CC BY
11УДК 504.5:502.51(268.46)
О.Н. Мохова, Л.В. Парухина, Р.А. Мельник
Отдел Северный Полярного филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (СевПИНРО), Архангельск, 163002 e-mail: mohova@pinro.ru
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА И ФОСФОРА В ВОДАХ ЯНДОВОЙ ГУБЫ БЕЛОГО МОРЯ
Представлены результаты гидрохимических исследований, проведенных в Яндовой губе Белого моря в различные сезоны 2018-2020 г. Проанализирована сезонная изменчивость неорганических соединений азота и фосфора и выполнено сравнение их содержания с рыбохозяйственными нормативами. На обследованной акватории их концентрации оказались невысоки и не превышали предельно допустимый уровень. Потребление фосфатов и нитратного азота планктонными организмами происходит параллельно, в связи с чем сезонный ход этих веществ в целом совпадает.
Ключевые слова: губа Яндовая, биогенные вещества, гидрохимические исследования, нитриты, нитраты, фосфаты.
O.N. Mokhova, L.V. Parukhina, R.A. Melnik
Northern Department of the Polar branch of Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography, Arkhangelsk, 163002 e-mail: mohova@pinro.ru
INORGANIC COMPOUNDS OF NITROGEN AND PHOSPHORUS
IN THE YANDOVAYA BAY WATERS OF THE WHITE SEA
The results of hydrochemical studies carried out in the Yandovaya Bay of the White Sea in different seasons of 2018-2020 are presented. The seasonal variability of inorganic compounds of nitrogen and phosphorus was analyzed and their content was compared with fishery standards. In the surveyed water area their concentrations were low and did not exceed the maximum permissible level. The consumption of phosphates and nitrate nitrogen by planktonic organisms occurs in parallel, and therefore the seasonal variations of these substances generally coincide.
Key words: the Yandovaya Bay, biogenic substances, hydrochemical research, nitrites, nitrates, phosphates.
Особую роль в существовании морских экосистем играют биогенные соединения, которые являются необходимым условием процесса жизнедеятельности растений и животных. Важнейшая роль в жизни водных организмов принадлежит соединениям азота и фосфора. Прежде всего эти вещества необходимы для роста и развития фитопланктонных сообществ, от успешного функционирования которых зависит первичная продукция и количество производимого ими органического вещества.
Одним из жизненно важных биогенных элементов является азот. Он входит в состав белков, аминокислот и других органических соединений, без которых невозможно существование живых клеток [1]. В природных водах азот присутствует в виде разнообразных неорганических и органических соединений. Установлено, что лучшими источниками азота для большинства водорослей являются неорганические соединения. В морской воде в течение большей части года преобладают нитратные формы азота [2]. Главный источник поступления нитратов в поверхностные воды -почвенный покров. Также к естественным источникам появления нитратов в воде относятся атмосферные осадки. К антропогенным источникам можно отнести промышленные и бытовые сточные воды, а также загрязнение неорганическими удобрениями, вызывающее значительное повышение концентрации нитратов. Соединения азота служат одним из показателей загрязнения вод и, кро-
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана., промысловое и техническое использование
ме того, обладают токсичностью [3]. Повышенные концентрации нитритов образуются при усилении процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления нитритов в нитраты, что также говорит о загрязнении водоема. У рыб нитритная интоксикация вызывает широкий спектр нарушений метаболических и морфофизиологических процессов, зависящих от вида и возраста, дозы токсиканта и химического состава воды [4].
Важнейшей функцией соединений фосфора в живых организмах является регуляция энергетических процессов в ходе клеточного обмена. При отсутствии соединений фосфора в воде рост и развитие водной растительности прекращается, однако избыток их приводит к негативным последствиям, вызывая процессы эвтрофикации водного объекта и ухудшение качества воды. Соединения фосфора поступают в природные воды в результате процессов жизнедеятельности и посмертного распада водных организмов, большая часть их попадает в водоемы в результате сельскохозяйственной и бытовой деятельности человека [5].
