Окислительно-восстановительные условия донных отложений и характеристики макрозообентоса бухт Круглой и Казачьей (г. Севастополь)
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Аннотация
Отсутствие системного и экологически рационального подхода при эксплуатации бухт Севастопольского региона (бухт Круглой и Казачьей) привело к значительному их загрязнению. Комбинация ряда естественных и антропогенных факторов обусловила ухудшение условий существования бентосных сообществ. Целью данной работы было провести комплексные исследования экосистем бухт Круглой и Казачьей для изучения особенностей формирования окислительно-восстановительных условий в донных отложениях и придонном слое вод, а также их влияния на характеристики макрозообентоса. Пробы донных отложений отбирал водолаз трубками из оргстекла, герметично закрываемыми сверху и снизу, что позволило сохранить тонкую структуру донных отложений и придонного слоя вод. Для изучения бентосных сообществ в этом же месте отбирали пробы с помощью ручного пробоотборника. Для получения химического состава поровых вод с высоким вертикальным разрешением использовали полярографический метод анализа. Расчёт потока кислорода на границе и в верхней части донных отложений выполняли по данным вертикального профиля концентрации кислорода в поровых водах и геохимического анализа, используя уравнение для первого закона Фика с учётом градиента концентраций и молекулярной диффузии кислорода в поровых водах. Для анализа бентосного материала применяли стандартные гидробиологические методы. При расчёте значений индекса разнообразия Шеннона (H’) использовали логарифм по основанию 2. Анализ полученных данных показал, что высокий уровень антропогенного воздействия и ограниченная динамика вод привели к заиливанию донных отложений исследуемых акваторий, что затрудняло поступление кислорода в них, а накопление в осадках органического углерода обусловили активное его расходование. Стратификация водной толщи за счёт ограниченного водообмена, высокая температура придонного слоя вод, сопровождающаяся снижением растворимости кислорода, и мелкодисперсный характер донных отложений способствовали тому, что скорость поступления кислорода была меньше скорости его потребления на окисление органического вещества; это сопровождалось развитием зон дефицита кислорода и появлением восстановленных соединений, в частности сероводорода. Отмечено, что в верхнем слое донных отложений преобладали субкислородные условия, ниже — анаэробные. Это привело к тому, что основными формами макрозообентоса являлись виды, толерантные к дефициту кислорода и к загрязнению органическими веществами. Так, на некоторых участках бухты Казачьей присутствовали только полихеты. При этом отмечено, что в районе выхода из бухты Круглой интенсивная динамика вод и морфологические особенности дна способствуют насыщению верхнего слоя отложений кислородом. На основании данных о концентрации кислорода в поверхностном (0–5 мм) слое осадка (в поровых водах), а также данных о геохимических характеристиках (влажность, пористость) донных отложений рассчитан поток кислорода на ст. 4 (бухта Солёная); его величина составила 0,73 М·м−2·год−1. Принимая в расчёт концентрацию кислорода в придонном слое вод (259 мкМ), можно сказать, что время развития аноксии с учётом только биогеохимических процессов составляет около 5 месяцев. Таким образом, можно предположить, что экосистемы бухт Круглой и Казачьей находятся в стадии деградации. Дальнейшая их эксплуатация без выработанного комплексного и рационального подхода приведёт к критическому ухудшению их экосистем — к появлению и распространению зон экологического риска, что снизит рекреационную и социально-экономическую привлекательность данных районов.
Авторы
Библиографические ссылки
Берлинский Н. А., Гаркавая Г. П., Богатова Ю. И. Проблемы антропогенного эвтрофирования и развития гипоксии в северо-западной части Чёрного моря // Экология моря. 2003. Вып. 63. С. 17–22. [Berlinsky N. A., Garkavaya G. P., Bogatova J. I. Anthropogenic eutrophication problems and hypoxia development in the northwestern part of the Black Sea. Ekologiya morya, 2003, iss. 63, pp. 17–22. (in Russ.)]
Волков И. И. Химические элементы в толще глубоководных осадков Чёрного моря // Исследования по химии моря. Москва : Наука, 1973. С. 148–171. (Труды Института океанологии им. П. П. Ширшова ; т. 63). [Volkov I. I. Khimicheskie elementy v tolshche glubokovodnykh osadkov Chernogo morya. In: Issledovaniya po khimii morya. Moscow : Nauka, 1973, pp. 148–171. (Trudy Instituta okeanologii im. P. P. Shirshova ; vol. 63). (in Russ.)]
Заика В. Е., Коновалов С. К., Сергеева Н. Г. Локальные и сезонные явления гипоксии на дне севастопольских бухт и их влияние на макробентос // Морской экологический журнал. 2011. Т. 10, № 3. С. 15–25. [Zaika V. E., Konovalov S. K., Sergeeva N. G. The events of local and seasonal hypoxia at the bottom of the Sevastopol bays and their influence on macrobenthos. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2011, vol. 10, no. 3, pp. 15–25. (in Russ.)]
Игнатьева О. Г., Овсяный Е. И., Романов А. С., Коновалов С. К., Орехова Н. А. Оценка состояния карбонатной системы вод и изменения содержания органического углерода в донных осадках Севастопольской бухты по данным наблюдений за 1998–2005 годы // Морской гидрофизический журнал. 2008. № 2. С. 57–66. [Ignat’yeva O. G., Ovsyanyi E. I., Romanov A. S., Konovalov S. K., Orekhova N. A. Analysis of state of the carbonate system of waters and variations of the content of organic carbon in bottom sediments of the Sevastopol Bay in 1998–2005. Morskoi gidrofizicheskii zhurnal, 2008, no. 2, pp. 57–66. (in Russ.)]
Куфтаркова Е. А., Ковригина Н. П., Родионова Н. Ю. Гидрохимический режим района, прилегающего к бухте Омега, и факторы, его формирующие // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа : сб. науч. тр. / Мор. гидрофиз. ин-т. Севастополь, 1999. С. 175–189. [Kuftarkova E. A., Kovrigina N. P., Rodionova N. Yu. Gidrokhimicheskii rezhim raiona, prilegayushchego k bukhte Omega, i faktory, ego formiruyushchie. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa : sb. nauch. tr. / Mor. gidrofiz. in-t. Sevastopol, 1999, pp. 175–189. (in Russ.)]
Куфтаркова Е. А., Родионова Н. Ю., Губанов В. И., Бобко Н. И. Гидрохимическая характеристика отдельных бухт Севастопольского взморья // Труды Южного научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии. 2008. № 46. С. 110–117. [Kuftarkova E. A., Rodionova N. Yu., Gubanov V. I., Bobko N. I. Hydrochemical characteristics of several bays of Sevastopol coast. Trudy Yuzhnogo nauchno-issledovatel’skogo instituta rybnogo khozyaistva i okeanografii, 2008. no. 46, pp. 110–117. (in Russ.)]
Лосовская Г. В. Об индикаторных и толерантных видах полихет (на примере Северо-Западной части Чёрного моря) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. Вып. 25, т. 1. С. 327–334. [Losovskaya G. V. On indicator and tolerant species of polychaetes (in the northwestern Black Sea). Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2011, iss. 25, vol. 1, pp. 327–334. (in Russ.)]
Люцарев С. В. Определение органического углерода в морских донных отложениях методом сухого сожжения // Океанология. 1986. Т. 26, № 4. С. 704–708. [Ljutsarev S. V. The determination of organic carbon in the sea bottom sediments by means of dry oxidation. Okeanologiya, 1986, vol. 26, no. 4, pp. 704–708. (in Russ.)]
Макаров М. В. Таксоцен Mollusca в эпифитоне морской травы Zostera sp. в акватории бухты Казачья (Чёрное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. № 3. С. 92–97. [Makarov M. V. The taxon of molluscs in epyphiton marine grass Zostera sp. in the Kazachya Bay (the Black Sea). Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon morya, 2018, no. 3, pp. 92–97. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2018-3-92-97
Макаров М. В. Современное состояние малакофауны рыхлых грунтов в вершинной части бухты Казачьей (Чёрное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 1. С. 119–130. [Makarov M. V. The current state of malacofauna at soft bottoms in the Kazachya Bay head (the Black Sea). Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon morya, 2020, no. 1, pp. 119–130. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2020-1-119-130
Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Экологическая характеристика бухты Казачьей (Черное море) // Экология моря. 2002. Вып. 61. С. 85–89. [Mironov O. G., Kirukhina L. N., Alyomov S. V. Ecological characteristic of Kazachya Bay (the Black Sea). Ekologiya morya, 2002, iss. 61, pp. 85–89. (in Russ.)]
Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Санитарно-биологические аспекты экологии севастопольских бухт в XX веке. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. 185 с. [Mironov O. G., Kirjukhina L. N., Alyomov S. V. Sanitary-Biological Aspects of the Sevastopol Bays Ecology in XX Century. Sevastopol : EKOSI-Gidrofizika, 2003, 185 p. (in Russ.)]
Миронова Н. В., Панкеева Т. В. Пространственное распределение запасов макрофитов в бухте Круглой (Чёрное море) // Экосистемы. 2019. Вып. 19 (49). С. 16–26. [Mironova N. V., Pankeeva T. V. The spatial distribution of stock of macrophytes in Kruglaya Bay (the Black Sea). Ekosistemy, 2019, iss. 19 (49), pp. 16–26. (in Russ.)]
Митропольский А. Ю., Безбородов А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Чёрного моря. Киев : Наукова думка, 1982. 144 с. [Mitropol’skii A. Yu., Bezborodov A. A., Ovsyanyi E. I. Geokhimiya Chernogo morya. Kyiv : Naukova dumka, 1982, 144 p. (in Russ.)]
Нейман А. А., Карпинский М. Г. Влияние на бентос трофических отношений в шельфовом сообществе: трофическая структура и воздействие выедания // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2013. Т. 6, № 4. С. 368–387. [Neyman A. A., Karpinsky M. G. Influence of trophic relations in the shelf communities on benthos: Trophic structure and the effects of grazing pressure. Journal of Siberian Federal University. Biology, 2013, vol. 6, iss. 4, pp. 368–387. (in Russ.)]
Овсяный Е. И., Орехова Н. А. Накопление органического вещества в донных отложениях бухты Казачья (Чёрное море) как следствие антропогенной нагрузки // Метеорология и гидрология. 2019. № 5. С. 85–93. [Ovsyanyi E. I., Orekhova N. A. Accumulation of organic carbon in bottom sediments of the Kazach’ya Bay (the Black Sea) resulting from anthropogenic load. Meteorologiya i gidrologiya, 2019, no. 5, pp. 85–93. (in Russ.)]
Орехова Н. А., Овсяный Е. И., Тихонова Е. А. Органическое вещество и окислительно-восстановительные условия в донных отложениях Балаклавской бухты // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2019a. Т. 5 (71), № 3. С. 49–64. [Orekhova N. A., Ovsyanyi E. I., Tikhonova E. A. Organic carbon and redox conditions in bottom sediments of the Balaklava Bay. Uchenye zapiski Krymskogo federal’nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya, 2019a, vol. 5 (71), no. 3, pp. 49–64. (in Russ.)]
Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сероводород в верхнем слое донных отложений Чёрного моря // Система Чёрного моря. Москва : Научный мир, 2018a. С. 542–559. [Orekhova N. A., Konovalov S. K. Oxygen and hydrogen sulfide in the upper layer of the Black Sea bottom sediments. In: The Black Sea System. Moscow : Nauchnyi mir, 2018a, pp. 542–559. (in Russ.)]
Определитель фауны Чёрного и Азовского морей. Свободноживущие беспозвоночные. Киев : Наукова думка, 1968. Т. 1. 437 с. [Opredelitel’ fauny Chernogo i Azovskogo morei. Svobodnozhivushchie bespozvonochnye. Kyiv : Naukova dumka, 1968, vol. 1, 437 p. (in Russ.)]
Определитель фауны Чёрного и Азовского морей. Свободноживущие беспозвоночные. Киев : Наукова думка, 1969. Т. 2. 536 с. [Opredelitel’ fauny Chernogo i Azovskogo morei. Svobodnozhivushchie bespozvonochnye. Kyiv : Naukova dumka, 1969, vol. 2, 536 p. (in Russ.)]
Определитель фауны Чёрного и Азовского морей. Свободноживущие беспозвоночные. Киев : Наукова думка, 1972. Т. 3. 340 с. [Opredelitel’ fauny Chernogo i Azovskogo morei. Svobodnozhivushchie bespozvonochnye. Kyiv : Naukova dumka, 1972, vol. 3, 340 p. (in Russ.)]
Панкеева Т. В., Миронова Н. В., Новиков Б. А. Картографирование донной растительности бухты Круглая (г. Севастополь, Чёрное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. Вып. 3. С. 61–71. [Pankeeva T. V., Mironova N. V., Novikov B. A. Mapping of bottom vegetation of Kruglaya Bay (the Black Sea, Sevastopol). Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon morya, 2019, iss. 3, pp. 61–71. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2019-3-61-71
Розанов А. Г., Волков И. И. Донные осадки Кандалакшского залива Белого моря: марганцевый феномен // Геохимия. 2009. № 10. С. 1067–1085. [Rozanov A. G., Volkov I. I. Bottom sediments of Kandalaksha Bay in the White Sea: The phenomenon of Mn. Geokhimiya, 2009, no. 10, pp. 1067–1085. (in Russ.)]
Санитарно-биологические исследования в прибрежной акватории региона Севастополя / под ред. О. Г. Миронова ; ИнБЮМ НАН Украины. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 192 с. [Sanitary-Biological Investigations in Coastal Area of Sevastopol Region / O. G. Mironov (Ed.) ; InBYuM NAN Ukrainy. Sevastopol : EKOSI-Gidrofizika, 2009, 192 p. (in Russ.)]
Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале XXI века / под ред. О. Г. Миронова, С. В. Алёмова ; Институт морских биологических исследований имени А. О. Ковалевского РАН. Симферополь : АРИАЛ, 2018. 276 с. [Sanitary and Biological Studies of the South-Western Crimea Coastal Waters at the Beginning of XXI Century / O. G. Mironov, S. V. Alyomov (Eds) ; Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS. Simferopol : ARIAL, 2018, 276 p. (in Russ.)]
Соловьёва О. В., Тихонова Е. А., Клименко Т. Л., Скрыпник Г. В., Вотинова Т. В. Органические вещества донных отложений в условиях урбанизации побережья // Океанология. 2019. Т. 59, № 2. С. 234–242. [Soloveva O. V., Tikhonova E. A., Klimenko T. L., Skrupnik G. V., Votinova T. V. Organic substances of sea bottom sediments in conditions of the coast urbanization (for example Kazachiya Bay, the Black Sea). Okeanologiya, 2019, vol. 59, no. 2, pp. 234–242. (in Russ.)]. https://doi.org/10.31857/S0030-1574592234-242
Тихонова Е. А. Исследование накопления и выведения нефтяных углеводородов моллюсками Abra segmentum в экспериментальных условиях // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: біологія. 2010. № 3 (44). С. 280–282. [Tikhonova E. A. Issledovanie nakopleniya i vyvedeniya neftyanykh uglevodorodov mollyuskami Abra segmentum v eksperimental’nykh usloviyakh. Naukovi zapysky Ternopilskoho natsionalnoho pedahohichnoho universytetu imeni Volodymyra Hnatiuka. Seriia: biolohiia, 2010, no. 3 (44), pp. 280–282. (in Russ.)]
Тихонова Е. А., Алёмов С. В. Характеристика донных осадков и макрозообентоса б. Казачья в первой декаде XXI века // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. Вып. 26, т. 1. С. 88–94. [Tikhonova E. A., Alyomov S. V. The characteristics of bottom sediments and macrozoobenthos of the Kazachya Bay in the first decade of the XXI century. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2012, iss. 26, vol. 1, pp. 88–94. (in Russ.)]
Тихонова Е. А., Рубцова С. И. Процессы накопления и выведения нефтяных углеводородов двустворчатыми моллюсками в экспериментальных условиях // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: біологія. 2012. № 2 (51). С. 280–282. [Tikhonova E. A., Rubtsova S. I. Protsessy nakopleniya i vyvedeniya neftyanykh uglevodorodov dvustvorchatymi mollyuskami v eksperimental’nykh usloviyakh. Naukovi zapysky Ternopilskoho natsionalnoho pedahohichnoho universytetu imeni Volodymyra Hnatiuka. Seriia: biolohiia, 2012, no. 2 (51), pp. 280–282. (in Russ.)]
Химия океана. Геохимия донных осадков / под ред. И. И. Волкова. Москва : Наука, 1979. Т. 2. 536 с. [Khimiya okeana. Geokhimiya donnykh osadkov / I. I. Volkov (Ed.). Moscow : Nauka, 1979, vol. 2, 536 p. (in Russ.)]
Belan T. A., Moshchenko A. V. Pollution indicator species in the communities of soft bottom macrozoobenthos in Amursky Bay (Peter the Great Bay, Sea of Japan). In: Ecological Studies and the State of the Ecosystem of Amursky Bay and the Estuarine Zone of the Razdolnaya River (Sea of Japan). Vladivostok : Dal’nauka, 2009, vol. 2, pp. 147–172.
Brendel P. J., Luther G. W. Development of a gold amalgam voltammetric microelectrode for the determination of dissolved Fe, Mn, O2, and S(–II) in porewaters of marine and freshwater sediments. Environmental Science & Technology, 1995, vol. 29, iss. 3, pp. 751–761. https://doi.org/10.1021/es00003a024
Cabral H., Fonseca V., Sousa T., Costa Leal M. Synergistic effects of climate change and marine pollution: An overlooked interaction in coastal and estuarine areas. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2019, vol. 16, iss. 15, art. no. 2737 (17 p.). https://doi.org/10.3390/ijerph16152737
Dean H. K. The use of polychaetes (Annelida) as indicator species of marine pollution: A review. Revista de Biologia Tropical, 2008, vol. 56, suppl. 4, pp. 11–38.
Ducrotoy J.-P. Threats to the coastal zone. In: Coastal Wiki : [site]. 2021. URL: http://www.coastalwiki.org/wiki/Threats_to_the_coastal_zone [accessed: 27.10.2021].
Harley C. D. G., Hughes A. R., Hultgren K. M, Miner B. G., Sorte C. J. B., Thornber C. S., Rodriguez L. F., Tomanek L., Williams S. L. The impacts of climate change in coastal marine systems. Ecology Letters, 2006, vol. 9, no. 2. pp. 228–241. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2005.00871.x
Hyacinthe C., Anschutz P., Carbonel P., Jouanneau J.-M., Jorissen F. J. Early diagenetic processes in the muddy sediments of the Bay of Biscay. Marine Geology, 2001, vol. 177, iss. 1–2, pp. 111–128. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(01)00127-X
Meysman F. J. R., Middelburg J. J., Herman P. M. J., Herman P. M. J., Heip C. H. R. Reactive transport in surface sediments. I. Model complexity and software quality. Computers & Geosciences, 2003, vol. 29, iss. 3, pp. 291–300. http://dx.doi.org/10.1016/S0098-3004(03)00006-2
Orekhova N. A., Konovalov S. K. Polarography of the bottom sediments in the Sevastopol Bay. Physical Oceanography, 2009, vol. 19, no. 2, pp. 111–123. https://doi.org/10.1007/S11110-009-9038-6
Orekhova N. A., Konovalov S. K. Oxygen and sulfides in bottom sediments of the coastal Sevastopol region of Crimea. Oceanology, 2018b, vol. 58, no. 5, pp. 679–688. https://doi.org/10.1134/S0001437018050107
Orekhova N. A., Konovalov S. K., Medvedev E. V. Features of inorganic carbon regional balance in marine ecosystems under anthropogenic pressure. Physical Oceanography, 2019b, vol. 26, iss. 3, pp. 225–235. https://doi.org/10.22449/1573-160X-2019-3-225-235
Osadchaya N. S., Ovsyanyi E. I., Kemp R., Romanov A. S., Ignatieva O. G. Organic carbon and oil hydrocarbons in bottom sediments of Sevastopol Bay (the Black Sea). Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2003, vol. 2, no. 2, pp. 94–101.
Rabalais N. N., Turner R. E., Díaz R. J., Justić D. Global change and eutrophication of coastal waters. ICES Journal of Marine Science, 2009, vol. 66, iss. 7, pp. 1528–1537. https://doi.org/10.1093/icesjms/fsp047
Water Framework Directive Intercalibration Technical Report. Part 3: Coastal and Transitional Waters / A. Carletti, A. S. Heiskanen (Eds). Luxembourg : Office for official publications of the European communities, 2009, 240 p. (JRC Scientific and Technical Reports.) http://dx.doi.org/10.2788/19561
