CC BY
54
2005
Известия ТИНРО
Том 142
УДК 551.352:574.587
А.В.Мощенко1, Т.В.Коновалова2, Т.А.Белан1, 3, Н.К.Христофорова4 (1 Институт биологии моря, г. Владивосток; 2 Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд., г. Южно-Сахалинск;
3 Дальневосточный региональный научно-исследовательский
гидрометеорологический институт, г. Владивосток;
4 Дальневосточный Государственный университет, г. Владивосток)
ИЗМЕНЕНИЕ БИОТОПИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
И ВАРИАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЕНТОСА ВБЛИЗИ ПЛАТФОРМЫ МОЛИКПАК (ШЕЛЬФ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО САХАЛИНА)
Влияние гранулометрического состава донных отложений, содержания в них нефтяных углеводородов и металлов на состав и структуру донного населения изучали вблизи платформы Моликпак в течение четырех лет (1998-2001 гг.). Показано, что вариации гранулометрического состава объясняют значительную часть изменчивости характеристик обилия и разнообразия. При этом отмечается увеличение видового разнообразия и богатства бентоса на фоне снижения сорти-рованности грунтов и соответствующего роста биотопического разнообразия. Замена части осадков вблизи места установки платформы (гравелистые грунты были заменены псаммитовыми) привела к пространственному перераспределению группировок донных животных. Каких-либо негативных воздействий содержания нефтяных углеводородов и металлов на состав и обилие макрозообентоса не обнаружено.
Moshchenko A.V., Konovalova T.V., Belan T.A., Khristoforova N.K.
Variations of benthos distribution under changed environmental conditions near Molikpaq oil platform (north-east Sakhalin shelf) // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 142. — P. 223-245.
Effects of bottom sediments grain size and their pollution by petroleum hydrocarbons and metals on composition and structure of benthos were investigated in the area of Molikpaq oil platform in 1998-2001. The level of benthos abundance and diversity determination by sediments grain size was rather high. The sediments sorting decreasing was accompanied by an increase of benthos abundance and species diversity because of a heightened biotope diversity. The sediments in the vicinity of the platform were changed partially: sandy grounds had replaced gravel ones. That caused a spatial re-distribution of benthic animals associations. However, any negative effects on the macrozoobenthos composition and abundance were not found.
Промышленная добыча нефти с первой ледостойкой стационарной платформы Моликпак на Пильтун-Астохском месторождении (ПАМ) начата в 1999 г. Осенью 1998 г. во время установки платформы основное воздействие на морскую среду и биоту заключалось в механическом перемещении донных отложений. Вначале была проведена выемка грунта под основание платформы, а затем,
после инсталляции, — засыпка ее основания. Всего было перемещено около 800 тыс. м3 грунта. С началом эксплуатации платформы (1999 г.) наибольшее влияние на химический состав осадков и их физико-механические свойства стал оказывать сброс буровых отходов, включающих пластовые воды, буровые растворы и шламы (Ткалин и др., 1999). Неизбежным следствием гидротехнических работ и сброса отходов в море является изменение условий обитания главным образом бентосных организмов за счет нарушения структуры отложений, морфологии дна и взмучивания. Изменение биотопов вызывает нарушения в структуре сообществ бентоса, которые происходят в результате физического уничтожения одних видов, захоронения других, а также за счет изменения условий жизнедеятельности организмов на нарушенных субстратах (Научно-методические подходы ..., 1997).
Первые исследования в районе платформы Моликпак были проведены до начала работ в июне 1998 г. Эти результаты следует рассматривать как фоновые и с их помощью оценивать изменения донных отложений под воздействием буровых и эксплуатационных работ. Последующая съемка в октябре этого же года позволила выявить изменения, непосредственно произошедшие в результате перемещения осадков. Исследования 1999-2001 гг. показывают "судьбу" отсыпанного под основание платформы грунта и степень устойчивости изменений отложений, вызванных вмешательством человека. Количественные изменения бентоса на начальном этапе освоения ПАМ описаны ранее (Белан, Олейник, 2000; Коновалова и др., 2003).
Цель данной работы — оценка воздействия изменений гранулометрического состава грунтов, содержания нефтяных углеводородов и металлов на состав и структуру донного населения вблизи платформы Моликпак на начальном этапе освоения ПАМ (1998-2001 гг.).
Биологические, литологические и химические характеристики района установки платформы Моликпак получены на 125 станциях за период 1998-2001 гг. (рис. 1).
В 1998 г. пробы отбирали до установки платформы Моликпак (июнь) и после установки (октябрь). В последующие годы наблюдения проводили в сентябре—октябре. Образцы донных отложений отбирали дночерпателем ван Вина (0,2 м2) на 25 станциях. Станции располагались на расстоянии 125-10000 м от платформы по крестообразной схеме вдоль меридионального и широтного разрезов с точной координатной привязкой (отклонение точек отбора в разные годы не превышало 60 м). В 1998-2000 гг. на каждой станции брали по четыре пробы донных отложений, в 2001 г. — по одной.
Пробы грунта для гранулометрического и химического анализа отбирали из общей пробы с помощью тефлоновых пробоотборников и замораживали. Бен-тосных животных отмывали на сите с ячеей 1 мм и фиксировали 4 % буферным раствором формальдегида.
Гранулометрический состав* донных отложений (фракции > 10 мм; 10-5; 5-2; 2-1; 1,0-0,5; 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005 и менее 0,005 мм) определяли комбинацией ситового и ареометрического методов (UNEP, 1995а). Данные о фракционном составе использовали для вычисления наиболее часто используемых характеристик гранулометрических распределений: среднего размера зерен х, среднего квадратичного отклонения а и энтропии Н. Суммарную концентрацию нефтяных углеводородов (НУ) измеряли методом газожидкостной хроматографии, концентрации кислоторастворимых форм металлов — атомно-абсорбционным методом (и№Р, 1992, 1995а; Методика ..., 2000). Гранулометрический состав донных отложений и содержание НУ определяли для каждой съемки, содержание металлов — только в 1999 и 2001 гг.
* Гранулометрический, химический и биологический анализы выполнены в Экологической компании Сахалина, НПО "Тайфун", ДВНИГМИ. Работы производили по заказу и при координации компании "Сахалин Энерджи Инвестмент Лтд.".
В пробах определяли видовой состав и количественные показатели бентоса: биомассу и численность каждого вида и систематических групп, общую биомассу (В) и численность (Л), индексы видового богатства Маргалефа (Я) и разнообразия Шеннона-Винера (Я). Данные по биомассе и численности пересчитывали на 1 м2 площади дна. Виды считали доминирующими, если они составляли не менее 30 % общей биомассы и численности бентоса в пробе. Для разграничения донных сообществ использовали иерархический кластер-анализ. Дендрограммы строили методом средней связи (мера сходства — коэффициент Брея-Кёртиса); кластеры с уровнем сходства не менее 40 % относили к одному сообществу (и№Р, 1995б). Под термином сообщество (группировка) подразумевали совокупность донных животных второго и третьего трофического уровней, которые населяют определенный биотоп и характеризуются определенными количественными соотношениями между видами (Пропп, 1971). Сообщества называли по доминирующему виду (видам).
Связь концентраций НУ и металлов, а также структуру взаимосвязей частиц разных размерных классов исследовали при помощи факторного анализа. Факторы выделяли методами главных компонент и наибольшего правдоподобия. Для упрощения структуры факторов и получения легко интерпретируемых решений использовали различные способы вращения осей — варимакс, квартимакс и т.п. (Афифи, Э йзен, 1982; Ким и др., 1989; Носов, 1990). Выбор числа факторов производили с соблюдением принципа факторной экономии на основе критериев Кайзера и "каменистой осыпи". В соответствии с принципом экономии из двух конкурирующих решений выбирают модели, включающие минимальное число общих факторов. По критерию Кайзера принимают факторы с собственными числами > 1, т.е. когда изменения фактора объясняют > 10 % дисперсии измеряемых переменных. Тест "каменистой осыпи" предполагает выбор числа факторов, приходящихся на область наибольшего уплощения кривой на графике зависимости величины собственного числа от своего номера.
Когда факторные решения методами главных компонент и максимального правдоподобия совпадали, применяли статистический критерий согласия %2. Его использование позволяет делать статистические выводы о числе выделяемых факторов и, таким образом, вносить в получаемые результаты элементы кон-фирматорного факторного анализа. При использовании метода максимального правдоподобия выполняли испытания моделей с последовательно возрастающим числом факторов. Выбирали наиболее правдоподобное решение, т.е. такое, когда вероятность правдоподобия принимаемого числа факторов достигала максимума, или такое, когда она начинала превышать первый пороговый уровень (0,05) справедливости нулевой гипотезы об отсутствии различий остаточной корреляцион-
3000 м 500 м
- + +
1000 м
Моликпак
52°42'58.759" с.ш. 143°33'58.964" в.д.