Губа Яндовая примыкает к устьевому взморью р. Северная Двина, наиболее подверженному антропогенной нагрузке от деятельности ряда промышленных объектов: Архангельского целлюлозно-бумажного комбината (ЦБК), комплекса судостроительных предприятий г. Северодвинска, а также бытовых и хозяйственных стоков от расположенных недалеко населенных пунктов.
Полученные гидрохимические данные позволяют выявить специфику сезонной динамики биогенных веществ и дают возможность оценить экологическое состояние вод Яндовой губы, на побережье которой ведется промысел сельди, наваги, корюшки, камбаловых рыб.
Гидрохимические исследования в Ян-довой губе были проведены в разные гидрологические сезоны 2018-2020 гг. (рис. 1). Измерялась концентрация биогенных веществ (азота нитритного и нитратного, фосфора минерального). Отбор проб воды выполнялся с поверхностного горизонта с дискретностью 2 часа в течение 12 часов в сутки, всего было проанализировано по семь проб каждого показателя в разный сезон.
Химические анализы выполнялись по общепринятым в гидрохимии методикам [6, 7]. Для оценки качества вод использовались значения предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяй-ственного значения (ПДКр/х) [8].
Концентрации минеральных соединений биогенных веществ в поверхностном слое подвержены значительным сезонным изменениям. Нитриты - неустойчивые компоненты природных вод, поэтому при благоприятных для их окисления условиях, характерных для поверхностных вод, они встречаются в незначительных концентрациях. В водах нитриты переходят в нитраты, и их наличие в воде обычно минимально. Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием зимой и появлением весной при разложении нового неживого органического вещества. Максимальное количество их наблюдается в конце лета, осенью содержание нитритов уменьшается [5]. В пробах вод Яндовой губы количество азота нит-ритного в зимний период в среднем составляет 0,005 мг/дм3, весной концентрации увеличиваются до 0,022 мг/дм3, максимальные значения до 0,026 мг/дм3 зафиксированы летом, в осенний период их содержание уменьшается до 0,001-0,006 мг/дм3 (см. таблицу). По полученным результатам концентрации нитритов оказались значительно ниже уровня ПДКр/х.
Содержание нитратов в водных объектах изменяется в довольно широких пределах и сильно отличается в зимний, весенний и летний периоды. В период массового развития водных растений она может падать практически до нуля. Минимальная концентрация нитратов в поверхностных водах в вегетационный период начинает увеличиваться осенью и достигает максимума зимой, когда при низком потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные [5]. В Яндовой губе максимальное содержание азота нитратного (до 0,192 мг/дм3) отмечено в зимний период, затем уменьшается весной
Рис. 1. Расположение станции отбора проб в Яндовой губе Белого моря
и летом снижается до минимальных значений (таблица). Осенью количество нитратов начинает восстанавливаться. После интенсивного развития фитопланктона концентрация нитратов начинает повышаться за счет конвективного перемешивания вод, в результате регенерационных процессов и минерализации органического вещества. Количество нитратов за период наших исследований было значительно ниже установленной ПДКр/х.
Содержание неорганических соединений азота и фосфора (мг/дм3) в водах Яндовой губы в разные гидрологические сезоны 2018-2020 гг.
