения гипоксии не заканчивается апвеллингом. Следующей важной стадией разрушения гипоксии является зимнее охлаждение поверхностных вод залива, вызывающее ледообразование и зимнюю конвекцию всей водной толщи залива. Фотосинтез подо льдом, в сочетании с зимней конвекцией, приводит к чрезвычайно важным результатам. Во-первых, происходит пересыщение всей водной толщи залива кислородом по отношению к атмосферной величине и недосыщение по отношению к углекислому газу. Во-вторых, повышенные концентрации биогенных элементов придонного слоя вод благодаря конвекции вовлекаются в продукционные процессы. Несмотря на то, что лед существенно снижает ФАР, увеличение прозрачности воды подо льдом приводит к тому, что толщина фотического слоя залива становится сравнимой с глубиной залива.

Тенденции развития экосистемы Амурского залива кратко обсуждаются в диссертации, главным образом, на основе литературных данных. Отмечается, что при всей неопределенности используемых аналитических методов, времени и места отбора, конкретной метеорологической и гидродинамической ситуации в заливе, межгодовой тренд минимальных концентраций кислорода, показанный на рис. 1, отражает реальные изменения в экосистеме залива. Важнейшей причиной негативной тенденции, на наш взгляд, было распахивание целинных и залежных земель Приморского края в конце 50-х – середине 60-х годов. Следующим этапом была интенсивная химизация сельского хозяйства в период 60–80 гг. (вносились минеральные удобрения, гербициды и пестициды). Эти два фактора увеличивали потоки биогенных элементов в водотоки Приморья, в том числе в р. Раздольную. Третьим этапом является резкая автомобилизация жителей г. Владивостока в 2000-е годы. Поскольку в среднем автомобиль выбрасывает около 6 кг двуокиси азота в год, то 300 000 автомобилей жителей г. Владивостока продуцируют поток двуокиси азота, сравнимый с потоком азота, поставляемым сточными водами г. Владивостока. Косвенным подтверждением высказанного выше мнения могут служить результаты изучения концентрации органического вещества в донных отложениях Амурского залива (Аксентов, 2013), согласно которым концентрация органического углерода в донных отложениях залива существенно стала возрастать с 60-х годов прошлого века. Высказанные выше возможные причины негативной тенденции развития экосистемы залива носят не региональный, а глобальный характер, поскольку в указанные периоды времени они проявлялись в той или иной степени во всех ”цивилизованных” странах. Производство удобрений и сжигание топлива (рост числа ТЭЦ, автотранспорта, ж/д транспорта, нефтехимического производства) изменяет химический состав атмосферы (Boesch, 2002;

Rabalais, et al., 2009; Zhang et al., 2010). Резкое увеличение окислов азота и фосфора в почве и атмосфере приводит к глобальной эвтрофикации планеты. Экспоненциальный рост числа прибрежных водоемов, подверженных гипоксии на планете, R.J. Diaz и R.

Rosenberg (2008) также связывают с глобальной эвтрофикацией. Этот процесс затронул и дальневосточный регион. Таким образом, установленная сезонная гипоксия не является неким обособленным явлением и, скорее всего, представляет собой результат синергизма региональных и глобальных факторов.

Выводы 1. В результате проведения гидрологических и гидрохимических съемок в различные сезоны в период с 2005 по 2012 гг. на акватории Амурского залива установлены местоположение и продолжительность гипоксии, которая располагается в области депрессии рельефа дна, севернее Муравьевского порога. Гипоксия имеет сезонный характер: она начинается ранней весной (март), достигает максимального развития в августе и начинает разрушаться осенью (в сентябре).

2. Одновременно с формированием зоны гипоксии формируются зоны аномально высоких концентраций главных биогенных элементов, общего неорганического углерода и аномально высоких значений рСО2. Зоны аномальных значений гидрохимических параметров, параметров карбонатной системы и зона гипоксии пространственно расположены в одной и той же области – области депрессии рельефа дна севернее Муравьевского порога.

3. Формирование гипоксии и аномалий всех наблюдаемых гидрохимических параметров среды обусловлено одним и тем же явлением – окислением оседающей на дно «избыточной» биомассы преимущественно диатомовых микроводорослей, которая создается цветением этих водорослей во все сезоны вследствие эвтрофикации акватории Амурского залива. Формирование аномалий непосредственно не связано с окислением взвешенных форм органического вещества сточных вод г. Владивостока или вод р.

Раздольной, как считалось ранее.

4. Условиями формирования гипоксии в Амурском заливе являются установление вертикальной стратификации вод, слабый их горизонтальный и вертикальный обмен при низкой интенсивности ФАР у дна. Основным механизмом разрушения гипоксии является осенний апвеллинг вод Японского моря на шельф залива Петра Великого, с последующей адвекцией этих во в Амурский залив.

