Влияние климатообразующих процессов на зообентос Азовского моря и Северного Каспия Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

5. Булыгин Ю.И. и др. Расчет энерго-экологических параметров ДВС «ENGINE» / Свидетельство об официальной рег. ПрЭВМ № 2002610605. М.: РОСПАТЕНТ, 2002.

6. СмайлисВ.И. Малотоксичные дизели. Л., 1972.

7. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. М., 2004.

Ростовский государственный технический университет 24 октября 2005 г.

УДК 574.587 (262.54+262.81)

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ НА ЗООБЕНТОС АЗОВСКОГО МОРЯ И СЕВЕРНОГО КАСПИЯ

© 2005 г. С.В. Сарвилина

It was shown, that zoobenthos biomass decrease in Taganrog bay of Azov sea and Eastern part of Northen Caspian sea was promoted by Western form of atmospheric circulation development. Eastern circulation recurrence intensification promotes the increase of zoobenthos biomass. (G.Ya. Vangengeim typification). Quasi-periodicity lasting from 5-7 to 10-13 years could be traced in long-term zoobenthos biomass alterations.

Изучение бентоса и его многолетней динамики имеет большое научное и практическое значение. Донные сообщества являются индикатором климатических и антропогенных процессов. Многие виды макрозообенто-са являются хорошими адсорбентами тяжелых металлов, токсичных и радиоактивных веществ, т.е. показателями степени загрязнения. Зообен-тос представляет собой одно из основных звеньев трофической цепи и, в частности, служит важным кормовым объектом рыб-бентофагов.

Целью нашей работы является оценка связи многолетней динамики общей биомассы зообентоса с колебаниями гидрометеорологических факторов. Выявление подобных связей создает предпосылки для последующей разработки прогноза изменений биогеоценозов южных морей.

Работа выполнена с применением методов математической статистики. При оценке статистических связей между динамикой зообентоса Азовского моря, а также Северного Каспия и гидрометеорологическими характеристиками (атмосферная циркуляция, речной сток, метеоэлементы, соленость и др.) анализировались ряды наблюдений за указанными показателями в течение последних 50-60 лет различных ведомств и учреждений (РГГМУ, АзНИИРХ, КаспНИРХ, ГОИН, Госкомгидромет, ММБИ КНЦ РАН, ЮНЦ РАН и др.). Использовались и опубликованные материалы [1-8].

Оценка связей между изменениями характера атмосферной циркуляции (АЦ) и колебаниями биомассы зообентоса Азовского моря и Северного Каспия выполняется впервые.

При анализе рассматривались главным образом три периода (1958— 1986, 1987-2004 и 1950-2004 гг.), различающиеся по степени и характеру влияния климатических и антропогенных факторов, а также гидробиологическим условиям формирования донных сообществ.

Исследование закономерностей формирования общей биомассы донных сообществ в первый период показало статистически выраженную на колебания климата реакцию зообентоса Таганрогского залива и менее существенную - зообентоса собственно Азовского моря.

Снижению среднегодовой биомассы зообентоса Таганрогского залива способствует развитие западной формы АЦ (типизация Г.Я. Вангенгей-ма [1]) как в холодный период, так и в целом за год. При этом максимум отрицательной корреляции (г = -0,67.. .-0,70) приходится на сумму дней с указанным типом макропроцессов за рассматриваемый и предшествующие 5 лет. Понижение (г = -0,37.-0,56) общей биомассы зообентоса наблюдается также и в случае развития северного (С) типа АЦ, особенно, если он доминирует в холодное время анализируемого и предшествующих 1-2 лет. Наиболее выражен эффект снижения биомассы зообентоса в Таганрогском заливе в случае развития в анализируемый и предшествующие 1-2 года комбинированной формы W + С (г = -0,62.-0,71). При этом наиболее существенно влияние процессов холодного периода. Причем статистически значима отрицательная корреляция биомассы зообентоса Таганрогского залива уже с повторяемостью типа W + С в рассматриваемый год (г = -0,42.-0,47). Повышению биомассы зообентоса в Таганрогском заливе способствует развитие восточного (Е) типа макропроцессов (г = 0,53.0,56) как в целом за год, так и особенно в холодный период анализируемого и предшествующих 2-3 лет. Причем эффект положительного воздействия формы Е на биомассу проявляется уже в первый год (г = 0,41.0,50).