Характеристики Среднее значение (пределы колебаний) Стандартное отклонение Стандартная ошибка
Зима
Азот нитритный 0,005 (0,003-0,007) 0,001 0
Азот нитратный 0,116 (0,036-0,192) 0,064 0,014
Фосфор минеральный 0,065 (0,044-0,113) 0,016 0,004
Весна
Азот нитритный 0,011 (0,003-0,022) 0,006 0,001
Азот нитратный 0,017 (0,005-0,039) 0,010 0,002
Фосфор минеральный 0,038 (0,026-0,062) 0,010 0,002
Лето
Азот нитритный 0,006 (0,002-0,026) 0,006 0,001
Азот нитратный 0,008 (0-0,026) 0,009 0,002
Фосфор минеральный 0,035 (0,014-0,060) 0,011 0,002
Осень
Азот нитритный 0,004 (0,001-0,006) 0,001 0
Азот нитратный 0,021 (0,001-0,058) 0,016 0,004
Фосфор минеральный 0,047 (0,033-0,064) 0,009 0,002
Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Максимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдаются обычно зимой, минимальные весной и летом, в осенний период их количество начинает увеличиваться [5]. В водах Яндовой губы максимальные концентрации были зафиксированы также в зимний период (до 0,113 мг/дм3), что связано с минерализацией органического вещества. В весенний период, после зимы, их содержание начинает снижаться из-за активного потребления фитопланктоном. Минимальное количество фосфатов было зафиксировано летом после активной вегетации водорослей. В осенний сезон содержание их начинает восстанавливаться в результате как минерализации органического вещества, так и вертикального перемешивания вод. Значений выше установленного норматива по фосфатам не зафиксировано.
Анализируя в целом среднегодовые показатели, можно отметить тенденции повышения в весенний период нитритов, снижения в зимний сезон нитратов, уменьшения зимой и осенью фосфатов (рис. 2). В остальные сезоны такой выраженной динамики не наблюдается.
мг/дм3
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
зима I весна I лето I осень
- Линейная (весна)
мг/дм3
0,24 0,20 0,16 0,12 0,08 0,04 0,00
мг/дм3
1 ■
ч
■ 1 л
| |
2018
2019 год
зима весна лето осень
Линейная (зима)
2020
0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00
2018
2019
2020
год
зима весна лето осень
Линейная (зима) Линейная (осень)
Рис. 2. Содержание неорганических соединений азота (а - нитриты, б - нитраты) и фосфора (в - фосфаты) в водах Яндовой губы в разные гидрологические сезоны 2018-2020 гг.
б
а
в
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование
Таким образом, в период исследований состояние водной среды по рассмотренным биогенным соединениям азота и фосфора в Яндовой губе было благоприятным для обитающих здесь рыб и их кормовой базы. Концентрации определяемых биогенных веществ не выходили за рамки допустимой нормы.
Содержание неорганических соединений азота и фосфора в поверхностных водах зависит от хода естественных процессов в водоеме и в значительной степени определяется развитием и жизнедеятельностью обитающих в нем организмов. Потребление фосфатов и нитратного азота планктоном происходит параллельно, в связи с чем сезонный ход этих веществ в целом совпадает.
Литература
1. Максимова М.П., Чугайнова В.А. Гидрохимический и гидрологический режим прибрежной зоны Белого моря. Марикультура: Моногр. - М.: ИИУ МГОУ, 2014. - 200 с.
2. Овчинникова С.И., Широкая Т.А., Пашкина О.И. Основные тенденции изменения гидрохимических показателей водной экосистемы Кольского залива (2000-2011 годы) // Вестник МГТУ. - 2012. - Т. 15, № 3. - С. 544-550.
3. Хуан Жань-Жань. Геоэкологическая оценка трофического статуса пресноводных озер Китая: Дис. ... канд. геогр. наук. - СПб., 2013. - 150 с.
4. Черкесова Д.У, Шахназарова А.Б. Токсическое воздействие нитритов на организм рыб // Юг России: экология, развитие. - 2009. - № 4. - С.126-130.
5. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. -239 с.
6. Методы гидрохимических исследований основных биогенных элементов. - М.: ВНИРО, 1988. - 119 с.
7. Руководство по химическому анализу морских и пресных вод при экологическом мониторинге рыбохозяйственных водоёмов и перспективных для промысла районов Мирового океана. - М.: ВНИРО, 2003 - 202 с.
8. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (с изменениями на 10.03.2020 г.): Приказ Минсельхоза РФ от 13.12.2016 г. № 552 // Министерство юстиции РФ. 2016 г. № 45203. - М., 2016. - 128 с.
