Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 710-726
Режим биогенных элементов Черного моря
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-6-710-726Аннотация
Цель. Одна из ключевых характеристик качества вод и устойчивости морских экосистем – поступление биогенных элементов, которые являются основными факторами цветения фитопланктона. С середины ХХ в. в северо-западной части Черного моря и на западном шельфе произошли значительные изменения содержания биогенных элементов, проявившиеся в увеличении концентрации неорганического азота и фосфора и уменьшении содержания растворенного кремния, что привело к мощной антропогенной эвтрофикации вышеуказанных районов. Целью работы является оценка современного состояния Черного моря на основе данных о распределении и динамике биогенных элементов в поверхностном слое вод.
Методы и результаты. Выполнен анализ данных, полученных в 2016–2019 гг. в ходе экспедиционных исследований на НИС «Профессор Водяницкий». Основными районами исследований были глубоководная часть Черного моря, а также крымский и кавказский секторы экономической зоны России. По полученным данным прослеживается значительная изменчивость концентрации биогенных элементов как в прибрежных, так и в открытых районах моря.
Выводы. Отмечено снижение концентрации биогенных элементов в период 2016–2019 гг. по сравнению с 2009–2014 гг., что может указывать на снижение уровня эвтрофикации и улучшение качества вод Черного моря. Наблюдается внутригодовая изменчивость концентрации биогенных элементов в поверхностном слое вод моря. В пространственной изменчивости концентрации биогенных элементов в этом слое выраженных особенностей не выявлено. Предположено, что в центральной глубоководной части моря их концентрации определялись преимущественно физическими процессами переноса вод. Повышенные концентрации биогенных элементов в прибрежных районах помимо физического переноса, вероятно, связаны также с влиянием антропогенного фактора – поступлением биогенных элементов с береговыми источниками либо с их образованием в результате биогеохимических процессов с участием органического вещества.
Список литературы
1. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 210 с.
2. Dineva S. Black Sea water environment along the Bulgarian coast // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2013. Vol. 19 (Suppl. 1). Р. 6–11.
3. Black Sea Observing System / A. Palazov [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2019. Vol. 6. 315. doi: 10.3389/fmars.2019.00315
4. Белокопытов В. Н., Фомин В. В., Ингеров А. В. О комплексных исследованиях опасных природных явлений в Азово-Черноморском бассейне // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 3. С. 32–48. doi:10.22449/0233-7584-2017-3-32-48
5. Nutrient and phytoplankton trends on the western Black Sea shelf in response to cultural eutrophication and climate changes / O. Yunev [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2007. Vol. 74, iss. 1. P. 63–76. doi:10.1016/j.ecss.2007.03.030
6. Decline of the Black Sea oxygen inventory / A. Capet [et al.] // Biogeosciences. 2016. Vol. 13. P. 1287–1297. doi:10.5194/bg-13-1287-2016
7. Interannual variability of the Black Sea Proper oxygen and nutrients regime: The role of climatic and anthropogenic forcing / S. Pakhomova [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2014. Vol. 140. P. 134–145. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2013.10.006
8. Oxic, suboxic, and anoxic conditions in the Black Sea / K. Stewart [et al.] // The Black Sea Flood Question: Changes in Coastline, Climate, and Human Settlement / Eds. A. Gilbert, V. Yanko-Hombach, N. Panin. Dordrecht : Springer, 2007. P. 1–21. doi:10.1007/978-1-4020-5302-3_1
9. Processes controlling the redox budget for the oxic/anoxic water column of the Black Sea / S. K. Konovalov [et al.] // Deep-Sea Res. Part II. Tropical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53. P. 1817–1841. doi:10.1016/j.dsr2.2006.03.013
10. Konovalov S.K., Murray J.W. Variations in the chemistry of the Black Sea on a time scale of decades (1960–1995) // Journal of Marine Systems. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 217–243. doi:10.1016/S0924-7963(01)00054-9
11. State of the Environment of the Black Sea Report 2009–2014/5 / Ed. A. Krutov. Publications of the Commission on the Protection of the Black Sea Against Pollution (BSC). Istanbul, Turkey, 2019. 811 p. URL: http://blacksea-commission.org/SoE2009-2014/SoE2009-2014.pdf (date of access 13.02.2021).