5. Зимняя конвекция окончательно разрушает гипоксию, сформированную в весеннелетний период. Увеличение прозрачности воды подо льдом приводит к увеличению первичной продукции, что, в свою очередь, приводит к пересыщению водной толщи залива растворенным кислородом и недосыщению вод залива растворенным углекислым газом.

6. Влияние сточных вод г. Владивостока на величину и распределение исследованных характеристик водной среды Амурского залива заметно проявляется только в период ледостава; в остальные сезоны на обоих горизонтах влияние этих стоков проявляется слабо и на ограниченном участке акватории.

7. Тренд понижения содержания кислорода в Амурском заливе за последние 80 лет обусловлен синергизмом региональных условий и глобальных процессов, связанных с “взрывным” развитием сельского хозяйства, химической индустрии и сжиганием топлива.

Основные публикации по теме диссертации Звалинский В.И., Тищенко П.П., Михайлик Т.А., Тищенко П.Я. Эвтрофикация Амурского залива // Современное экологическое состояние залива Петра Великого Японского моря: монография / отв. ред. Н.К. Христофорова. – Владивосток:

Издательский дом Дальневост. федерал. ун-та, 2012. С. 76-113.

Звалинский В.И., Тищенко П.П., Тищенко П.Я., Лобанов В.Б., Сагалаев С.Г.,Швецова М.Г., Волкова Т.И., Сергеев А.Ф., Пропп Л.Н. Гидрохимические и продукционные параметры на Акватории Амурского залива в период паводка реки Раздольной в августе 2005 года // Современное состояние и тенденции измерения природной среды залива Петра Великого Японского моря. М.: ГЕОС. 2008. С. 199Тищенко П.П., Тищенко П.Я.. Звалинский В.И., Сергеев А.Ф. Карбонатная система Амурского залива (Японское море) в условиях гипоксии // Океанология. 2011. Т. 51.

Тищенко П.Я., Михайлик Т.А., Тищенко П.П., Швецова М.Г., Шкирникова Е.М., Колтунов А.М., Сергеев А.Ф., Звалинский В.И. Особенности гидрохимических характеристик вод Амурского залива в июле 2008 г // Вода: химия и экология. 2013.

Тищенко П.Я., Тищенко П.П., Звалинский В.И., Шкирникова Е.М., Чичкин Р.В., Лобанов В.Б. Карбонатная система Амурского залива (Японское море) летом 2005 г. // Изв. ТИНРО. 2006. Т. 146. C. 235-255.

Тищенко П.Я., Сергеев А.Ф., Лобанов В.Б., Звалинский В.И., Колтунов А.М., Михайлик Т.А., Тищенко П.П., Швецова М.Г. Гипоксия придонных вод Амурского залива // Вестник ДВО РАН. 2008. №6. C. 115-125.

7. Лобанов В.Б., Тищенко П.Я., Сергеев A.Ф., ЗвалинскийВ.И., Горин И.А., Гуленко Т.А., Колтунов А.М., Михайлик Т.А., Сагалаев С.Г., Тищенко П.П., Швецова М.Г.

Сезонная гипоксия и вентиляция вод Амурского залива // Природа без границ. Мат-лы IV Международного экологического форума. Владивосток, 6-8 октября 2009г.

http://www.priroda.primorsky.ru/content/?s=1799.

8. Тищенко П.Я., Сергеев А.Ф., Лобанов В.Б., Звалинский В.И., Колтунов А.М., Михайлик Т.А, Тищенко П.П., Швецова М.Г. Гидрохимические аномалии в придонном слое вод Амурского залива в августе 2007г. // Третья Международная научно-практическая конференция «Морские прибрежные экосистемы. Водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». Владивосток.2008. с.209.

9. Тищенко П.Я., Звалинский В.И., Лобанов В.Б., Сергеев А.Ф., Колтунов А.М., Михайлик Т.А., Тищенко П.П., Швецова М.Г. Основные факторы ухудшения экологического состояния Амурского залива (по результатам наблюдений ТОИ ДВО РАН 2005-2008гг.) // Природа без границ. Мат-лы III Международного экологического форума. Владивосток, 12-13 ноября 2008г. Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета. 2009.С 126-128.

10.Petr P. Tishchenko, Pavel Ya. Tishchenko, Alexey M. Koltunov Peculiarities in distribution parameters of the carbonate system of Amurskiy Bay (East/Japan Sea) during summer 2007 // Beyond observations to achieving understanding and forecasting in a changing North Pacific: Forward to the FUTURE. North Pacific Marine Science Organization. Seventeenth Annual Meeting. Program abstracts, Oct. 24 – Nov. 2, 2008.

Dalian, People’s Republic of China, 2008. P. 19-20.

11.Tishchenko Р.Ya., Tishchenko P.P., Zvalinsky V.I., Lobanov V.B., Sergeev A.F., Sagalaev S.G., Shvetsova M.G. Carbonate system of Amursky Bay under seasonal hypoxia // 8th International сarbon Dioxide Conference, Jena, Germany, 13-19 September 2009. Germany, 2009.

в ТОИ ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская,