Органический углерод, азот и фосфор в Охотском море
Охотское море является высокопродуктивным водоемом. Отмечено, что климат и океанологический режим Охотского моря подвержены большой межгодовой изменчивости, вызывающей в свою очередь цепь изменений продуктивности различных трофических уровней как в экосистемах шельфа, так и в пелагиали (Шунтов, 1985; Богданов, наст.сб.). В связи с этим особое значение приобретает исследование органического вещества (ОВ), его пространственной и временной KI3MeHTHBOCTH.
Оценка запасов РОВ и ВОВ органического вещества позволяет судить о трофности вод и о потенциальной величине биологической продукции. Репрезентативными показателями содержания РОВ и ВОВ являются соответственно концентрации растворенного и взвешенного органического углерода (C pr: Важным показателем, характеризующим степень преобразованности первичнопродуцируемого ОВ, а также степень антропогенной нагрузки на водоем, является отношение yTAepoAa, a3OTa M dipocdpopa B. HeM (C:N:P) (Redfield et al., 1963, Takahashi T. et al., 1985, Williams P.J.LeB., 1995). Однако при этом следует иметь в виду, что для растворенного ОВ изменения этого соотношения могут быть связаны с непропорциональной недооценкой концентраций данных трех злементов.
К сожалению, работ, в которых проводилось бы непосредственное измерение С как взвешенного, так и растворенного, концентрации которого отражают концентрацию OBOxorckom море, нет. Есть только незначительное количество измерений ОВ японскими исследователями в районе тихоокеанского сектора Курильской гряды (Tanoue, 1992) и русскими исследователями в районе шельфа Восточного Сахалина. Данных же по распределению органических форм азота и фосфора для этого моря нет.
Целью настоящей работы была оценка количества ОВ в различных районах Охотского моря, его пространственной и межгодовой изменчивости как по концентрации, так и по элементарному составу.
Материалы и методы
Данные по распределению органических форм углерода, азота и фосфора в Охотском море получены в июне - августе 1992 и 1993 гг. (21-й и 24-й рейсы НИС "Академик Александр Несмеянов"), а также в августе 1994 г. (21-й рейс НИС "Академик М.Лаврентьев"). Схема станций отбора проб представлена на рис.1.
Пробы воды отбирали прицельно с помощью CTA-зонда Нейл-Браун, снабженного кассетой с двадцатью пластиковыми батометрами Нискина. Воду из батометров с каждого горизонта сливали через газ с ячеей б0 мкм (для удаления крупного сестона) в пластиковые канистры, из которых проводили фильтрацию в стеклянные колбы. Растворенный С определяли в образцах морской воды, полученных после фильтрации их через прокаленные при 480°С в течение 6 ч стекловолокнистые фильтры Whatman GF/F. M3 co6paHHoi B3Beck. BMecTec фильтром готовили гомогенаты вручном стеклянном гомогенизаторе. Гомогенат переносили в стеклянные мерные пробирки и доводили его объем дистиллированной водой до 5 мл. Гомогенаты взвеси для CNH-анализа хранили в темноте при 4°С. Измерение концентраций растворенного Сое проводили наборту судна, как правило, спустя не более двух-трех часов после отбора проб. Определение проводили двумя методами: методом мокрого сожжения под действием УФ и персульфата на AutoAnalyzer II qþHpMET "Technicon" (Collins, Williams, 1977; Technicon, 1978] H. MeToAoMAAH высокотемпературного каталитического со. - жжения (ВТКС) на приборе ТОС-500 фирмы "Shimadzu"TOC-500 "Shimadzu", 1992). Ilpaборы калибровали постандартным растворам фталата калия и глюкозы, содержащим от 42 до 833 мкМ С. Подробное описание определения растворенного С этими двумя методами
Рис.І. Схема станций.изложено в статьях А.И.Агатовой (1995; наст.сб.). Концентрацию растворенного C в 21-м рейсе определяли только на автоанализаторе "Technicon", где органический углерод Pбв окисляется под воздействием персульфата калия и ультрафиолетового облучения до СО2 и H2O [Collins, Williams, 1977], а в 1993 г. двумя методами - методом окисления УФ с персульфатом и методом BTKC.
Измерение концентраций взвешенного С методом бихроматного окисления (Stricland, Parsons, 1965) проводили на борту судна, а CNїїанализ'- на берегу.
При определении взвешенного Со методом мокрого окисления стандартную кривую (в области концентраций от 300 до 900 мкMC) строили по смеси глюкозы, БСА и РНК в соотношении 2:1:1.
Полноту окисления взвешенного Со на CNн-анализаторе проверяли постандарным раствоpaMr. Koko3b1, BCA M PHKH kix CMeck. ДGполнительной проверкои полноты определения взвешенного ОВ двумя вышеуказанными методами служила сумма основных биохимических компонентов (белка, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот), которые определяли непосредственно из тех же суспензий взвеси и органический углерод которых, как правило, составляет до 90% взвешенного органического углерода (Lee, Wakeham, 1988).
Для минерализации органического азота и фосфора пробы нефильтрованной воды сжигали по методу Королева в модификации Вольдеррама (Valderrama, 1981). Затем в них определяли валовой фосфор по методу Морфи и Райли, а валовой азот по Бендшейнеру и Робинсону на автоанализаторе АА-ПС ІСправочник, 1991]. Содержание органического азота (N.е.) и фосфора (Р) рассчитывали по разности междуваловыми и минеральными значениями их концентраций.
Концентрации взвешенного No определяли, исходя из концентраций взвешенного белка и нуклеиновых кислот (НК), принимая, что азот этих соединений составляет 16% от их концентрации. Концентрации взвешенного P рассчитывали, исходя из концентраций взвешенных НК, считая, что на фосфор приходится ff%их элементарного состава (Ленинджер, 1985). Растворенные формы этих элементов определяли по разности между концентрациями:
Nept общ. - Nop B3B. F. Nor pacTB. For общ - Po s3. F Fop раств.
В пробах взвеси, отобранных в 1993 г., Nor определяли и на CNH-анализаторе. Сопоставление полученных данных с расчетными значениями показало их идентичность в пределах ошибок определения концентраций взвешенных белка и НК.
Результаты
Об абсолютных пределах пространственных изменений концентраций элементов РОВ и ВОВ в Охотском море и прилегающих к Курильской гряде тихоокеанских водах в летний период дают представление табл.1 и 2, в которых соответственно приведены минимальные и максимальные значения их концентраций. В целом эти пределы изменений наиболее значительны в поверхностных водах. Но их диапазон заметно сужается при характеристике среднего уровня содержания элементов ОВ в Охотском море, так как наиболее высокие (низкие) концентрации, как правило, представлены мелкомасштабными локализациями. В дальнейшем при рассмотрении региональных особенностей распределения злементов РОВ и ВОВ нами особо выделяется Сахалинский залив, воды которого наиболее подвержены воздействию материкового стока.
Анализы распворенного Copr показали большую неоднородность его распределения на поверхности (рис.2).
Выделяются два крупных района с различным фоновым содержанием С ср.: северный, относительно мелководный, с концентрациями порядка 250 - 300 мкМ, и южный, относительно глубоководный район, в котором количество Со варьирует от 50 - 100 мкм на юго-востоке центральной глубоководной части моря до 200 - 250 мкM на периферии района. В Сахалинском заливе фоновое содержание растворенного C в поверхностных водах (рис.2, б) заметно выше, чем в северной части моря. Наибольшие концентрации С ор, в виде отдельных локализаций наблюдали на шельфе Восточного Сахалина с абсолютным максимумом (703 мкМ) у северо-восточной оконечности острова. Значительное повышение содержания Со втихоокеанской части Прикурильского района (до 417 мкМ) отмечали к югу от пролива Буссбль.
Большое разнообразие в концентрациях растворенного Сер, демонстрируют разрезы, сделанные от м.Евреинова до м.Елизаветы (рис.3,a), от о.Парамушир дом.Елизаветы (см. рис.3.б) и разрез от м.Хариузова до м.Евреинова (см.рис.3,в). На этих разрезах можно проследить закономерное уменьшение содержания POB отшельфа к открытой части моря.
Вертикальное распределение растворенного С также неоднородно, хотя значения по вертикали в столбе воды до 1000 м для растворенного изменяются в меньшей степени, чем погоpM3oHTaAM (pMC.4). -
Вертикальное распределение на шельфе довольно монотонно, тогда как в глубоководной части оно очень разнообразно. Как правило, на мористых станциях повсему морю наблюдали незначительное понижение концентраций растворенного С. от фотического слоя к ТПС. Однако в районе Курильской гряды во всех проливах фотический'éой содержит меньшие концентрации РОВ, чем в ХПС и ТПС. Это, вероятно, можно объяснить глубоким перемешиванием в проливах. В толще 0-1000 м (к сожалению, глубже измерений не проводили) выделены два основных
Таблица I. Содержаннерастворениых и взвешенных форм Сорт, Морти Рорт CCC LCCLLCCCL 
Рис.4. Вертикальное распределение растворенного се. Nep и P. (мкм) в Охотском море:а - на шельфе б - в районе материкового склона; в -"в глубоководных районах
типа распределения Cop. по вертикали (рис.4, в), аналогичные ранее выявленным в Беринговом море и северной части Тихого океана (Tanoue, 1993; Агатова А.И. и др., 1995). Первый тип карактеризуется равномерным распределением концентраций Copr по всему столбу 0-1000 м сколебаниями не более +70 мкM относительно концентраций в поверхностном слое. Для второго типараспределения характерно наличие двух максимумов в верхних горизонтах - подповерхностного в слое 10 - 30 м и на границе фотического слоя (40 - 70 м) и одного или двух максимумов в слое 200-600 м. Значения концентраций Сер, в нижних и верхних максимумах сопоставимы. Перепады концентраций Cор, в толще вод значительны и могут достигать 150 MKM.
Рис.5. Распределение взвешенного С (мкM) на поверхости: а - Охотское море, б - Сахалинский залив
Взвешенный Сов. В целом его распределение на поверхности моря значительно однороднее, чем растворенного Сое (рис.5. табл.1). Концентрации, определяющие фон взвешенного Со варьируют в пределах от 7 до 15 мкм. Также как и для растворенного Сор повышенные концентрации взвешенного приурочены к шельфу (до 25 мкМ). Самые высокие значения концентраций E320) Copr (до 75 мкM) мы наблюдали в период разведочного бурения на Пильтунском и Луньском нефтяных месторождениях восточного шельфа о.Сахалин.
Колебание концентраций взвешенного Cor по вертикали значительно, особенно в глубоководной части моря (рис.6). Значения могут изменяться более чем в 5 раз. Как правило, максимальные для данного района концентрации С приурочены к подповерхностным горизонтам (5 - 20 м), где максимальна и первичная продукция, и к скачку плотности на глубинах более 100 м концентрации С, уменьшаются в 2-3 раза. Следует отметить, что втпс на горизонтах с минимальными значениями кислорода концентрация Со увеличивается в 1,5 - 2 раза по сравнению с XTIC.
Рис.б. Вертикальное распределение взвешенного Сое Nee,
и Р. (мкм) в Охотском море:а - на пельфе б - в районе материкового склона, в - в
глўšоководных районах
Межгодовая изменчивость концентраций растворенного Сое проявляется не во всех районах Охотского моря. Наиболее хорошо она выражена в районах большой гидрологической активноcти (Сакалинский залив, б.Кашеварова и проливы Курильской гряды).
Межгодовая 3 MEH-BOCTE концентраций взвешенного С не отмечена. Исключением является лишь район нефтеразработок на восточном шельфе Сахалина, где в период бурения (1992 г.) концентрации Copr были в 2-3 раза выше, чем примерно через год после его окончания.
Распворенный органический азот. Призначительной неоднородности поверхностного распреAe WeHHFH N по всему морю оно в основных чертах противоположно горизонтальному распредеAEHRO pad်ဒ်ဝpeHistorō Сор. Так, в северной части моря, где высоки фоновые концентрации C器 концентрации N, относительно низкие (5 - 10 мкM). Напротив, в южной части моря, особенно
Рис.7. Распределение растворенного N (мкM) на поверхности: а-Охотское море; б - Сах:Хинский залив
в его наиболее тлубоководных районах, где ослаблен фон С концентрации 'Nops OTHOOFTEWEHO велики (10 - 25 мкМ). Абсолютный максимум растворенного"N (более 40 мкM) обнаружен также на шельфе Восточного Сахалина, но не в северо-восточной его части, как в случае с C, а на юге, вблизи м. Терпения. И только в Сахалинском заливе при общем пониженном, как и в северной части моря, фоне N, высокие концентрации Nor OTMetaFOTCA B BOAax C BICOKMM содержанием С (рис.7).
Вертикальное распределение растворенного N также как и Ср. неоднородно (рис.4.в). Для пелагиали собственно Охотского моря характернбуменьшение кондентраций N от ФС к ТПС, тогда как в районе Курильской гряды, как правило, максимальные концентрации N содержатся как в ФС, так и в ТПС. В этом районе наиболее значительны и перепады концентраций в столбе воды до 1000 м. Следует отметить, что необязательно горизонтам с максимальным содержанием С. соответствуют горизонты с максимальным содержанием Nep. (см. рис.4). Вертикальное распределение растворенного N, на шельфе тоже разнообразно (рис.4а), и трудно выделить какие-либо различия в распределении этого параметра на Камчатском и Сахалинском шельфах.
Взвешенный органический азоп. В общих чертах его поверхностное распределение соответствует полю взвешенного С (рис.8). Содержание взвешенного N, также уменьшается отшель. фа к открытой части моря, где его концентрации в основном варьируют в пределах 1 - 2 мкМ. Покоже и распределение мелкомасштабных локализаций максимальных поверхностных концентраций No Заметно выше, чем в собственно Охотском море, фоновое количество No в Сахалинском заливе с максимумом (около 6,5 мкM) так же, как и в случае с взвешенным ୪pri DIpM" уроченным к эстуарию р. Амур.
Рис.В. Распределение взвешенного N (мкм) на поверхности: а-Охотское море; б — Сахалинский залив
Изменение концентраций взвешенного N, по вертикали как на шельфе, так и в пелагиали одинаковы - максимальные величины в ФС уменьшаются в 1,5 - 3 раза с глубиной (см. рис.6). Однако на самых мелководных станциях, глубина которых не превышала 40 м, концентрации N, увеличивались от поверхности к придонному слою. В то же время, в 1992 г. в период разведочно, го бурения в водах Пильтунского месторождения концентрации в поверхностном слое были в 35 раз выше, чем в придонном, и в поверхностных водах были сопоставимы с концентрациями растворенного N. Спустя год после окончания бурения концентрации взвешенного N, в поверхностных водах не превышали 2 мкМ и на мелководье увеличивались в придонном a мoристее его концентрации уменьшались в этом слое приблизительно в 2 раза.
Межгодовая изменчивость концентраций и растворенного и взвешенного N проявляется по-разному в различных районах моря. В целом по морю можно отметить тенденцию к небольшому повышению концентраций всех форм N в фотическом слое от 1992 к 1994 гг.
Рис.9. Распределение растворенного Р (мкм) на поверхности: п. - Охотское море; б - Сахалинский залив
Распворенный органический фосфор. Распределение P на поверхности довольно однородно, концентрации в основном варьируют в пределах 0,4 - 0,6 Мкм. Высокие значения концентраций (0,8 - 1,2 мкМ) характерны для вод б.Кашеварова и тихоокеанских вод, прилегающих к Курильской гряде в районе о.Уруп. В Сахалинском заливе на большей его части концентрации Р. мало отличаются от таковых в водах собственно Охотского моря и только на выходе из залива отဖြိုးမျိုဠ်ပြီ) очаг повышенного его содержания с максимумом (более 2 мкM) для охотоморских вод
рис.Ч].
Вертикальное распределение растворенного P тоже очень неоднородно. В прибрежных водах можно наблюдать как увеличение, так и умёнышение его концентраций от поверхности к придонному слою, либо проявление подповерхностного максимума. В глубоководных районах, как правило, для P, также характерно пилообразное распределение по вертикали, как для С. и Nр. Однако максимальные значения концентраций Р. в столбе воды не всегда соответствў: ют Максимальным концентрациям C и N. здесь. Максимальные концентрации карактерны для ФС, уменьшаясь с глубиной в 2 °3 pasab целом ряде глубоководных районов, например в центральной части моря, на траверзе м.Терпения и в водах южной части Курильской гряды, где исследования проводили до глубины 1000 м, концентрации растворенного Р. уменьшались на порядок. Следует отметить, что в ХПС происходит увеличение концентраций растворенного Р, величины которых в ряде случаев достигают значений, характерных для ФС (см.рис.4,в). минймальные концентрации получены в ТПС. Интересно вертикальное распределение Р. в Сахалинском заливе. Здесь четко разделяются зоны увеличения концентраций ко дну и умёнышения. В районах, наиболее приближенных к Амурскому лиману, отмечено уменьшение содержания растворенного Pop" а на более отдаленных - увеличение.
Взвешеный органический фосфор. Фоновое содержание P в поверхностных водах собственно Охотского моря можно охарактеризовать концентрациямій о,05 - 0,10 мкм. При этом распределение имеет в известной степени пестрый карактер. Концентрации свыше 0,10 мкM наблюдаются не только на шельфах Восточного Сахалина, Камчатки, у Южных и Северных Курил, но и в центральной части моря. Поверхностные воды Сахалинского залива заметно богаче взвешенным Р. (рис.10). Максимальные концентрации, также как и в случае со взвешенным N, зафиксиB%ваны в водах ближе к эстуарию р. Амур.
Рис.10. Распределение взвешенного PDjpr (мкM) на поверхности: о - Охотское море; б - Сахалинский залив
Вертикальное распределение взвешенного P очень неоднородно. Так, в прибрежных водах может быть либо увеличение его концентрацийčї поверхности до дна, либо уменьшение, а в районах материкового склона часто можно наблюдать чередование слоев воды с высоким и низким содержанием взвешенного P для открытого моря характерно, что самые высокие концентрации находятся в ФС и постепенно уменьшаются с глубиной. Как правило, ФС содержит взвешенного Р. больше, чем ХПС, а ХПС - больше, чем ТПС (см. рис.6). Однако в ряде случаев вертикальноё распределение E33 EBELIEHHOOTO Popr носит пилообразный карактер, особенно это проявляется в водах проливов Курильской гряды.
Межгодовая изменчивость содержания органических форм фосфора в различных районах моря проявляется по-разному. Межгодовая изменчивость концентраций взвешенного Р, особенно хорошо прослеживается в водах Сахалинского залива и в районе Пильтунского MéopooးQAeния нефти. Здесь концентрации в 1992 г. были выше концентраций 1993 г. в 2-5 раз, причем концентрации растворенного Р, практически не меняются. Следует отметить только изменение тенденции в его горизонтал:ом распределении. Если в 1992 г. концентрации растворенного Р. увеличивались от берега к морю, то в 1993 г. они повышались к берегу.
Межгодовая изменчивость содержания растворенных форм Pop достаточно четко проявляется только в таких динамичных районах, как банка Кашеварова и вбды Курильской гряды. На банке Кашеварова концентрации Р. уменьшились в 1993г. по сравнению с 1992 г. в 2раза, тогда как в 1994 г. в столбе воды они были равны значениям 1992 г. В охотоморских водах, прилегающих к Курильской гряде, концентрации растворенного Р. были в 2-4 раза ниже в 1993 г., чем в 1994 г., при практически одинаковых концентрациях взвешенного Рер
Молярное опношение C/N в растворенном ОВ изменяется в очень широких пределах - от 2 - до 2500. Следует отметить, что крайние значения встречаются только в глубинных водах, а в основном в поверхностных водах эти значения лежат в диапазоне 10 - 40 (рис.11). Для открытойчастиморя прослежена тенденция уменьшения этого отношения с севера на юг от 50 до 5 в основном за счет увеличения концентраций N растворенного. Самые низкие отношения в поверхностных водах отмечены в южной части Óšiorckoro моря у Курильской гряды (3-10). Максимальные значения (выше 70) зафиксированы в северной части моря, в горле залива Шелехова. Для шельфа Западной Камчатки и восточного шельфа о.Сахалин отношения растворенных формC/N лежат в диапазоне 30 - 60.
Рис.11. Распределение отношения растворенных C и N.
на поверхности:а - Охотское море: б. - Сахалинс
По вертикали отношение C/Nв разных водах изменяется неодинаково (рис.12,a). Практически везде в глубоководной части моря отмечены самые высокие отношения C/Nв ХПС по сравнению с ФС и ТПС. На мелководье Сахалинского и Магаданского шельфов прослеживается основная тенденция увеличения этого отношения от поверхности ко дну, тогда как на мелководье Камчатского шельфа картина обратная (см. рис.12,a). В особо динамичных водах в районе материкового склона и в проливах Курильской гряды трудно выделить какую-либо закономерность в вертикальном распределении отношения C/N. Однако наб.Кашеварова это отношение уменьшается от поверхности ко дну. В поверхностных и придонных водах Сахалинского залива отношение C/N изменяется в очень широких пределах (21 - 125 и 21 - 195 соответственно) в зависимости от влияния стока р. Амур, то есть мы наблюдаем либо увеличение значения отношения C/Nко дну, либо - уменьшение.
Молярное опношение C/Nво взвешенном ОВ по сравнению с растворенным почти не изменяется и для всей поверхности моря практически равно 6 (рис.13). С глубиной изменения C/IN также очень малы и лишь на отдельных горизонтах, приуроченных, как правило, к слою скачка плотности, зто отношение увеличивается до 10 - 15 (рис.14).
Молярное опношение C/P в растворенном ОВ на поверхности изменяется в широком диапазоне - от 15 до 1477 и похоже на горизонтальное распределение отношения C/N в растворенном OB (рис.15). Максимальные значения определёны в северной части Охотского моря - в горле залива Шелехова (1345), в водах, прилегающих к б.Кашеварова (1319), в северной части о.Сакалин (1477, 1039) и на его восточном шельфе (1033, 1189), а также у побережья Западной Камчатки (1121) и на тихоокеанском побережье о. Кунашир (1477). Следует отметить, что средние значения - 500 - 700 этого отношения карактерны для вод и Камчатского и Сахалинского шельфов, тогда как для центральной части моря и вод, прилегающих к Курильскому архипелагу, средние значения C/P равны 200 -400.
Рис.13. Распределение отношения взвешенных C и N на поверхности: о - Охотское море б - Сахалинский залійѣ
По вертикали изменения этого отношения также значительны (см.рис.12.б). На мелководье с глубиной отмечена тенденция к уменьшению величин отношения С/Р в 1,5-2 раза, а на глубоководье - к увеличению, и разница в значениях отношения C/P в водах CdC KM TITIC MoKeT ŐEITE более чем в 500 раз. Однако в водах на свалах глубин и в проливах Курильской гряды трудно выявить какие-либо закономерности в вертикальном распределении величин отношения CWP, T. K. здесь перемежаются слоис высокими и низкими значениями этих величин в растворенном ОВ. Такая же неоднородность в распределении отношения C/P отмечена и для б. Ka II eBapoBa. B Caхалинском заливе диапазон изменений величин отношения С/Рочень широк как в поверхностных (от 161 до 970), так и в придонных (от 350 до 1420) водах. Причем характер и горизонтальноTO вертикального распределения 3TMX. BeWMHMH 3aBMCMT OT распространения 3WeCE BOW p-Амур.
Рис.15. Распределение отношения растворенных форм C, и Р. на поверхности:а - охотское море, б- Сахалинскй 3.
Молярное отношение C/Р во взвешенном ОВ в поверхностных водах изменяется от 81 до 583 (рис.16). Здесь нельзя четко отделить зоны с пониженными и повышенными значениями, средние значения для всего региона составляют 100 - 200. Максимальные значения в поверхностных водах отмечены в водах Луньского и Пильтунского месторождений (583, 548), в тихоокеанских водах у Курильской гряды (438, 274, 261), вводах, прилегающих к б.Кашеварова(260). Вертикальное распределение также неоднородно, как и Np и Р. В прибрежных водах и водах материкового склона, как правило, наблюдается уменыllение этого отношения (рис.14,б). В пелагиали значения менее 100 характерны для слоя скачка плотности и в ТПС в слое минимума кислорода.
Рис.1б. Распределение отношения взвешенных Cept 4 Р - на поверхности a - Охотское море: б. - Сахалинскйй заXй,
В водах Сахалинского залива очень большая межгодовая изменчивость значений отношения C/Р. Эти значения, по данным 1992 г., в 1,5-2 раза ниже, чем в 1993 г. Характер горизонтального и вертикального распределения величин отношения С/Р во взвешенном ОВ, так же как и в растворенном, зависит от распространения здесь вод p.Амур.
Впервые в Охотском море и в тихоокеанской части Прикурильского района были определены концентрации растворенных и взвешенных форм С. Nop и Pop в поверхностном микрослое (ПМС). В табл.2 представлены данные по содержаниќ6 paင်္ဝိ*ဒopeနိဂိီkx и взвешенных форм этих элементов соответственно в ПМС и в водах подстилающего его слоя,
ПMC содержит более высокие концентрации C, N и P и в POB и в ВОВ, чем содержится в поверхностном слое. Величины отношения C/N и C/P и взвешенного и растворенного ОВ в ПМС как правило, ниже, чем в водах подстилающего слоя,
Таблица 2. Растворенный и взвешенный органический углерод, азотн фосфор (мкM) в ПМСн подстилающем его слое ( - 1 м) летом 1993. T.
Авторы благодарят ведущего научного сотрудника ВНИРО Соколову С.А. и старпето научного сотрудника ИО РАН Немировскую И.А. за отбор проби предоставление образцов ПМС
Обсужденне
Большое разнообразие в концентрациях растворенных и взвешенных форм Copr' Nopr1 Popr B Охотском море в летний период в основном может быть связано с различной интенсивностью первичного продуцирования в различных районах моря. Так, в прибрежных водах, где наблюдали максимальную продукцию и максимальное содержание хлорофилла "а" (Мордасова, 1997) зарегистрированы максимальные концентрации ВОВ и РОВ, значения которых снижаются от шельфа к открытой части моря по мере уменьшения интенсивности первичного продуцирования (см.рис.3, а, 3,г). Однако при вспышке цветения, когда концентрации хлорофилла в фотическом слое максимальны, здесь наблюдается обратная корреляционная зависимость между растворенными и взвешенными элементами ОВ. Например, летом 1993 г. на Магаданском шельфе концентрации хлорофилла "а" были почти на порядок выше, чем на Камчатском (402 и 49 мг/м соответственно), содержание взвешенного C в слое фотосинтеза выше в 2 раза, концентрации взвеLILIEHHOTO Norr выше в 1,5-2 раза, а концентрации взвешенного Р. практически равны, тогда как концентрации растворенного С. почти в 2раза ниже, Norr в 15 фазаниже, а концентрации Рег. практически одинаковы. неизмённость концентрации и взвешенного и растворенного P может быть связана с методическими ошибками его определения, которые подробно разбирались нами ранее (Агатова и др., 1995). Обратная корреляционная зависимость между концентрациями РОВ и ВОВ в районах интенсивного первичного продуцирования отмечалась нами ранее и в водах Берингова моря (Agatovaet al., 1993) и объяснялась сорбцией POB на частичках взвеси. Большой вкладсорбции в перераспределение концентраций РОВ и ВОВ проявляется и на восточном шельфе о.Сахалина как результатантропогенного воздействия. Так, во время разведочного бурения на Пильтунском и Луньском нефтяных месторождениях (1992 г.) мы наблюдали сильное взмучивание в результате сброса глинистого раствора. При этом зарегистрированы самые высокие значения концентраций взвешенного С (до 75 мкM), op (Ao 9 MKM) M P (Ao 0,76 MKM) KA большие концентрации растворенного Copr 600 MKM), No. (Ao 15 MKM) M 。 (до 0,85 мкM). После окончания бурения на взмученных частичках происходит сорбция POB, которая приводит к изъятию ОВ израствора, и спустя год мы здесь зарегистрировали значительное уменьшение концентраций как Ров (в 4 раза), так и вов (в 6 раз). В то же время в более глубоководной зоне около этого месторождения, где осаждение частиц происходит с меньшеи скоростью, чем на мелководье, значения концентраций растворенного Сор. были сопоставимы с величинами предыду
щего года. Однако это POB было обеднено и азотом и фосфором, так как в процессе сорбции из раствора в первую очередь изымаются такие высокополимерные соединения, как белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому здесь в POB отмечены самые высокие величины C/N и отношений C/P, которые увеличиваются от поверхности ко дну. Аналогичную картину сорбции POB мы наблюдали у берегов Болгарии, в районе стока р.Дунай (Торгунова и др., 1992).
Высокие концентрации ОВ, также как и особенности распределения его основных элементов, в ряде районов связаны не только синтенсивностью первичного продуцирования, но и с воздействием материкового стока. Прежде всего это положение относится к Сахалинскому заливу. Максимальные концентрации взвешенных и растворенных органических формC, N и P в заливе приурочены к желобу, их абсолютные значения могут изменяться от года к году в связи с колебаниями стока р.Амур. Вместах интенсивного образования биогидрокимического барьера (зоны смешения речных вод и вод залива, а также смешения вод залива и собственно моря) для ВОВ и для POB характерны минимальные отношения C/N и C/P, присущие клеткам живого микропланктона. Ранее было отмечено (Sigleo et al., 1982), что в местах смешения речных и морских вод образуется большое количество микроорганизмов, которые полностью окисляют поступающий состоком органический углерод до CO2 и H2CO3, прежде чем он попадет в воды эстуария. С распространением распресненных воду &eးepဝါးorō Сахалина и вдоль побережья Восточного Сахалина связаны в значительной степени аномально высокие величины содержания РОВ и ВОВ в слое 0 - 20 м в районе м.Елизаветы и, видимо, самые высокие концентрации Copr B OCAKX. Ha восточном шельфе Сахалина, отмеченные ранее С.В.Бруевичем (1956).
В районах с интенсивной и неустойчивой динамикой вод, в частности в проливах Курильской гряды, наиболее ярко выражена межгодовая изменчивость в распределении РОВ. Так, если летом 1993 г. во всей толще вод в результате глубокого вертикального перемешивания наблюдали в целом однородный характер распределения C причем, в ФС его концентрации были чуть ниже, чем в ХПС и ТПС, толетом 1994 г. при относительной стратификации вод в проливах максимальные концентрации С. были характерны для ФС. При этом во все годы проводившихся исследований РОВ в ФС было обогащено и азотом и фосфором за счет максимальных концентраций здесь белков и НК (Агатова и др., наст.сб.), а концентрации ВОВ в ФС были выше, чем в ни
FKEP WE2KILLIHX CIWL03AX. -
Интересно, что в районе Курильской гряды в местах, где отмечены значительные промысловые скопления рыб (Шунтов, 1985), концентрации растворенного С, максимальны, а взвешенHOTO Cܕܗ - довольно низкие (см.рис.2, 5). Видимо, в таких богатых ихтиофауной и кормовым планктоном местах большая роль в потоке ОВ от фитопланктона к бактериопланктону принадлежит побочным продуктам, теряемым мезозоопланктоном и ихтиофауной при неполном съедении фитопланктона и выделяемым в виде фекальных пеллет при переваривании (Juпагs et al., 1989; Banse, 1990). Поэтому механизму не только в фотическом слое, но и в глубинных водах могут образовываться довольно значительные количества РОВ. Вполне вероятно, что этот механизм образования РОВ в глубинных водах является основным, так как глубже фотического слоя отношения C/N (5 - 16) и C/P (150 - 380) низкие, а при бактериальном образовании POB из ВОВ в раствор выделяется в основном Сер, а не Np и Pe (Karlet al. 1991).
Вертикальная неоднородность распредёления"Сер, Nop и Pe скорее всего связана с интенсивностью процессов жизнедеятельности бактериопланктона, а в мезопелагиали - особенно его мелких свободноживущих форм (размерами 0,1 мкм3), биомасса которых и определяет наблюдаемые нами глубинные максимумы концентраций растворенных и взвешенных основных элементов ОВ. Считается, что именно с помощью пикопланктона в глубинных слоях поддерживается равновесие между РОВ и ВОВ (Cho, Azап, 1988). Увеличение концентрации ВОВ в ТПС на горизонтах с минимальными значениями кислорода, вероятно, происходит за счет развития здесь микропланктона, так как именно на этих горизонтах наблюдается увеличение в 1,5-2 раза концентраций белка и нуклеиновых кислот (Агатова и др., наст сб.), что обьясняет уменьшение величины отношения C/N в ТПС по сравнению с ХПС. Отмеченная закономерность является подтверждением гипотезы о биологическом происхождении слоя кислородного минимума (СметаHHH, 1959; Sverdrup, 1938; Agatova, Verchunov, 1994).
Впервые полученные для ПМС данные об ОВ показали, что РОВ в этом слое по своим физикохимическим свойствам отличается от РОВ поверхностных и глубинных вод. так как растворенный С этого слоя в равной степени поддается окислению до СО, как под действием УФ и персульфата, так и методом ВТКС. В ПМС большую роль могут играть фотохимические реакции, способные трансформировать РОВ в лабильные низкомолекулярные соединения типа пирувата [Kieber et al., 1989]. С другой стороны, увеличенная концентрация в ПМС поверхностно - активных веществ (Wangersky, 1976) способствует развитию цепной свободно-радикальной реакции, что делает мокрое сожжение очень эффективным. Повышенные концентрации органических форм C, N и P как во взвеси, так и в растворе в этом слое по сравнению с подстилающим его слоем, по-видимому, связаны прежде всего также с физико-химическими свойствами ПМС, способствующими удержанию полярных молекул. Концентрирование здесь высокомолекулярных органических соединений создает благоприятную среду для развития микрофлоры, которая осуществляет активный обмен веществом и энергией на границе раздела вода - воздух. Последним обстоятельством можно объяснить более низкие значения отношений СуN и C/P в ПМС, чем в ниPKemerika IX CMOSIX.
Выводы
1. Впервые в Охотском море выполнены массовые определения основных элементов РОВ и BOB, Пространственное распределение растворенных и взвешенных форм органического углерода, азота и фосфора характеризуется значительной неоднородностью. Максимальные концентрации ОВ приурочены к шельфу, а минимальные - к центральной части моря.
2. Изменения концентраций этих элементов как во взвешенной, так и в растворенной форме в основном определяются фазой продукционно-деструкционных процессов и биологическим состоянием экосистемы Охотского моря. В отдельных его районах велика роль особенностей гидрологического режима, таких как интенсивность вертикального перемешивания в проливах Ky
рильской гряды, а также трансформированный сток р.Амур в Сахалинском заливе и на северном и восточном шельфах Сахалина.
3. По результатм, полученным на восточном шельфе о Сахалин во время разведочного бурения и спустя год, показана возможность возникновения заметно выраженных аномалий в локальном распределении ОВ в результате антропогенного воздействия.
4. Как правило, в ВОВ величины отношений С/N и C/P мало отличаются от классической величины этих молярных отношений Редфильда. Растворенное же ОВ обеднено и азотом и фосфором, причем максимальные величины этих отношений могут быть как в фотическом слое, так и в глубинных водах.
5. Впервые выполненные определения основных элементов ВОВ и РОВ в поверхностном микрослое показали, что их концентрации в 1,5 - 10 раз превышают содержание этих элементов в ОВ подстилающего его слоя.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 96-05-64576).
А. И.Агатова, Н.В. Аржанова, Н.И.Торгунова
Смотрите также