Приведенные выше связи для Таганрогского залива по характеру свойственны и для биомассы зообентоса Азовского моря, но степень их в большинстве случаев уступает статистически значимой. Тем не менее можно отметить статистически значимую отрицательную корреляцию биомассы моря с повторяемостью формы W + С АЦ (г = -0,32) и положительную (г = 0,33) с Е типом.

Наличие приведенных связей объясняется описанным в работах [2, 3] влиянием атмосферных процессов на изменчивость речного стока, метеоэлементов, океанографических характеристик, определяющих состояние донных сообществ.

Исследованиям связей между динамикой зообентоса и других элементов экосистемы Азовского моря посвящен ряд работ [6-11]. Однако выполнены они преимущественно на качественном уровне. Особенно это относится к оценке влияния речного стока.

Нами выполнена попытка статистической оценки изменений вклада стока рек за отдельные годы и различное число лет. При этом использован наиболее однородный в качественном отношении период с 1958 по 1986 г.

Оказалось, что вклад речного стока в изменения биомассы зообенто-са Таганрогского залива отрицателен и имеет тенденцию к увеличению, если в качестве независимой переменной используется суммарный сток за рассматриваемый и предшествующие годы, достигая максимума (г = -0,85.0,86) для стока за рассматриваемый и предшествующие 5 лет. При этом значительна корреляция и для стока за предшествующие пять лет (г = -0,82.-0,84) (таблица).

Корреляция биомассы зообентоса Таганрогского залива со стоком р. Дон и Кубань (0Д+К)

Год Q+K Год Q+K Год Q+K

период период период

I X-IX VI-V II X-IX VI-V III X-IX VI-V

i -0,22 -0,34 i + ... i - 1 -0,48 -0,59 i - 1 + i - 2 -0,68 -0,71

i - 1 -0,56 -0,66 i + ...i - 2 -0,62 -0,69 i - 1 + ...i - 3 -0,79 -0,80

i - 2 -0,54 -0,6 i + ...i - 3 -0,74 -0,78 i - 1 + ...i - 4 -0,81 -0,83

i - 3 -0,59 -0,59 i + ...i - 4 -0,78 -0,83 i - 1 + ...i - 5 -0,82 -0,84

i - 4 -0,39 -0,44 i + ...i - 5 -0,85 -0,86 i - 1 + ...i - 6 -0,79 -0,77

Примечание. I - за отдельные годы; II - суммарные за рассматриваемый и предшествующие годы; III - различное число предшествующих лет.

Для биомассы зообентоса собственно моря корреляция с речным стоком лишь приближается к значимой (г = -0,30.-0,48).

Корреляция зообентоса с соленостью положительна (г = 0,48.0,76), а с температурой и ветром статистически не значима.

Для последних 15-20 лет характер рассмотренных корреляционных связей в целом сохраняется, но уровень их в большинстве случаев статистически не значим. Причина заключается, видимо, в следующем. Во-первых, степень изменчивости всех факторов, в том числе и форм АЦ, существенно уменьшилась по сравнению с предшествующим периодом. Следствием стало и понижение вариабельности биомассы зообентоса. Во-вторых, ряд наблюдений за биомассой зообентоса стал качественно менее однородным в связи с массовым развитием вселившихся в 1970-1980 гг. из Черного моря морских видов и расширением их ареалов.

Для всего анализируемого периода (1950-2004 гг.) уровень статистических связей между рассматриваемыми характеристиками системы атмосфера - гидросфера - биосфера выше, чем для 1987-2004 гг., но уступает соответствующим показателям периода 1958-1986 гг. В частности, отрицательное влияние притока речных вод статистически оценивается для зообентоса Таганрогского залива меньшими коэффициентами корреляции (г = -0,62.-0,66). Степень положительного воздействия солености также менее существенно, но остается статистически значимым (г = 0,33). Положительный эффект воздействия Е и отрицательный W + С типов макропроцессов на биомассу зообентоса сохраняются для всего анализируемого

периода, но выражены они не столь значительно (г = 0,30...0,40 и г = -0,31 .-0,41), как в 1958-1986 гг.

Схожий характер структурных связей донных сообществ с климатооб-разующими процессами свойственен и Северному Каспию.