12. Europe. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability / J. Alcamo [et al.] // Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. M. L. Parry, O. F. Canziani, J. P. Palutikof, P.J. van der Linden, C. E. Hanson. Cambridge, UK : Cambridge University Press, 2007. P. 541–580. URL: https://www.researchgate.net/publication/271906999_Chapter_12-_Europe (date of access 01.03.2021).
13. Dineva S. Climate Change: outcomes related to the Black Sea // MWWD 2010 – 6th International Conference on Marine Waste Water Discharges and Coastal Environment, 25–29 October, 2010, Langkawi, Malaysia : proceedings of conference / Ed. C. Avanzini. MWWD Organization, 2010.
14. Climatic warming and accompanying changes in the ecological regime of the Black Sea during 1990s / T. Oguz [et al.] // Global Biogeochemical Cycles. 2003. Vol. 17, iss. 3. 1088. doi:10.1029/2003GB002031
15. The assessment of stocks of annual squid species / A. A. Rosenberg [et al.] // Fisheries Research. 1990. Vol. 8, iss. 4. P. 335-350. https://doi.org/10.1016/0165-7836(90)90003-E
16. Alternation of diatoms and coccolithophores in the north-eastern Black Sea: a response to nutrient changes // A. S. Mikaelyan [et al.] // Hydrobiologia. 2015. Vol. 755. P. 89–105. doi:10.1007/s10750-015-2219-z
17. Zaitsev Yu., Mamaev V. Marine biological diversity in the Black Sea: a study of change and decline. Programme for the Environmental Management and Protection of the Black Sea. New York : United Nations Publications, 1997. 217 p.
18. Современные методы гидрохимических исследований океана / Отв. ред. О. К. Бордовский, А. М. Чернякова. М. : ИО РАН, 1992. 201 с.
19. Solórzano L. Determination of ammonia in natural waters by phenolhypochlorite method // Limnology and Oceanography. 1969. Vol. 14, iss. 5. P. 799-801. https://doi.org/10.4319/lo.1969.14.5.0799
20. Циркуляция вод в северной части Черного моря летом – зимой 2018 года / Ю. В. Артамонов [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. Вып. 1. С. 69–90. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-69-90
21. Петренко О. А., Жугайло С. С., Авдеева Т. М. Результаты многолетних исследований уровня загрязнения морской среды Азово-Черноморского рыбохозяйственного бассейна // Труды ЮгНИРО. 2015. Т. 53. С. 4-18.
22. Термохалинный режим акватории Каркинитского залива и экологические последствия природопользования / В. А. Иванов [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 3. С. 22–33. doi:10.22449/2413-5577-2018-3-22-33
23. Мельникова Т. Н. Мониторинг химического состава вод бассейна реки Кубани // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 11-1. С. 52-53.
24. Кудымова А. В., Мамась Н. Н. Экологическая ситуация реки Афипс в поселке Афипском Северского района // Сборник статей по материалам Х Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 120-летию И. С. Косенко, «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» / Отв. за вып. А. Г. Кощаев. 2017. С. 1808-1809.
25. Структура вод в зоне Основного Черноморского течения весной и летом 2017 г. (94-й, 95-й рейсы НИС "Профессор Водяницкий") / Ю. В. Артамонов [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. Вып. 1. С. 16–28. doi:10.22449/2413-5577-2019-1-16-28
26. Drivers of the autumn phytoplankton development in the open Black Sea / A. S Mikaelyan [et al.] // Journal of Marine Systems. 2017. Vol. 174. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2017.05.006
27. Cokacar T., Oguz T., Kubilay N. Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea // Deep-Sea Research Part I. 2004. Vol. 51. P. 1017–1031. doi:10.1016/j.dsr.2004.03.007
28. Mechanisms of regulation of invasive processes in phytoplankton on the example of the north-eastern part of the Black Sea / V. A. Silkin [et al.] //Aquatic Ecology. 2016. Vol. 50. P. 221–234. https://doi.org/10.1007/s10452-016-9570-7
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 710-726
Nutrients Dynamics in the Surface Waters of the Black Sea
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-6-710-726Abstract
Purpose. One of the key characteristics of water quality and marine ecosystems’ sustainability is nutrients supply, which are the main factors of phytoplankton bloom. Since the mid 20th century, in the northwestern Black Sea and on its western shelf, significant changes in nutrients concentrations took place, which were manifested in increase of the inorganic nitrogen and phosphorus concentrations, and decrease of the dissolved silicon content, that in its turn, led to a strong anthropogenic eutrophication of the above-mentioned regions. The aim of the work is to assess the current state of the Black Sea based on the data on the nutrients distribution and dynamics in the surface water layer.