3 контрольные («REF») станции
Рис. 1. Внемасштабная схема отбора проб в районе платформы Моликпак
Fig. 1. Off-scale map of sampling design near Molikpaq platform
ной и диагональной матриц (статистически значимые корреляции между измеряемыми переменными отсутствуют). Ортогональность искомых факторов проверяли иерархическим анализом косоугольных факторов.
Для выяснения зависимости состава и обилия донного населения от гранулометрического состава и содержания загрязнителей использовали стандартные процедуры и тесты, предлагаемые ППП STATISTICA (Боровиков, Б оровиков, 1998).
Гранулометрический состав. Донные отложения в районе установки платформы Моликпак отличаются высоким разнообразием и представлены мелко-, средне- и крупнозернистыми песками, а также гравийными грунтами различной степени сортированности (от хорошо до почти абсолютно несортированных) при низком содержании алевропелитов (табл. 1). Осредненные кривые распределения зерен по фракциям для всего полигона имеют сложную форму, отражая гетерогенность осадков (рис. 2). В то же время кривые распределения для отдельных проб в подавляющем большинстве случаев заметно более просты, что свидетельствует о мозаичности распределения грунтов, отличающихся по фракционному составу, в пределах исследуемой акватории.
Таблица 1
Некоторые статистические характеристики распределений зерен осадка по размерным классам в разные периоды отбора проб вблизи места установки нефтедобывающей платформы Моликпак
Table 1
Some statistical characteristics of the sediment grain size distribution in 1998-2001 near Molikpaq platform
Период Статистика Параметры распределения x о Hr ПФ ПМ АП
Июнь 1998 г. M min max SD 0,933 0,129 2,589 0,770 1,192 0,856 1,610 0,192 0,565 0,194 0,842 0,165 41,0 0,1 87,3 32,9 55,8 10,5 97,3 32,5 3,2 0,9 12,3 2,6
Октябрь 1998 г. M min max SD 0,523 0,127 1,525 0,369 1,199 0,863 1,543 0,209 0,580 0,213 0,818 0,156 25,6 0,1 76,8 23,1 70,5 19,2 97,8 23,0 3,9 0,6 15,0 4,0
1999 г. M min max SD 0,670 0,137 2,071 0,487 1,159 0,755 1,556 0,210 0,562 0,209 0,722 0,155 31,1 0 87,7 27,9 66,3 10,3 99,3 27,7 2,6 0,5 11,7 2,6
2000 г. M min max SD 0,764 0,148 2,078 0,598 1,100 0,693 1,412 0,191 0,555 0,224 0,738 0,142 32.7 0 85,9 29.8 65,0 10,4 99,6 29,8 2.4 0,3 9,6 2.5
2001 г. M min max SD 0,786 0,143 2,370 0,597 1,081 0,796 1,381 0,177 0,536 0,229 0,744 0,141 29,4 0 87.4 29.5 68,2 11,5 98,5 29,1 2,4 0,1 14,3 3,6
Примечание. х — средний размер зерен, мм; о — стандартное отклонение, мм; Нг — нормированная энтропия; ПФ — псефиты (> 1,0 мм); ПМ — псаммиты (1,0—
0,1 мм); АП — алевропелиты (< 0,1 мм); M, min, max — соответственно среднее, минимальное и максимальное значения; SD — стандартное отклонение.
Осредненные кривые отражают и изменения донных отложений, имевшие место в период исследований для полигона в целом. Это прежде всего существенное увеличение доли мелких песков и в некоторой степени алевропелитов в октябре 1998 г., сразу же после проведения отсыпных работ, что сопро-
вождалось резким уменьшением среднего размера зерен (рис. 2, табл. 1). В дальнейшем, в 1999-2000 гг., эти изменения были заметно снивелированы, и содержание частиц указанных фракций снизилось. Однако в 2001 г. в осадках заметно выросла доля средних песков. Без учета отдельных станций наблюдаемые изменения грунтов исследуемого полигона статистически достоверны только в двух случаях: вероятность совпадения осредненных гранулометрических распределений (р) в июне и октябре 1998 г. составляет 0,044 (%2 = 18,71), в июне 1998 г. и октябре 2001 г. — 0,001 (%2 = 29,78). С учетом отдельных станций эти изменения значимы во всех случаях (%2 = 1390,74-4615,14, р = 0).
Июнь 1998 г." " Октябрь 1998 г.—*—1999 г.—■—2000 г.—•—2001 г.
Фракции, мм
Рис. 2. Осредненные кривые гранулометрического состава по данным 1998-2001 гг.
Fig. 2. Averaged curves of sediment grain size composition according to the data obtained in 1998-2001
Для всех съемок были выявлены по 2 фактора, объясняющих 65,6-75,4 % дисперсии первичных переменных (содержания частиц различных размерных классов, рис. 3, а, табл. 2). Во всех случаях первичные кластеры переменных практически не коррелируют друг с другом (для разных съемок коэффициент корреляции r = -0,187 ■ 0,093). Таким образом, еще до внесения ортогональности, появляющейся в результате выполнения процедуры выделения факторов, существовали две группы переменных, обладающих высокой степенью характерности. Последнее подтверждает объективность именно двухфакторного решения, альтернативами которому для июня 1998 г. и октября 1998-1999 гг. могли быть трехфакторное (по критерию Кайзера) и даже четырехфакторное (все годы, результаты теста "каменистой осыпи"): при иных, более чем двухфакторных, решениях коррелированность отдельных первичных кластеров существенно возрастает. Для 3 факторов наибольшие r в разные годы варьируют по модулю в пределах 0,441-0,667, для 4 — в диапазоне 0,564-0,729.
При интерпретации гранулометрических показателей исходят из предположения о постоянстве связей размерных фракций в каждой конкретной динамической обстановке (Современное осадкообразование ..., 1997). Считается, что статистически тесные группировки фракций отражают их близкое рассеяние по поверхности дна как результат энергетически подобных процессов осаждения, транспортировки и захоронения частиц. При этом учитывается, что средний размер зерен характеризует энергию среды седиментации (чем он больше, тем интенсивнее гидродинамические процессы), а степень сортированности осадка — устойчивость гидродинамики среды во времени (Романовский, 1988). В нашем случае фактор 1 характеризует накопление фракций менее 0,25 мм и одновременно уменьшение доли частиц диапазона 1,0-0,5 мм, фактор 2 — изменение содержания псефитовых фракций (> 1 мм) на фоне вариаций псаммитов размер-
-о Июнь 1998 г.
А---А----А Октябрь 1998 г.
□...........□............□ Октябрь 1999 г.
^---0---ф Октябрь 2000 г.
....................Октябрь 2001 г.
4 5 6 7 Число собственных значений
Рис. 3. Результаты теста "каменистой осыпи" и применения критерия Кайзера для определения числа факторов в процедуре факторного анализа содержания частиц различных фракций (а) и содержания металлов (б) в пробах донных отложений
Fig. 3. Results of scree plot test and Kaiser C riterion application for determining of factor numbers during factor analyzing of different sediment fractions content (a) and metals (б) in bottom sediment samples
ного класса 0,5-0,25 мм, происходящих в противофазе с псефитами. Фактор 2 отрицательно коррелирует с величинами среднего размера зерен осадка и стандартного отклонения и, следовательно, характеризует не только изменение содержания частиц больших размерных классов, но и степень сортированности донных отложений. С ростом его значений их сортированность увеличивается, а размер зерен снижается (рис. 4).
Ординация станций в поле "гранулометрических" факторов для каждой съемки показывает наличие четырех групп, характеризующихся заметным своеобразием донных отложений (в дальнейшем — типов осадков): 1 — умеренно и плохо сортированные крупно- и среднезернистые пески с заметной примесью псефитовых фракций и малым содержанием алевропелитов; 2 — умеренно и плохо сортированные мелкозернистые пески с заметно меньшим, чем в 1-й группе, содержанием псефитов и несколько большим — алевропелитов; 3 — хорошо и умеренно сортированные мелкозернистые пески, часто с существенно большим, чем в двух первых группах, количеством алевропелитов; 4 — плохо сортированные гравийные грунты и гравелистые пески со значительной примесью мелких песков. Такая картина распределения станций по группам была отмечена в июне и октябре 1998 г., а также в 1999 г. В 2000 г. наблюдалась группа станций с отчетливо бимодальным распределением частиц по фракциям (модальные фракции — 1,0-2,0 и 0,1-0,25 мм), а группа 2 отсутствовала. В 2001 г. появилась группа станций смешанных средне- и мелкозернистых плохо сортиро-
Таблица 2
Факторные ассоциации фракций донных отложений в районе платформы Моликпак
Table 2
Factors associations of bottom sediment fractions near Molikpaq platform
Период
Фактор
1
9 M a Г a К1 30 8* ps
Июнь 1998 г. 0,093 35,8* 57 30'8*
57 7 90 88 7 84 5
ps" gr gr2 pb gr,
39 8 283 * ^sf
Октябрь I998 г. -0,187 39,8 -^ST^PS^--28,3 tfg?^
42 7 * РГК^ЧУГ 32 7 * P 74
1999 г- -0'077 427 * 32'7
776 787 88 86 79 ^,„70
39 7* p2 pi a2 «1 _ps3 32 7 * ps2
2000 г. 0,023 39,7*---32'7 *-
onm _ 38 ^Pip/MaM. 34 ,*_pA
2001 г. 0,077 38 1*-74--34'1 -
K>256 gr gr pb11 gr3
79 «286 «Г pS7 34 1* ps 277
ps? ' gfgf^77 gr385
* Вклад факторов в суммарную дисперсию, %.
Примечание. Факторы выделены методом главных компонент при вращении эк-вимакс; обозначения фракций: рЬ — > 10,0 мм, gr — 5,0-10,0, gr2 — 2,0-5,0, gr3 — 1,0-2,0, рв1 — 0,5-1,0, рв2 — 0,25-0,5, рв3 — 0,1-0,25, ах — 0,05-0,1, а2 — 0,01-0,05, р11 — 0,005-0,01, р/2 < 0,005 мм; г — коэффициент корреляции первичных кластеров переменных; над чертой — фракции с положительными нагрузками, под чертой — с отрицательными; надстрочные цифры — факторные нагрузки, умноженные на 100.
Рис. 4. Взаимосвязь величин фактора 2, полученного при анализе фракционного состава осадков, среднего размера зерен донных отложений (а) и стандартного отклонения гранулометрического распределения (б)
Fig. 4. Interrelation of factor 2 values obtained in analysis of fractional composition of sediments, mean grain size (a) and standard deviation of gran-ulometry distribution (б)
Фактор 2
Фактор 2
ванных песков. Заметные изменения произошли и в целом, по остальным группам станций. Группа 1 в 2001 г. была представлена станциями с крупно- и среднезернистыми песками без существенной примеси псефитов, группа 2 — мелкозернистыми песками без заметного вклада частиц больших или меньших размерных классов, группа 4 — гравийными грунтами без дополнительной моды в области мелких песков. Изменения в распределении этих типов осадков в районе работ суммированы на рис. 5 (Коновалова, 2003).
Июнь 1998 г.
1 3 ¡4
44
2 2
4 4 4
4 : 1 • У •
111
4 / •
1 1 1 1
{2?}
Октябрь '3
1998 г.
1
•••■' 4 |
/ /2"" • *. •
/ "41 : • !
1 3/4 4 ¡1.....Г 11111
• • : • J, • • • • •
; t
■■. ■ 1 ........ •
1 2 1 1 1
{2:-}
Октябрь 1999 г.
1 3 2:4:1
2 2
4 •
4
11112
Октябрь 2000 г.
1 2 3;
I I
1
3 •.
.•••"4Ч / •
4
• •
/ 4 1
4 i
Октябрь 2001 г.
11111
12
■•••.. 3
•.. 4! .........
1 1 1 1
fr}
-Ц
3
1 • •
4 \ • .
4 I
¡4 \1 i 11113
REF станции
4: 1 1 4 1
чс?}
Рис. 5. И зменения донных отложений в районе платформы Моликпак в 1998-2001 гг.: цифры — типы осадков, REF — контрольные станции. Пунктирной линией показана область гравелистых грунтов вблизи платформы
Fig. 5. Changes in bottom sediments near Molikpaq platform in 1998-2001: numbers — sediment types, REF — control stations. Dotted line indicates gravel sediment area near Molikpaq platform
1
Характерной чертой исследуемого района является исключительно высокая интенсивность гидро- и литодинамических процессов, обусловливающая значительную естественную изменчивость среды как во времени, так и в пространстве (Рыбаков, 1989, 1991). Поэтому вариации гранулометрического состава, наблюдаемые в 1999-2001 гг., т.е. после завершения работ по перемещению грунта, связаны, скорее всего, с последовательностью перераспределения частиц различной гидравлической крупности, имеющих разные величины срывающих касательных напряжений. В первую очередь наиболее заметным было вымывание и перераспределение самых гидравлически легких частиц, для которых этот участок дна является областью транзита, затем — все более крупных.
Гранулометрический состав грунтов традиционно считается интегральным параметром, определяющим состав и численные характеристики бентосного населения (Snelgrove, Ви1тап, 1994). Для сопоставления фракционного состава донных отложений с биологическими показателями простыми и удобными характеристиками могут служить величины выделенных факторов (Мощенко, 2004).
Содержание загрязняющих веществ в донных отложениях. Исследуемый район имеет фоновый уровень загрязнения НУ и металлами, сравнимый, в целом, с загрязнением донных отложений приполярных морей, а распределение этих веществ носит мозаичный характер (Отчет ..., 2002). При этом содержание НУ слабо связано с концентрациями микроэлементов: при включении в факторную процедуру концентраций НУ и металлов первые обосабливаются в отдельный фактор, причем двухфакторное решение статистически непротиворечиво (1999 г.: х2 = 46,55, р = 0,074; 2001 г.: х2 = 37,77, р = 0,301) и подтверждается результатами теста "каменистой осыпи". Несколько противоречат этому выводу результаты иерархического анализа: коэффициенты корреляции первичных кластеров переменных в обоих случаях довольно высоки (1999 г. — 0,605; 2001 г. — 0,487). Это свидетельствует о большой общности первичных кластеров и довольно высокой вероятности однофакторного решения, что, в свою очередь, отражает сходство распределения НУ и металлов. Противоречивость результатов различных тестов заставляет использовать содержание НУ как самостоятельный параметр при оценке влияния факторов среды на донное население.
Для микроэлементов наиболее вероятным вариантом решения является объединение всех металлов в один фактор, объясняющий 70,8 % (1999 г.) и 61,6 % (2001 г.) дисперсии их концентраций (табл. 3). Об этом свидетельствуют в первую очередь результаты теста "каменистой осыпи" (см. рис. 3, б). Для 2001 г. такое решение является и статистически непротиворечивым (%2 = 48,67, р = 0,062), хотя максимальная вероятность достигается при 2 и 4 факторах (соответственно р = 0,289 и 0,331). Результаты процедуры иерархического анализа показывают существенный рост корреляций отдельных первичных кластеров переменных при увеличении числа факторов. Например, для 2001 г. при 2 факторах г = 0,763, что подтверждает справедливость однофакторного решения. Для 1999 г. решение становится статистически непротиворечивым при 2 факторах (х2 = = 32,46, р = 0,179, максимальная вероятность в пошаговой процедуре увеличения числа факторов), однако первичные кластеры переменных обладают еще большей общностью, чем в 2001 г. (г = 0,815). Таким образом, распределения различных металлов в осадках района работ во многом совпадают, что позволяет использовать единый фактор "металлы" для оценки воздействия этих загрязнителей на донное население.
При сильном антропогенном воздействии, как, например, на акватории порта Холмск, бухты Золотой Рог, или постоянном влиянии единого загрязняющего фактора (например, стока реки) концентрация и распределение НУ во многом объясняются вариациями гранулометрического состава донных отложений, а именно: изменениями содержания тонких, алевропелито-вых фракций (Мощенко и др., 2001; Chernova е! а1., 2002). В период исследования статистически значимая связь концентраций НУ с гра-
Таблица 3
Результаты содержания кислоторастворимых форм металлов в донных отложениях в 1999 и 2001 гг., полученные методом анализа главных компонент
Table 3
The results of principal component analysis: content of acid soluble forms of metals in bottom sediments in 1999 and 2001
Элемент Нагрузки 1999 факторов 2001
Al 0,917 0,924
As 0,628 0,656
Ba 0,750 0,590
Cd 0,904 0,586
Cr 0,833 0,771
Cu 0,967 0,889
Fe 0,899 0,914
Hg 0,705 0,900
Pb 0,785 0,514
Zn 0,959 0,944
Объясняемая дисперсия 7,085 6,164
Доля объясняемой
дисперсии 0,708 0,616
Примечание. Жирным шрифтом выделены нагрузки, превышающие 0,7 (50 % и более дисперсии переменной объясняется данным фактором).
нулометрическим составом донных отложений была отмечена лишь дважды: во время фоновой съемки в июне 1998 г. и осенью того же года, после завершения работ по отсыпке грунта. В первом случае такая связь наблюдалась с "гранулометрическим" фактором 2 (г = -0,566, р = 0,003), во втором — с фактором 1 (г = 0,714, р = 0).
Такая дифференциация по отношению к факторам, отражающим общность распределения частиц разных фракций, обусловлена, вероятно, следующим. Н аи-большее содержание НУ в грунтах исследуемой акватории наблюдалось еще до проведения подготовительных работ, во время фоновой съемки (Отчет ..., 1999; Ткалин и др., 1999; Konovalova е1 а1., 2001; Chernova е1 а1., 2004), что, возможно, было связано с процессами просачивания нефти из месторождения. Такое просачивание — вполне обычное явление для шельфовых нефтегазоносных районов (Патин, 1997). Очевидно, в нашем случае области просачивания были приурочены в основном к плохо сортированным грунтам с преобладанием грубых фракций (отрицательная корреляция содержания НУ и фактора 2).
В процессе перемещения грунта НУ вымывались из донных отложений и сорбировались тонкодисперсными частицами, которые перераспределялись течениями и откладывались при соответствующих гидродинамических условиях. В результате осенью 1998 г. их концентрации довольно сильно коррелировали с величинами фактора 1, отражающего главным образом общность распределения тонких частиц. Косвенным доказательством этого служат изменения распределения НУ в водной толще по вертикали и их связь с концентрацией взвеси в исследуемый период. В октябре 1998 г. они были распределены равномерно, а к осени 1999 г. в придонном слое сформировался отчетливый минимум их концентраций, наблюдавшийся и в последующие годы (Отчет ..., 1999, 2000, 2002). При этом в течение всех лет, кроме 2001 г., содержание НУ заметно коррелировало с концентрацией взвеси. В дальнейшем НУ, очевидно, подвергались бактериальной деструкции и, кроме того, продолжали вымываться из грунта вместе с частицами тонких размерных классов, для которых исследуемый участок дна является областью транзита. В результате этих процессов они "потеряли" связь с гранулометрическим составом грунтов, приобретенную к осени 1998 г.
В отличие от НУ, содержание металлов (характеризуемое фактором "металлы") определялось фракционным составом донных отложений в гораздо большей степени, хотя межгодовые различия в форме этих зависимостей также наблюдались. Так, в 1999 г. наиболее отчетливой (г = 0,737, р = 0) была отрицательная связь фактора "металлы" с "гранулометрическим" фактором 2, а в 2001 г. — положительная корреляция с фактором 1 (г = 0,812, р = 0). При этом статистически достоверными были и связи с остальными "гранулометрическими" факторами (1-м — в 1999 г. и 2-м — в 2001 г.), а также просто с содержанием алевропелитов. Таким образом, в 1999 г. концентрации металлов в осадках определялись в первую очередь содержанием грубых зерен: чем крупнее были частицы, тем больше было содержание металлов. В 2001 г. обогащение грунтов металлами достигалось, наоборот, долей тонких фракций, что соответствует хорошо известным механизмам, описывающим накопление элементов в донных отложениях ^^от е1 а1., 1989). Совместное действие "гранулометрических" факторов объясняло около 85 % дисперсии фактора "металлы" в 1999 г. (при использовании вместо фактора 1 содержания алевропелитов — почти 77 %) и около 83 % — в 2001 г. (для модели с алевропелитами — почти 87 %).
Таким образом, для сопоставления биологических данных с уровнем загрязнения в качестве независимых параметров следует использовать концентрации НУ, с одной стороны, и значения фактора "металлы" как интегрального показателя загрязнения осадков микроэлементами — с другой. При этом необходимо учитывать заметную коррелированность фактора "металлы" с гранулометрическими факторами, особенно с фактором, отражающим общность распределения тонких частиц на поверхности дна района работ.
Сообщества макрозообентоса. Разнообразие донных отложений обусловливает существование различных биотопов, что находит свое отражение в высоком видовом разнообразии донного населения. Число видов макрофауны, обнаруженных в районе платформы в исследуемый период, варьировало от 120 до 150 (табл. 4). Эта величина согласуется с данными фоновой съемки, выполненной специалистами Continental Shelf Association (CSA) в 1996 г., которыми на 29 станциях исследуемой акватории обнаружено 137 видов макробентоса (CSA, 1997).
Таблица 4
Список видов придонной фауны в районе платформы Моликпак
Table 4
List of benthic fauna species in the area of Molikpaq platform
Годы
1998 1999 2000 2001
Таксон
Spongia fam. gen. sp.
Spongia Hydrozoa*
Abietinaria thujarioides (Clark) Campanularia everta Clark Lafoea pocillum Hicks Obelia longissima (Pallas) Sertularella gigantea Mereschkowsky Sertularia similis Clark Sertularia tenera G.O. Sars Sertularia sp.
Actiniaria
Andwakia sp. Athenaria fam. gen. sp. Epiactis arctica (Verrill) Halcampoides purpurea (Studer) Halcampa vegae Carlgren Halcampa sp.
Nematoda fam. gen. spp.
Lineidae gen. sp. Amphiporidae gen. sp. Cerebratulus sp. Procephalothrix sp. Carinoma sp. Cephalotrichidae gen. sp. Tetrastemma sp. Nemertea fam. gen. sp.
Nematoda Nemertea
Polychaeta
Ampharete acutifrons (Grube) Ampharete crassiseta Annenkova Ampharete goesi Malmgren Ampharete gr. lindstromi Malmgren in Hesle Ampharetidae gen. spp. Anobothrus gracilis (Malmgren) Aphroditidae gen. spp. Brada sp.
Brada villosa (Rathke) Capitella capitata (Fabricius) Capitellidae gen. spp. Chaetozone setosa Malmgren Chone sp.
Cistenides brevicoma (Johnson) Cistenides granulata (Linne)
Таксон
1998
Годы 1999 2000
2001
Diplocirrus sp. Dipolydora caulleryi Mesnil D. quadrilobata (Jacobi) D. vulcanica (Radashevsky) Dipolydora spp. Eteone barbata (Malmgren) Eteone longa (Malmgren) Eteone ornata Grube Eteone sp.
Eteone spetsbergensis bistriata Uschakov
Euchone olegi Zachs
Euchone sp.
Eunicidae gen. sp.
Eunoe nodosa (M. Sars)
Euzonus arcticus Grube
Glycera capitata Oersted
Glycera spp.
Glycinde armigera Moore
Goniada maculata Oersted
Harmothoe imbricata Linne
Heteromastus sp.
Lanassa venusta venusta (Malm)
Laonice cirrata M. Sars
Laphania boecki Malmgren
Lumbrineris sp. 1
Lumbrineris sp. 2
Magelona longicornis Johnston
Maldanidae gen. sp.
Mediomastus californiensis Hartman
Mediomastus sp.
Nephtys caeca (Fabricius)
Nephtys ciliata (Muller)
Nephtys longosetosa Oersted
Nephtys sp.
Nicomache lumbricalis (Fabricius)
Notomastus sp.
Onuphis iridescens (Johnson)
Ophelia limacina (Rathke)
Paranaitis polynoides (Moore)
Pholoe minuta (Fabricius)
Phyllodoce goenlandica var. orientalis Zachs
Phyllodoce groenlandica Oersted
Phyllodoce maculata (Linne)
Phyllodocidae gen. sp.
Polynoidae gen. spp.
Potamilla torelli Malmgren
Potamilla sp.
Praxillella praetermissa (Malmgren) Praxillella gracilis M. Sars Proclea sp.
Prionospio steenstrupi Malmgren Prionospio sp. Sabella maculata (Bush) Sabella sp. Sabellidae gen. spp. Scalibregma inflatum Rathke
_ Годы
1аксон 1998 1999 2000 2001
Scoloplos armiger (Muller) Spio picta Zachs Spio sp. 1 Spio sp. 2
Spiophanes bombyx (Claparede)
Spiophanes berkeleorum Pettibone
Spiophanes ushakovi Zachs
Spionidae gen. spp.
Syllis sp.
Syllidae gen. spp.
Terebellides stroemi M.Sars
Terebella sp.
Terebellidae gen. spp.
Travisia forbesii Johnson
Trochochaeta sp.
Typosyllis oerstedi (Malmgren)
Typosyllis sp.
Hirudinea
Piscicolidae gen. sp.
Crustacea Isopoda
Pantopoda
Mysidacea
Isopoda fam. gen. sp. Pantopoda fam. gen. sp.
Archaeomysis grebnitzkii Czerniavsky Neomysis sp.
Cumacea
Diastylis bidentata (Calman) Cumacea gen. sp. 1 Cumacea gen. sp. 2
Amphipoda
Acanthostepheia behringiensis (Lockington)
Acanthostepheia sp.
Ampelisca macrocephala Lilljeborg
Ampelisca eschrichti Kroyer
Ampelisca sp.
Amphipoda fam. gen. sp.
Anonyx compactus Gurjanova
Anonyx kurilicus Gurjanova
Anonyx minimus Gurjanova
Anonyx nugax (Phipps)
Anonyx ochoticus Gurjanova
Anonyx japonicus Gurjanova
Anonyx sp.
Bathymedon sp.
Eogammarus schmidti (Derzhavin) Eohaustorius eous eous (Gurjanova) Ischyrocerus cf. anguipes Kroyer Ischyrocerus sp.
Hyppomedom dentaculatus orientalis Gurjanova Lysianassidae gen. spp. Melita sp.
Metopa spitzbergensis Bruggen Metopa sp.
Monoculodes crassirostris Hansen
Годы
Таксон 1998 1999 2000 2001
Monoculodes sp. + +
Onisimus cf. plautus Kroyer + + +
Orchomenella pinguis (Boeck) + + + +
Orchomenella sp. + +
Parapleustes sp. + +
Photis reinhardi Kroyer + + + +
Photis sp. + + +
Pleustes cataphractus Stimpson + + + +
Pleustes sp. +
Pleusymtes sp. + + + +
Pleusymtes vasinae Budnikova + + + +
Grandifoxus longirostris Gurjanova + + + +
Grandifoxus robustus Gurjanova + + + +
Protomedeia microdactyla Bulytscheva + + + +
Protomedeia popovi Gurjanova + + + +
Protomedeia sp. 1 + + + +
Protomedeia sp. 2 + +
Rhachotropis oculata (Hansen) + +
Synchelidium gurjanovae Kudrjaschov et Tzvetkova + + +
Wecomedon minusculus (Gurjanova) + + + +
Westwoodilla sp. + + + +
Decapoda
Hyas coarctatus (Brandt) + + + +
Crangon sp. + + +
Crangon septemspinosa Say +
Pandalus sp. +
Cirri pedia
Balanus sp. + +
Gastropoda
Boreoscala sp. +
Buccinum sakhalinense Dall +
Buccinum lischkeanum Loebbecke + + + +
Bucinidae gen. sp. + + +
Cryptonatica janthostoma Deshayes + + +
Cryptonatica aleutica (Dall) +
Cryptonatica clausa (Broderip et Sowerby) +
Cylichna alba (Brown) + + + +
Pseudoliomesus nassula (Dall) +
Lunatia pallida (Broderip et Sowerby) + +
Lunatia sp. +
Margarites sp. + +
Neptunea beringiana Middendorff +
Neptunea sp. +
Obestoma simplex (Middendorff) +
Oenopota sp. +
Pseudoliomesus sp. +
Pseudopolinices nanus (Moller) +
Sipho sp. + +
Turridae gen. sp. +
Bivalvia
Crenella decussata (Montagu) + + + +
Astarte elliptica (Brown) +
Hiatella arctica (Linne) +
Liocyma fluctuosum (Gould) + + + +
Lyonsia sp. +
Macoma calcarea (Gmelin) + + + +
236
Таксон 1998 Годы 1999 2000 2001
Macoma loveni (Jensen) +
Macoma middendorffi Dall +
Cfa. Macoma nipponica (Tokunaga) +
Cfa. Macoma scarlatoi Kafanov et Lutaenko + + +
Macoma sp. + + +
Tellina lutea Wood + + + +
Musculus niger (Gray) + + +
Musculus glacialis (Leche) +
Mya pseudoarenaria Schlesch + + + +
Mya truncata Linne +
Mysella kurilensis (Scarlato et Ivanova) + + + +
Mysella ventricosa (Scarlato) + + + +
Mactromeris polynyma (Stimpson) + + +
Mytilus sp. + +
Serripes groenlandicus (Bruguiere) + +
Siliqua alta (Broderip et Sowerby) +
Cfa. Thracia seminuda Scarlato + +
Thracia myopsis Moller +
Astarte arctica (Gray) + + + +
Yoldia myalis (Couthouy) + + + +
Yoldia seminuda (Dall) +
Yoldia sp. + + +
Sipuncula
Golfingia margaritacea margaritacea (Sars) + +
Golfingia sp.
Sipuncula fam. gen. sp. +
Phoronidea
Phoronidae gen. sp. + + +
Asteroidea
Asteroidea fam. gen. sp. +
Ophiuroidea
Stegophiura stuwitzii (Lutken) +
Echinoidea
Echinarachnius parma (Lamark) + + + +
Holothuroidea
Holothuroidea fam. gen. sp. +
Cucumariidae gen. sp. +
Bryozoa
Bryozoa fam. gen. spp. + + +
Ascidia
Molgulidae gen. sp. +
Pyuridae gen. sp. + +
Ascidia fam. gen. spp. + +
* Гидроидные полипы определены по Д.В.Наумову (1960).
При этом следует иметь в виду различия в количестве станций и объемах проб, отобранных в разные годы. В 1998-1999 гг. каждая проба грунта для биологического анализа делилась поровну: для российской и американской сторон. В нашем случае наблюдалась прямая зависимость возрастания числа обнаруженных видов от увеличения числа проб и их объема. Учитывая, что отдельные организмы инфауны и эпифауны нами идентифицированы только до родов и семейств (например, многие полихеты сем. Spionidae, ТегеЬе1Шае, Polynoidae, а также губки, мшанки, асцидии, оболочники), вероятно, общее число видов на самом деле значительно превышает приведенные величины.
До начала работ по установке платформы, в июне 1998 г., в районе работ дифференцировались четыре группировки макрозообентоса (рис. 6, табл. 5, 6). Кластер I образовывали 2 станции контрольного полигона, расположенные на мелкозернистых песках, где преобладал плоский морской еж Echinarachnius parma, средняя биомасса которого составляла 2478,9 г/м2 (табл. 6). Это монодоминантное сообщество характеризовалось высокой степенью доминирования одного вида (на ряде станций — более 90 % общей биомассы бентоса), низким видовым разнообразием и самой высокой биомассой (свыше 2700 г/м2). Высокую частоту встречаемости (более 50 %) в сообществе имели кумовый рак Diastylis bidentata, амфиподы Anonyx sp., Grandifoxus robustus, Eohaustorius eous eous, полихета Scoloplos armiger. Более подробная характеристика сообщества E. parma приведена в табл. 6.
июнь 1998 г.
октябрь 1998 г.
JTX
N Н V) VI
и s Ln а о и
U1 П 1Л (П
Номера станций
октябрь 1999 г.
октябрь 2000 г.
октябрь 2001 г.
Номера станций
Рис. 6. Дендрограммы видового подобия бентоса
Fig. 6. Dendrograms of benthos species similarity
Номера станций
Таблица 5
Некоторые показатели группировок бентоса исследуемого района в 1998-2001 гг.
Table 5
Some parameters of benthos communities in study area in 1998-2001
Г Станции Грунт Доминирующие виды / группы Н
Июнь 1998 г.
I REF-01,03 МП E. parma 0,8 ± 0,05
II REF-02, 3000-E,W, 5000-N, S МП+СП D. bidentata (E. parma, M. kurilensis) 1,9 ± 0,2
III 125-E,S, 250-E,S, 500-E,S,W, 1000-N,S 3000-N,S , , „ _ Actiniaria, E. parma, КП+СП+ГаР n , , , r Polychaeta 3,0 ± 0,08
IV 125-N,W, 250-N,W, 500-N ГР Polychaeta, Actiniaria, Bivalvia 3,3 ± 0,15
Октябрь 1998 г.
I REF-01,03 МП E. parma 0,6 ± 0,05
II 1000-W, 5000-N МП D. bidentata 1,3 ± 0,1
III REF-02, 250-E, 500-E, 1000-E,S, 3000-E, 5000-S, КП+СП E. parma (Tellina lutea, M. kurilensis) 2,0 ± 0,08
IV 125-E,S,W, 250-N,S,W, 500-N, S,W, 1000-N, 3000-N,S,W КП+СП+Г Bivalvia, Polychaeta, D. bidentata, Actiniaria 2,8 ± 0,09
Октябрь 1999 г.
I REF-01,03, 500-W, 1000-W, 3000E, 5000-N,S МП E. parma (D. bidentata) 1,1 ± 0,2
III 125-E,S, 250-E, 500-E,S, 1000-S, 3000-S,W КП+СП E. parma (M. kurilensis, Actiniaria) 2,7 ± 0,08
IV 125-N,W, 250-N,S,W, 500-N, 1000-N, 3000-N ГР Bivalvia, Polychaeta, D. bidentata, Actiniaria 3,3 ± 0,1
Октябрь 2000 г.
I REF-01,02,03, 3000-E, 5000-S МП E. parma 0,9 ± 0,1
II 1000-W, 5000-N МП D. bidentata 1,7 ± 0,2
III 125-E, 250-E, 500-E,S, 1000-E, 3000-N,W КП+СП E. parma (Actiniaria, B ivalvia) 2,4 ± 0,1
IV 125-S,N,W, 250-N,S,W, 500-N, 1000-N,S, 3000-S ГР Polychaeta, Bivalvia, Actiniaria 3,1 ± 0,1
Октябрь 2001 г.
I REF-01,03, 3000-E МП E. parma (D. bidentata) 1,0 ± 0,25
II REF-02, 125-S,W, 250-E, 1000-E, 5000-S КП+СП E. parma 1,2 ± 0,2
III 125-N, 500-E, 3000-N, W, 1000-S КП+СП Bivalvia, Actiniaria, Anonyx sp. 1,7 ± 0,36
IV 125-E, 250-N,S,W, 500-N, 1000-N, 3000-S ГР D. bidentata, Actiniaria, Polychaeta, Bivalvia 2,2 ± 0,3
Примечание. Г — группировка (кластер на рис. 6); Н — индекс Шеннона-Винера ± стандартная ошибка; N Е, S, W — соответственно север, восток, юг и запад; 1255000 — расстояния от точки установки платформы; контрольные станции обозначены как REF-01, 02, 03; МП, СП, КП — соответственно мелко-, средне- и крупнозернистые пески; ГР — гравий и гравелистые грунты (визуальная оценка перед промывкой проб); Га — галька; в скобках — субдоминантные виды/группы.
Вторая монодоминантная группировка (кластер II, 5 станций) занимала участки дна с мелкозернистыми песками и примесью среднезернистого песка и представляла сообщество кумовых Б. bidentata. Плоский морской еж Е. рагта, двустворчатый моллюск Mysella kurilensis были субдоминантными видами (см.
Таблица 6
Состав и структура группировок донных животных в районе платформы Моликпак
в июне 1998 г.
Table 6
Composition and structure of benthic communities near Molikpaq platform
in June of 1998
Группа
Биомасса
2 О/ _%
Г/ M'
Численность, экз./ м
Структурообразующие виды
Группировка мелких песков (ст. REF-01, REF-03)
Amphipoda 29,5 < 1 1952,4 E. parma, D. bidentata, Anonyx sp.,
Bivalvia 227,8 8,2 123,1 Grandifoxus robustus, Eohaustorius
Cumacea 36,0 1,3 18896,3 eous eous, Scoloplos armiger
Echinoidea 2478,9 89,3 150,3
Polychaeta 4,5 <1 120,6
Прочие 0,2 <1 17,4
Всего 2776,9 100 21260,1
Группировка мелких и средних песков (REF-02, 3000-E,W, 5000-N, S)
Actiniaria 35,5 7,0 107,7 D. bidentata, E. parma, Anonyx sp.,
Amphipoda 23,5 4,6 686,2 Mysella kurilensis, Wecomedon
Bivalvia* 175,5 34,6 9090,4 minusculus, E. eous eous
Cumacea 123,3 24,4 29447,0
Echinoidea 114,2 22,5 123,3
Polychaeta 24,7 5,3 195,1
Прочие 8,8 1,6 156,0
Всего 505,5 100 39805,7
Группировка крупных и средних песков (125-E,S, 250-E,S, 500-E,S,W, 1000-N,S 3000-N,S)
Actiniaria 149,5 27,1 233,5 Halcampoides purpurea, E. parma,
Amphipoda 31,9 5,8 892,3 Crenella decussata, M. kurilensis,
Ascidia 53,2 9,6 60,3 D. bidentata, Ischyrocerus sp.,
Bivalvia 26,6 4,8 2077,3 Protomedeia spp., Anonyx sp.,
Cumacea 8,1 1,5 4802,8 Ampharete goesi, A. gr. lindstromi,
Decapoda 10,2 1,8 46,3 A. crassiseta, Nephtys caeca,
Echinoidea 130,7 23,7 15,5 Ophelia limacina, Glycera
Polychaeta 124,7 22,6 1200,7 capitata, Pyuridae gen. sp.
Прочие 17,5 3,1 403,6
Всего 552,4 100 9732,3
Группировка гравелистых грунтов (125-N,W, 250-N,W, 500-N)
Actiniaria 35,4 19,4 223,3 A. gr. lindstromi, A. crassiseta,
Ascidia 5,4 3,0 10,1 H. purpurea, C. decussata,
Bivalvia** 37,7 20,6 2834,1 M. kurilensis, Mya pseudoarenaria,
Decapoda 13,9 7,6 28,8 Eteone longa, G. capitata,
Echinoidea 2,8 1,6 1,0 Sabellidae, Terebellidae
Gastropoda 5,2 2,8 109,5
Polychaeta 81,2 44,4 1241,2
Прочие 1,3 < 1 233,1
Всего 182,9 100 4681,1
* Высокая биомасса моллюсков обусловлена единичным попаданием крупного экземпляра Mactromeris polynyma.
** Высокая биомасса моллюсков обусловлена попаданием в пробу крупного экземпляра M. pseudoarenaria.
табл. 5, 6). Высокая частота встречаемости была характерна для бокоплавов Wecomedon minusculus, E. eous eous и Anonyx sp. (табл. 6). Первая и вторая группировки во многом похожи друг на друга: уровень видового подобия первого и второго кластеров составляет 48 %.
Третья группировка (кластер III, 11 станций) охватывала участок дна, расположенный на смешанных средних и крупных песках с примесью псефитов и
ракушечника. Э то полидоминантное сообщество, в котором доминируют несколько видов. Наиболее высокую биомассу имели актинии Halcampoides purpurea, Epiactis arctica, морской еж E. parma, а также крупные полихеты Nephtys caeca, Ampharete gr. lindstromi, A. crassiseta. Высокой частой встречаемости в группировке характеризовались амфиподы: Ischyrocerus sp., Protomedeia spp., Anonyx sp., моллюски Crenella decussata, M. kurilensis, полихеты-амфаретиды, а также N. caeca, Ophelia limacina, Glycera capitata, асцидии сем. Pyuridae (см. табл. 5, 6). Довольно часто встречались гидроиды и мшанки.
Кластер IV включал 5 станций, располагавшихся не далее 500 м от платформы на гравийных грунтах и гравелистых песках. Это второе полидоминантное сообщество. Здесь доминировали полихеты A. gr. lindstromi, A. crassiseta, N. caeca, актиния H. purpurea, двустворчатые моллюски C. decussata, M. kurilensis, Mya pseudoarenaria, а также полихеты сем. Sabellidae и Terebellidae. Уровень видового подобия третьего и четвертого кластеров — более 50 %, что свидетельствует о довольно высоком сходстве видовой структуры третьей и четвертой группировок.
Аналогичная структура бентосного населения наблюдалась на полигоне и во время остальных съемок — осенью 1998-2001 гг. (рис. 6, табл. 5). Некоторые ее вариации выражались в сужении или расширении объема кластеров, переходе ряда станций из одного кластера в другой, а также, иногда, в составе доминантных и субдоминантных видов выделяемых группировок. Последнее прежде всего касается D. bidentata, чья численность и, до некоторой степени, биомасса характеризуются выраженной сезонной динамикой, возрастая к осени в несколько раз.
Связь бентосного населения с гранулометрическим составом и загрязнением донных отложений. Несмотря на общий низкий уровень связи всех без исключения биологических характеристик с перечисленными параметрами среды, эти зависимости довольно часто являются статистически значимыми (табл. 7). При этом достоверная связь чаще всего наблюдается между показателями обилия и разнообразия, с одной стороны, и " гранулометрическими" факторами — с другой. Лишь однажды биологические параметры значимо коррелировали с содержанием НУ и трижды — имели достоверную связь с фактором "металлы". Как было показано выше, параметры, характеризующие уровень загрязнения донных отложений (особенно содержание металлов), сильно зависят от фракционного состава. Поэтому их связи с биологическими характеристиками при существующем уровне загрязнения, скорее всего, являются артефактами. На самом деле это лишь опосредованное отражение зависимости обилия и разнообразия донных животных от гранулометрического состава осадков.
Этот вывод до некоторой степени подтверждается результатами пошагового регрессионного анализа (табл. 8). Хотя для всех лет и всех биологических параметров не удалось получить удовлетворительных моделей, в те из них, которые отвечают требованиям моделирования, на статистически значимом уровне ни разу не попали какие-либо характеристики загрязнения грунтов.
В целом, для биологических систем исследуемого типа уровень детерминации обилия и разнообразия бентосного населения гранулометрическим составом донных отложений достаточно высок. При этом хорошо проявляются обычные для этого случая зависимости, такие как рост разнообразия и видового богатства бентоса (числа видов, индексов Шеннона-Винера, Маргалефа) на фоне снижения сортированности грунтов и роста среднего размера зерен, что увеличивает биотопическое разнообразие.
Зависимость обилия и разнообразия донных животных от гранулометрического состава грунтов проявляется в заметной приуроченности группировок бентосных животных к типам осадков (табл. 9). Наиболее четко эта приуроченность проявляется у группировки псефитов, которая характеризуется относительно низкой биомассой, высоким видовым разнообразием с заметным вкладом при-
Таблица 7
Связь структурных показателей донных сообществ и некоторых факторов среды
Table 7
Correlations of some environmental parameters and characteristics of benthic community structure
Характеристики бентосного населения Фактор N B A H R _r_p_r_p_r_p_r_p_r_p_
Июнь 1998 г.
НУ 0,118 0,601 -0,210 0,347 -0,214 0,338 0,071 0,755 0,207 0,355
Gr F(1) 0,021 0,927 -0,093 0,681 0,139 0,538 -0,036 0,873 -0,024 0,915
Gr F(2) 0,359 0,101 0,452 0,035 0,471 0,027 -0,603 0,003 -0,564 0,006
H r 0,327 0,136 0,037 0,871 -0,455 0,033 0,519 0,013 0,328 0,136
Октябрь 1998 г.
НУ 0,056 0,804 0,440 0,040 0,397 0,067 -0,097 0,667 0,033 0,884
Gr F(1) 0,257 0,248 0,523 0,013 0,383 0,078 -0,049 0,830 0,141 0,533
Gr F(2) -0,458 0,032 0,413 0,056 0,097 0,667 -0,483 0,023 -0,573 0,005
Hr r 0,387 0,075 0,451 0,035 -0,111 0,623 0,572 0,005 0,510 0,015
Октябрь 1999 г.
НУ -0,054 0,813 -0,233 0,296 0,371 0,090 0,177 0,429 0,003 0,990
F Me 0,657 0,001 -0,211 0,345 0,266 0,231 0,453 0,034 0,744 0
Gr F(1) 0,599 0,003 0,012 0,959 0,544 0,009 0,064 0,777 0,543 0,009
Gr F(2) -0,436 0,042 0,330 0,134 -0,072 0,749 -0,540 0,009 -0,585 0,004
Hr r 0,214 0,340 -0,348 0,112 -0,171 0,446 0,490 0,021 0,283 0,201
Октябрь 2000 г.
НУ 0,110 0,626 -0,127 0,573 -0,047 0,838 0,155 0,492 0,038 0,866
Gr F(1) 0,493 0,020 0,223 0,318 0,586 0,004 0,044 0,845 0,405 0,062
Gr F(2) -0,605 0,003 0,560 0,007 0,190 0,398 -0,522 0,013 -0,692 0
Hr r 0,506 0,016 -0,222 0,320 -0,440 0,040 0,334 0,129 0,496 0,019
Октябрь 2001 г.
НУ 0,398 0,066 0,050 0,825 0,198 0,378 0,248 0,266 0,352 0,109
F Me 0,290 0,190 0,298 0,178 0,648 0,001 -0,165 0,463 0,187 0,405
Gr F(1) 0,052 0,816 0,356 0,104 0,446 0,037 -0,155 0,491 -0,028 0,900
Gr F(2) -0,772 0 0,077 0,734 -0,090 0,689 -0,365 0,095 -0,738 0
Hr r 0,474 0,026 -0,280 0,208 0,042 0,851 0,231 0,300 0,494 0,019
Примечание. N — число видов, экз./м2; B — биомасса, г/м2; A — плотность поселения, экз./м2; H, R — индексы соответственно видового разнообразия и богатства; Gr F(1, 2) — факторы 1 и 2, полученные при анализе гранулометрического состава донных отложений; Hr — энтропия гранулометрического распределения; r — коэффициент корреляции; p — вероятность справедливости нулевой гипотезы r = 0; жирным шрифтом выделены статистически значимые (p < 0,05) r и соответствующие вероятности; F Ме — фактор "металлы".
крепленной эпифауны (преобладают актинии, асцидии, крупные полихеты N. caeca, A. goesi, A. lindstromi, моллюски Mya pseudoarenaria). Несколько в меньшей степени такая сопряженность наблюдается у группировки мелких песков, отличающейся от группировки псефитов заметно большей биомассой и относительно низким видовым разнообразием (виды-доминанты — плоский морской еж E. parma, кумовый рак D. bidentata). Очевидно, только две этих группировки в полной мере можно рассматривать как бентосные сообщества, а их дифференциация на довольно отчетливые группировки связана, по всей видимости, с изменением гранулометрического состава донных отложений. С увеличением доли гравия растет количество прикрепленных видов — гидроидов, мшанок, актиний, асцидий и т.д., — т.е. животных, характерных для первого сообщества, которое при дальнейшем росте содержания псефитовых фракций постепенно замещает второе. Эти изменения отражаются в изменениях экологических индексов и их статистически значимой связи с "гранулометрическими" факторами.
Таблица 8
Некоторые результаты пошагового регрессионного анализа зависимостей различных характеристик донных сообществ от гранулометрического состава
донных отложений
Table 8
Some results of stepwise multiple regression of the relations between different characteristics of benthic communities and sediment grain size composition
Год Модель Шаг Независимая Зависимая r2 P
переменная переменная r r
1998 Gr F(1) + Gr F(2) 1 2 Gr F(1) Gr F(2) В 0,523 0,675 0,273 0,456 0,013 0,021
1999 Gr F(1) + Gr F(2) Gr F(2) + Gr F(1) 1 2 1 2 Gr F(1) Gr F(2) Gr F(2) Gr F(1) N R 0,599 0,721 0,585 0,777 0,359 0,521 0,343 0,604 0,003 0,020 0,004 0,002
Gr F(1)+Gr И(2) 2
Gr F(1) + Gr F(2) 2 2000 1
Gr F(1)+Hr 2
Gr F(1)+Gr F(2) 2
Примечание. Условные обозначения как в табл. 7. Во всех случаях вероятность справедливости гипотезы о равенстве г нулю для модели в целом менее 0,005. В 1998 г. данные за октябрь.
Таким образом, в районе ПАМ, так же как и на любом участке дна, состав и распределение бентосных сообществ определяются преобладанием того или иного типа донных отложений. Е стественно, что замена части донных отложений вблизи места установки платформы (гравелистые грунты были заменены более тонкими, псаммитовыми) привела к изменениям состава и структуры донного населения, которые главным образом выразились в пространственном перераспределении группировок бентосных организмов.
Следует подчеркнуть, что вариации видовой структуры бентоса на протяжении всего исследуемого периода прослеживаются не только вблизи платформы, но и на удаленных от нее станциях. По-видимому, это обусловлено особенностями придонной лито- и гидродинамики и, соответственно, изменениями в распределении донных отложений. Рассматриваемый полигон находится в зоне влияния интенсивных штормов и представляет собой полого наклоненный участок дна, осложненный небольшими холмами и разделяющими их ложбинами, а его глубина варьирует примерно в пределах 24-35 м. Известно, что при такой гидродинамической ситуации и рельефе дна зерна крупных фракций преобладают на тех склонах холмов, которые оказывают лобовое сопротивление волновому удару, взмучивающему весь осадок целиком (Современное осадкообразование ..., 1997). При этом происходит удаление из осадка более мелких частиц. Среднепесчаные фракции откладываются на привершинных участках склонов, тыльных по отношению к волновому удару, и на самых вершинах, а мелкопесчаные — мигрируют еще дальше и скапливаются в ложбинах с несколько более затишными условиями. В зависимости от размеров и временной стабильности таких элементов рельефа население их различных частей может существенно различаться по видовому составу. Вероятно, это также является причиной межгодовых вариаций объема и состава кластеров, что в первую очередь касается удаленных от места установки платформы станций. В целом, в условиях интенсивной гидродинамической активности бентосные сообщества адаптируются к естественной подвижности грунтов, и поэтому перемещение донных отложений, вызванное установкой платформы, не было катастрофой для донного населения и не нарушило его видовой структуры.
Gr F(2) N 0,605 0,365 0,003
Gr F(1) N 0,715 0,512 0,027
Gr F(2) B 0,560 0,274 0,007
Gr F(1) B 0,655 0,428 0,066
Gr F(1) A 0,586 0,343 0,004
H A 0,765 0,585 0,004
Gr F(2) R 0,692 0,487 0
Gr F(1) R 0,745 0,554 0,088
Таблица 9
Сопряженность выделяемых сообществ бентоса с типами донных отложений и результаты теста Крускала-Уоллиса о влиянии фактора "тип грунта"
Table 9
Connection of detected benthic communities with bottom sediment types, and results of Kruskal-Wallis test on the effect of "sediment type" factor
Съемка Тип м грунта Сообщества (группировки, кластеры) макрозообентоса I II III IV
Июнь 1998 г. 1 10 2+3 5 4 10 Тест Крускала-Уоллиса 0 2 0 0,0069 (2) 4 1 0 0,0710 (5) 5 1 5 0,5858 (11) 0 0 5 0,0188
Октябрь 1998 г. 1 13 2+3 9 43 Тест Крускала-Уоллиса 0 2 0 0,1751 (2) 0 2 0 0,1751 (2) 7 0 0 0,0182 (7) 6 5 2 0,3771 (5)
Октябрь 1999 г. 1 14 2+3 7 44 Тест Крускала-Уоллиса 2 6 0 0,0025 (8) - (0) 8 0 0 0,0077 (8) 3 1 4 0,0093 (8)
Октябрь 2000 г. 1 14 2+3 6 45 Тест Крускала-Уоллиса 3 2 0 0,3118 (5) 1 1 0 0,5183 (2) 6 1 0 0,1841 (7) 4 1 5 0,0137 (10)
Октябрь 2001 г. 1 13 2+3 6 46 Тест Крускала-Уоллиса 0 3 0 0 (3) 6 0 0 0,0498 (6) 5 0 0 0,0960 (5) 1 0 6 0,0002 (7)
Все съемки 1 64 2+3 33 4 28 Тест Крускала-Уоллиса 5 15 0 0 (20) 11 4 0 0,0481 (15) 31 2 5 0,0001 (38) 14 7 22 0 (43)
Примечание. Для теста Крускала-Уоллиса приведены вероятности справедливости нулевой гипотезы об отсутствии влияния фактора "тип грунта". Жирным шрифтом выделены вероятности < 0,05 и наибольшее число совпадений станций одного кластера с типом грунта; в скобках — число станций в соответствующих кластерах.
Авторы благодарят руководство компании "Сахалин Энерджи Инвес-тмент Лтд." за предоставленные для анализа первичные материалы, сотрудников, участвовавших в сборе и обработке проб, а также специалистов ИБМ ДВО РАН и ТИНРО-центра за помощь в определении видового состава бентоса.
Литература
Афифи А., Эйзен К. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. — М.: Мир, 1982. — 488 с.
Белан Т.А., Олейник Е.В. Состав, распределение и современное состояние бентоса на Пильтун-Астохской нефтегазоносной площади // Тем. вып. ДВНИГМИ. — 2000. — Вып. 2. — С. 166-177.
Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. — М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1998. — 608 с.
Ким Дж., Клекка У.Р., Мьюлер К.У. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. — М.: Финансы и статистика, 1989. — 312 с.
Коновалова Т.В. Оценка состояния донных осадков и бентоса на Пильтун-Ас-тохском месторождении на начальном этапе освоения (северо-восточный шельф Сахалина): Дис. ... канд. биол. наук. — Владивосток: ДВГУ, 2003. — 128 с.
Коновалова Т.В., Белан Т.А., Христофорова Н.К. Количественные изменения бентоса на начальном этапе освоения Пильтун-Астохского нефтегазового месторождения
(северо-восточный шельф Сахалина) // Электрон. журн. "Исследовано в России". — 2003. — № 116. — С. 1396-1406: http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2003/l16.pdf.
Методика определения содержания нефтяных углеводородов в объектах окружающей среды методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором. — М.: НПО "Тайфун", 2000. — 35 с.
Мощенко А.В. Роль микромасштабной турбулентности в распределении и изменчивости бентосных животных: Дис. ... д-ра биол. наук. — Владивосток, 2004. — 452 с.
Мощенко А.В., Шулькин В.М., Лишавская Т.С. Факторы, контролирующие содержание загрязняющих веществ в прибрежно-морских отложениях района, примыкающего к устью р. Туманная // Геохимия. — 2001. — № 2. — С. 204-211.
Наумов Д.В. Гидроиды и гидромедузы морских, солоноватоводных и пресноводных бассейнов СССР. — М.; Л: АН СССР, 1960. — 627 с.
Научно-методические подходы к оценке воздействия газонефтедобычи на экосистемы морей Арктики (на примере Штокмановского месторождения). — Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1997. — 333 с.
Носов В.Н. Метод главных компонент и факторный анализ // Компьютерная биометрика. — М.: МГУ, 1990. — С. 162-187.
Отчет о результатах морских экологических исследований на Пильтун-Астохском месторождении в 1999 г. — Южно-Сахалинск: СахУГМС, 2000. — 135 с.
Отчет о результатах экологического мониторинга на Пильтун-Астохс-кой площади в 1998 г. — Владивосток: ДВНИГМИ, 1999. — 150 с.
Отчет о результатах экологического мониторинга на Пильтун-Астохс-кой площади в 2001 г. — Владивосток: ДВНИГМИ, 2002. — 179 с.
Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. — М.: ВНИРО, 1997. — 349 с.
Пропп М.В. Экология прибрежных донных сообществ Мурманского побережья Баренцева моря (по материалам водолазных гидробиологических работ). — Л.: Наука, 1971. — 128 с.
Романовский С.И. Физическая седиментология. — Л.: Недра, 1988. — 240 с.
Рыбаков В.Ф. Донные осадки охотоморского шельфа Сахалина // Геологические и географические особенности некоторых регионов Дальнего Востока и зоны перехода к Тихому океану. — Владивосток: ДВПИ, 1989. — С. 123-133.
Рыбаков В.Ф. Литодинамика охотоморского шельфа о. Сахалин // Береговая зона дальневосточных морей. — Л.: ГО СССР, 1991. — С. 85-97.
Современное осадкообразование в окраинных морях Востока Азии (статистические модели). — Владивосток: Дальнаука, 1997. — 312 с.
Ткалин А.В., Ройл Д.Дж., Сергушева О.О. Некоторые результаты экологического мониторинга на Пильтун-Астохской площади в 1998 году // Тем. вып. ДВНИГМИ. — 1999. — Вып. 2. — С. 145-160.
Chernova A.S., Lishavskaya T.S., Moshchenko A.V., Konovalova T.V. Effect of physical and chemical properties of the bottom sediments on distribution of petroleum hydrocarbons, phenols and detergents contained in sediments of the northeast shelf and in a number of other coastal water areas of Sakhalin Island // Abstracts of 11th PICES Annual Meeting. — Qingdao, 2002. — P. 158.
Chernova A.S., Lishavskaya T.S., Moshchenko A.V., Konovalova T.V. Multiyear changes of petroleum hydrocarbons in the marine environment near the operating oil platform MOLIKPAQ // Abstrstract of the PICES 13th Annual Meeting. — Honolulu, 2004. — P. 196.
CSA. Environmental Survey Report for the Piltun-Astohskoe Field. 1996 Survey. Offshore Sakhalin Island, Russia. — 1997. — 76 с. — Appendix C.
Konovalova T.V., Robinson J., Coil J., Andreeva V.V. Result of environmental monitoring of the Piltun-Astoch Oil & Gas Field (Northeast shelf of Sakhalin Island) // PICES. Tenth Anniversary Meeting. — Victorina, Canada, 2001. — P. 82.
Snelgrove P.V.R., Butman C.A. Animal-sediment relationships revisited: cause versus effect // Annu. Rev. Oceanogr. Mar. Biol. — 1994. — Vol. 32. — P. 111-177.
UNEP: Determination of petroleum hydrocarbons in sediments. Reference Methods for Marine Pollution Studies. — 1992. — № 20. — 75 р.
UNEP: Manual for the geochemical analyses of marine sediments and suspended partic-ulate matter. Reference Methods for Marine Pollution Studies. — 1995a. — № 63. — 74 р.
UNEP: Statistical analysis and interpretation of marine community data. Reference methods for Marine Pollution Studies. — 1995b. — № 64.
Windom H.L., Schropp S.J., Calder F.D. Natural trace metal concentrations in estuarine and coastal marine sediments of the southeastern United States // Environ. Sci. Technol. — 1989. — Vol. 23. — P. 314-320.