В частности, на основе анализа данных [4] за июнь 1950-1986 гг. нами установлено, что биомасса прибрежных и солоноватоводных форм бентоса восточной части Северного Каспия уменьшается (г = -0,35 .-0,47) в периоды развития комбинированной формы W+C АЦ и, наоборот, возрастает (г = 0,44.0,50) в случаях усиления повторяемости Е типа макропроцессов. Для биомассы морских форм бентоса реакция на развитие формы W + С и типа Е по характеру аналогична, но выражена более четко (г = -0,70.-0,73 и г = 0,70.0,71). При этом степень отрицательного влияния W формы АЦ статистически вдвое существеннее, чем С (г = -0,72 .-0,73 и г = -0,36).

Для определения тенденций и периодов с повышенными и пониженными значениями в многолетних (1950-2004 гг.) колебаниях общей биомассы зообентоса использовался метод нормированных разностных интегральных кривых модульных коэффициентов и метод оценки линейных трендов.

Для всего периода (1950-2004 гг.) установлены слабо выраженные тенденции понижения (31 г/м2, или 11 %) биомасс зообентоса в море и повышения (27 г/м2, или 22 %) в Таганрогском заливе. Указанные тенденции в целом отражают влияние изменений формирующих факторов.

Для 1950-2004 гг. положительный до середины 80-х гг. тренд в колебаниях солености сменился на отрицательный (1,1 %о). В последние 1520 лет наблюдается повышение стока рек (особенно р. Кубань), распрес-нение Азовского моря до 10-11 %о, ветровая депрессия, повышение температуры вод и первичного продуцирования органического вещества и резкое ухудшение кислородного режима. Связано это со сменой макроцир-куляционных эпох в 50-60-х ^ на Е) и 70-80-х (Е на W) гг. XX в. [2, 3].

Для W формы АЦ, способствующей снижению биомассы зообентоса в Таганрогском заливе, с начала 1950-х до середины 1980-х гг. было характерно уменьшение повторяемости, а в дальнейшем рост, главным образом в зимнее время. Е типу макропроцессов, который способствует росту биомассы зообентоса, наоборот, свойственно увеличение в первый период, а во второй - уменьшение.

Анализ колебаний биомассы зообентоса в Таганрогском заливе в период с 1950 по 2004 г. (рис. 1) позволяет выделить два четко выраженных периода: с пониженными значениями (1954-1968) и повышенными (19691978). К менее выраженным периодам с повышенными и пониженными величинами биомассы зообентоса могут быть отнесены соответственно 1987-1999 и 2000-2004 гг. В Азовском море периодичность биомассы зообентоса выражена слабее. К периодам продолжительностью три года и более с пониженными значениями можно отнести 1953-1955; 1969-1975;

1981-1992; 1998-2000 и 2002-2004 гг. Повышенными биомассами отличаются 1956-1958, 1964-1968, 1976-1980 гг.

Г(К-1) д

Cv А

20 15 10 5

о

-51 -10 -15 ■20 -25

E(jf-1)

Cv 20

г хч

ж X ж * *хж*Х * к X

950 ^ 160 rfo ** 1ШВП _1 _2( ж** yhjf

\ \ г XXх

L Ж *Ж*)Ц М+С S-...... I *

кяк

VV

1(К-1)

* . *

150 Г S щ. юо

Али

'50 )60 1970 / 1980 1990 2000

БаеJ

Рис. 1. Нормированные разностные интегральные кривые модульных коэффициентов: А — повторяемости в холодное время рассматриваемого года и пяти предшествующих лет западной (Ш) и восточной (Е); в рассматриваемый год и два предшествующих северной (С) и комбинированной (Ш + С) форм АЦ; Б — суммарного годового (октябрь-сентябрь) за рассматриваемый и 5 предшествующих лет стока р. Дон и Кубань (0Д+К), р. Дон (0Д), солености Таганрогского залива (БТз) и Азовского моря (3Азм); В — среднегодовой биомассы зообентоса (БзбАзм — собственно Азовского моря; БзбТз — Таганрогского залива)

В большинстве случаев изменения биомассы зообентоса имеют удовлетворительную синхронность либо асинхронность с колебаниями формирующих факторов, сопряженность их в море выражена менее четко, чем в Таганрогском заливе.

Степень ее по указанным ранее причинам в последние годы снижается. Это обстоятельство требует дальнейших более углубленных исследований климатообусловленных и антропогенных закономерностей формирования донных сообществ, в частности, рассмотрения вклада в течение океанографических и биологических процессов в Азовском море дополнительных факторов.

В Северном Каспии удовлетворительная степень сопряженности с формирующими факторами (АЦ, речной сток, соленость и др.) характерна июньским биомассам морских, пресноводных и солоноватоводных видов в восточной части (рис. 2).

В многолетних (1950-1987 гг.) колебаниях биомассы морских видов в восточной части Северного Каспия хорошо прослеживается два периода. Первый (с пониженными значениями) длился с 1950 по 1967 г., второй (с повышенными) продолжался с 1976 по 1987 г. В крупномасштабных изменениях пресноводных и солоноватоводных видов периодичность выражена несколько слабее. Тем не менее здесь также можно выделить два основных периода: пониженных величин с 1950 по 1968 г. и повышенных в последующие годы. Наиболее удовлетворительно эти периоды согласуются с развитием форм W и W + С (до конца 1960-х гг.) и Е (с 1969 до середины 1980-х гг.), а также с преимущественно распре-сненным состоянием Северного Каспия до 1974 г. и осолоненным в дальнейшем, вплоть до середины 1980-х гг. Что касается западной части Северного Каспия, то сопряженность колебаний здесь биомассы зообен-тоса с изменчивостью формирующих факторов прослеживается не столь четко (рис. 2).

Это обстоятельство свидетельствует о более сложном процессе формирования в указанном районе донных сообществ, вызывающем необходимость дальнейших исследований в этом направлении.

Таким образом, снижению общей биомассы зообентоса Таганрогского залива и восточной части Северного Каспия способствует развитие W формы АЦ, а повышению - усиление повторяемости Е. В многолетних колебаниях биомассы зообентоса прослеживается квазипериодичность продолжительностью от 5-7 до 10-13 лет. В соответствии с направленностью изменений указанных типов АЦ для биомассы зообентоса в большей части 1950-2004 гг. характерна тенденция повышения, а в последнее пятилетие - понижения.

\К1

___

f+C,/

с У

pS^Nj-i 060 1 965 1 970 1Э75 1 936

Е

-

955 1 5мэ gpo^" ТЖ'Ь1^. 1 у^ХЬпсз 970 1975 /1 geo ¿уфь

bMBj

in CS

Рис. 2. Нормированные разностные интегральные кривые модульных коэффициентов: А — повторяемость в холодное время рассматриваемого года и пять предшествующих лет

западной (№) и восточной (Е), рассматриваемого года и двух предшествующих лет северной (С) и комбинированной (№ + С) форм АЦ; Б — соленость северного Каспия (3СК); уровень моря (Н); сток р. Волга (^); В — биомассы зообентоса Северного Каспия в июне: морских видов в восточной (Бмв) и западной (Бмз) частях; пресноводных и солоноватоводных видов в восточной (Бпсв) и западной (Бпсз) частях

Литература

1. Вангенгейм Г.Я. // Метеорология и гидрология. 1938. № 3. С. 38-58.

2. Гаргопа Ю.М. // Закономерности океанографических и биологических процессов в Азовском море. Апатиты, 2000. С. 10-81.

3. Гаргопа Ю.М. Крупномасштабные изменения гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря: Автореф. дис. ... д-ра геогр. наук. Мурманск, 2003.

4. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. СПб., 1991 Т. 5; 1992. Т. 6. Вып. 1; 1996. Т. 6. Вып. 2.

5. Гирс А.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов. Л., 1974.

6. Некрасова М.Я., Хрусталев Ю.П. // Рациональное использование и охрана природных ресурсов бассейнов Черного и Азовского морей. Ростов н/Д, 1988. С. 59-68.

7. Фроленко Л.Н. Зообентос Азовского моря в условиях антропогенных воздействий: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Краснодар, 2000.

8. Фроленко Л.Н., Студеникина Е.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2002. № 4. С. 81-86.

9. Воробьев В.П. Бентос Азовского моря. Симферополь, 1949.

10. Мордухай-Болтовской Ф.Д. // Зоолог. журн. 1939. Т. 18. Вып. 6. С. 989-1009.

11. СтаркИ.Н. // Труды АзНИИРХ. 1960. Т. 1. Вып. 1. С. 167-229.

Азовский филиал Мурманского морского

биологического института,

Южный научный центр РАН 24 октября 2005 г.