Содержание биогенных элементов в поровых водах поверхностного слоя донных отложений Севастопольской бухты

К. И. Гуров*, А. В. Вареник, М. А. Мыслина

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель работы – оценить особенности пространственно-временно́го распределения концентрации биогенных элементов (нитратов, нитритов, аммония, фосфатов и кремнекислоты) в поровых водах поверхностного слоя донных отложений Севастопольской бухты по современным натурным данным. Пробы были отобраны с помощью дночерпателя ДЧ-0,025. Поровые воды извлекали с помощью центрифуги Elmi CM-6MT. Концентрации минеральных форм биогенных элементов определяли фотометрически с использованием спектрофотометра КФК-3КМ и проточного автоматического анализатора биогенных элементов Scalar San++ (Нидерланды) после фильтрации (фильтр 0.45 мкм), за исключением проб для определения ионов аммония. Аммонийный азот определяли с помощью модифицированного метода Сэджи – Солорзано. Коэффициенты корреляции и степень их достоверности были рассчитаны с помощью программы Statistica. Получены качественные и количественные характеристики пространственного распределения концентраций биогенных элементов в поровых водах из верхнего слоя донных отложений, отобранных в Севастопольской бухте в 2024 г. По результатам анализа была выявлена их сезонная изменчивость, установлены связи с географическим расположением станций, типом донных отложений и геохимическими характеристиками их твердой фазы. В верхнем слое донных отложений Севастопольской бухты формируется преимущественно слабощелочная восстановительная среда: значения рН и Eh изменяются в диапазоне от 7.1 до 7.8 и от 0 до −270 мВ соответственно. Установлено, что в течение года средние концентрации нитритов изменяются в диапазоне 0.23–0.37 мкМ; нитратов – 0.71–3.61 мкМ; фосфатов – 11.91–25.84 мкМ; кремнекислоты – 21.14–297.30 мкМ; ионов аммония – 139.64–543.76 мкМ. Выявлена отрицательная корреляция концентраций аммония и фосфатов с Eh (r равно −0.8 и −0.7 соответственно), положительная – фосфатов и кремнекислоты с pH (_r _равно 0.7 и 0.6 соответственно). Наблюдаемые для донных отложений Севастопольской бухты слабощелочные восстановительные условия являются определяющим фактором повышенных концентраций аммонийного азота и фосфатов, а также низких концентраций нитратов. Внутригодовая динамика концентраций биогенных элементов в поровых водах донных отложений бухты определяется влиянием гидрологических параметров вод (изменение температуры вод), гидродинамических условий в отдельных районах бухты (осенне-зимнее перемешивание), а также дополнительным локальным поступлением биогенных элементов с ливневыми и канализационными стоками.

Ключевые слова

Севастопольская бухта, донные отложения, окислительно-восстановительные условия, поровые воды, биогенные элементы, нитраты, нитриты, фосфаты, кремнекислота, ионы аммония

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № FNNN-2024-0001 ФГБУН ФИЦ МГИ «Фундаментальные исследования процессов, определяющих потоки вещества и энергии в морской среде и на ее границах, состояние и эволюцию физической и биогеохимической структуры морских систем в современных условиях».

Информация об авторах

Гуров Константин Игоревич, научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0003-3460-9650, Scopus Author ID: 57200248245, ResearcherID: L-7895-2017, SPIN-код: 5962-7697, gurovki@gmail.com

Вареник Алла Валерьевна, старший научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, SPIN-код: 3277-7914, ORCID ID: 0000-0001-5033-4576, ResearcherID: H-1880-2014, Scopus Author ID: 56960448000, alla.varenik@mhi-ras.ru

Мыслина Мария Андреевна, младший научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), ORCID ID: 0000-0002-0054-0379, SPIN-код: 1309-1787, myslina@mhi-ras.ru

Для цитирования

Гуров К. И., Вареник А. В., Мыслина М. А. Содержание биогенных элементов в поровых водах поверхностного слоя донных отложений Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2026. № 3. С. 76–92. EDN JGCVQY.

Gurov, K.I., Varenik, A.V. and Myslina, M.A., 2026. Concentrations of Nutrients in the Pore Waters of the Sevastopol Bay Bottom Sediments. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 76–92.

Список литературы

  1. Гурова Ю. С., Якушев Е. В., Березина А. В., Новиков М. О. и др. Численное моделирование динамики окислительно-восстановительных условий на границе вода – донные отложения в Севастопольской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 2. С. 71–90. EDN RIPXZQ. https://doi.org/10.29039/2413-5577-2023-2-71-90
  2. Орехова Н. А., Вареник А. В. Современный гидрохимический режим Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 134–146. EDN YNHCQP. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-2-134-146
  3. Иванов В. А., Овсяный Е. И., Репетин Л. Н., Романов А. С. и др. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов. Севастополь : МГИ НАНУ, 2006. 90 с. EDN YRIOUU.
  4. Орехова Н. А., Медведев Е. В., Овсяный Е. И. Влияние вод реки Черной на гидрохимический режим Севастопольской бухты (Черное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. № 3. С. 84–91. EDN YLLQIH. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2018-3-84-91
  5. Мыслина М. А., Вареник А. В., Тарасевич Д. В. Динамика концентрации биогенных элементов в водах реки Черной (Крымский полуостров) в 2015–2020 годах // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 3. С. 438–449. EDN UGRJUT.
  6. Егоров В. Н., Гулин С. Б., Малахова Л. В., Мирзоева Н. Ю. и др. Нормирование качества вод Севастопольской бухты по потокам депонирования загрязняющих веществ в донные отложения // Водные ресурсы. 2018. Т. 45, № 2. С. 188–195. EDN VZHWGD. https://doi.org/10.7868/S0321059618020086
  7. Малахова Л. В., Лобко В. В., Малахова Т. В., Мурашова А. И. Сравнительная оценка хлорорганического загрязнения донных отложений разнотипных водных объектов Севастопольского региона (Крым) // Химия в интересах устойчивого развития. 2022. Т. 30, № 2. С. 174–185. EDN JHJBTB. https://doi.org/10.15372/KhUR2022371
  8. Гуров К. И., Котельянец Е. А. Распределение Cr, Сu, Ni, Pb, Zn, Sr, Ti, Mn, Fе в донных отложениях Севастопольской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 5. С. 512–529. EDN IOYNEZ.
  9. Соловьева О. В., Тихонова Е. А. Динамика содержания органического вещества в донных отложениях портовых акваторий Севастополя // Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2018. Т. 4, № 4. С. 196–206. EDN YTABLV.
  10. Параскив А. А., Терещенко Н. Н., Проскурнин В. Ю., Чужикова-Проскурнина О. Д. Изменение седиментационных потоков плутония в донные отложения бухты Севастопольская в период до и после аварии на ЧАЭС // Морской биологический журнал. 2021. Т. 6, № 2. С. 69–82. EDN FLZPKG. https://doi.org/10.21072/mbj.2021.06.2.05
  11. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сероводород в донных осадках Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2009. Вып. 18. С. 48–56. EDN YMIJGF.
  12. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сульфиды в донных отложениях прибрежных районов Севастопольского региона Крыма // Океанология. 2018. Т. 58, № 5. С. 739–750. EDN XWVHWX. https://doi.org/10.1134/S0030157418050106
  13. Middelburg J. J., Levin L. A. Coastal hypoxia and sediment biogeochemistry // Biogeosciences. 2009. Vol. 6, No 7. P. 1273–1293. EDN NAPTGL. https://doi.org/10.5194/bg-6-1273-2009
  14. Seitzinger S., Harrison J. A., Böhlke J. K., Bouwman A. F. et al. Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis // Ecological Applications. 2006. Vol. 16, No. 6. P. 2064–2090. EDN MHOPER. https://doi.org/10.1890/1051-0761(2006)016[2064:DALAWA]2.0.CO;2
  15. Совга Е. Е., Мезенцева И. В., Хмара Т. В. Моделирование сезонной изменчивости гидродинамического режима Севастопольской бухты и оценки самоочистительной способности ее экосистемы // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15. № 2. С. 110–123. EDN AWWRHN. https://doi.org/10.48612/fpg/92ge-ahz6-n2pt
  16. Овсяный Е. И., Артеменко В. М., Романов А. С., Орехова Н. А. Сток реки Черной, как фактор формирования водно-солевого режима и экологического состояния Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2007. № 15. С. 57–65. EDN YMTPSY.
  17. Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б. Моделирование циркуляции и пространственной структуры термохалинных полей в Севастопольской бухте с учетом реальных внешних данных (зима 1997 г.) // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 2. С. 60–76. EDN YUFBYT.
  18. Морозов А. Н., Лемешко Е. М., Шутов С. А., Зима В. В. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений (июнь 2008 года) // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 3. С. 31–43. EDN TMJXDX.
  19. Лемешко Е. М., Морозов А. Н., Шутов С. А., Зима В. В. и др. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений, ноябрь 2014 г. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2014. Вып. 28. С. 25–30. EDN VBFSNL.
  20. Грузинов В. М., Дьяков Н. Н., Мезенцева И. В., Мальченко Ю. А. и др. Источники загрязнения прибрежных вод Севастопольского района // Океанология. 2019. Т. 59, № 4. С. 579–590. EDN VEOVBB. https://doi.org/10.31857/S0030-1574594579-590
  21. Совга Е. Е., Хмара Т. В. Влияние стока реки Черной в периоды паводка и межени на экологическое состояние кутовой части акватории Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36. № 1. С. 31–40. EDN NNGSDX. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-1-31-40
  22. Вареник А. В. Соединения азота и фосфора в атмосферных выпадениях г. Севастополя в 2015–2023 годах // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 1. С. 50–65. EDN DWHUBR.
  23. Кондратьев С. И., Видничук А. В. Локальная сезонная гипоксия и образование сероводорода в придонных водах Севастопольской бухты в 2009–2019 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 107–212. EDN EDXBJU. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2020-2-107-121
  24. Багаев А. В., Никишин В. В., Рауэн Т. В., Вержевская Л. В. и др. Локальные изменения физико-биологических параметров поверхностных вод Севастопольской бухты под влиянием ливневого стока // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 2. С. 165–184. EDN DTNJVC. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-2-165-184
  25. Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале ХХI века / под ред. О. Г. Миронова, С. В. Алёмова. Симферополь : ИТ «АРИАЛ», 2018. 276 с. EDN YTQSUP. https://doi.org/10.21072/978-5-907118-89-8
  26. Горячкин Ю. Н., Ефремова Т. В. Антропогенное воздействие на литодинамику черноморского побережья Крымского полуострова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 1. С. 6–30. EDN KQQHPN. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-1-6-30
  27. Thamdrup B., Dalsgaard T. Production of N₂ through anaerobic ammonium oxidation coupled to nitrate reduction in marine sediments // Applied and Environmental Microbiology. 2002. Vol. 68, iss. 3. Р. 1312–1318. https://doi.org/10.1128/AEM.68.3.1312-1318.2002
  28. Белкина Н. А. Фосфор в донных отложениях Онежского озера // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. 2015. № 173. С. 97–109. EDN TKIUVL.
  29. Белкина Н. А., Субетто Д. А., Ефременко Н. А., Потахин М. С. и др. Химический состав донных отложений северной части Ладожского озера как показатель многолетней изменчивости экосистемы водоема // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2015. № 9. С. 53–61. EDN UMMFWD. https://doi.org/10.17076/lim51
  30. Савенко В. С., Савенко А. В. Геохимия фосфора в глобальном гидрологическом цикле. Москва : ГЕОС, 2007. 248 с. EDN QKHKWT.
  31. Boudreau B. P., Canfield D. E. A comparison of closed- and open-system models for porewater pH and calcite-saturation state // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1993. Vol. 57, iss. 2. P. 317–334. https://doi.org/10.1016/0016-7037(93)90434-x
  32. Van Cappellen P., Wang Y. Cycling of iron and manganese in surface sediments; a general theory for the coupled transport and reaction of carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, iron, and manganese // American Journal of Science. 1996. Vol. 296, iss. 3. Р. 197–243. https://doi.org/10.2475/ajs.296.3.197
  33. Jørgensen B. B., Kasten S. Sulfur cycling and methane oxidation // Marine Geochemistry. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2006, P. 271–309. EDN SSAQON. https://doi.org/10.1007/3-540-32144-6_8
  34. Van Cappellen P., Qiu L. Biogenic silica dissolution in sediments of the Southern Ocean. II. Kinetics // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 1997. Vol. 44, iss. 5. P. 1129–1149. EDN XZTJSQ. https://doi.org/10.1016/s0967-0645(96)00112-9

Файлы

 Полный текст (русский)

  JATS XML (русский)

 Полный текст (английский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.