Methods and Results. The data obtained in the cruises of R/V “Professor Vodyanitsky” in 2016–2019 were analyzed. The main regions under study included the deep part of the Black Sea, as well as the Crimean and Caucasian sectors of the economic zone of Russia. The data obtained showed significant variability in the nutrients concentration both in the coastal and open areas.
Conclusions. A decrease of nutrients concentration in 2016–2019 as compared to that in 2009–2014 was noted, that can indicate a decrease in the eutrophication degree and an improvement of the Black Sea waters quality. Intra-annual variability of the nutrients concentration in the sea surface layer is observed. No pronounced features in spatial variability of the nutrients concentration in this layer were revealed. It is assumed that in the central deep part of the sea, their concentrations are conditioned mainly by the physical processes of water transfer. In addition to physical transport, the increased nutrients concentrations in the coastal areas are, probably, also related to influence of the anthropogenic factor, namely inflow of nutrients from the coastal sources or their formation resulting from the biogeochemical processes which include organic matter.
References
1. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2011. 210 s.
2. Dineva S. Black Sea water environment along the Bulgarian coast // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2013. Vol. 19 (Suppl. 1). R. 6–11.
3. Black Sea Observing System / A. Palazov [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2019. Vol. 6. 315. doi: 10.3389/fmars.2019.00315
4. Belokopytov V. N., Fomin V. V., Ingerov A. V. O kompleksnykh issledovaniyakh opasnykh prirodnykh yavlenii v Azovo-Chernomorskom basseine // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 3. S. 32–48. doi:10.22449/0233-7584-2017-3-32-48
5. Nutrient and phytoplankton trends on the western Black Sea shelf in response to cultural eutrophication and climate changes / O. Yunev [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2007. Vol. 74, iss. 1. P. 63–76. doi:10.1016/j.ecss.2007.03.030
6. Decline of the Black Sea oxygen inventory / A. Capet [et al.] // Biogeosciences. 2016. Vol. 13. P. 1287–1297. doi:10.5194/bg-13-1287-2016
7. Interannual variability of the Black Sea Proper oxygen and nutrients regime: The role of climatic and anthropogenic forcing / S. Pakhomova [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2014. Vol. 140. P. 134–145. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2013.10.006
8. Oxic, suboxic, and anoxic conditions in the Black Sea / K. Stewart [et al.] // The Black Sea Flood Question: Changes in Coastline, Climate, and Human Settlement / Eds. A. Gilbert, V. Yanko-Hombach, N. Panin. Dordrecht : Springer, 2007. P. 1–21. doi:10.1007/978-1-4020-5302-3_1
9. Processes controlling the redox budget for the oxic/anoxic water column of the Black Sea / S. K. Konovalov [et al.] // Deep-Sea Res. Part II. Tropical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53. P. 1817–1841. doi:10.1016/j.dsr2.2006.03.013
10. Konovalov S.K., Murray J.W. Variations in the chemistry of the Black Sea on a time scale of decades (1960–1995) // Journal of Marine Systems. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 217–243. doi:10.1016/S0924-7963(01)00054-9
11. State of the Environment of the Black Sea Report 2009–2014/5 / Ed. A. Krutov. Publications of the Commission on the Protection of the Black Sea Against Pollution (BSC). Istanbul, Turkey, 2019. 811 p. URL: http://blacksea-commission.org/SoE2009-2014/SoE2009-2014.pdf (date of access 13.02.2021).
12. Europe. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability / J. Alcamo [et al.] // Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. M. L. Parry, O. F. Canziani, J. P. Palutikof, P.J. van der Linden, C. E. Hanson. Cambridge, UK : Cambridge University Press, 2007. P. 541–580. URL: https://www.researchgate.net/publication/271906999_Chapter_12-_Europe (date of access 01.03.2021).
13. Dineva S. Climate Change: outcomes related to the Black Sea // MWWD 2010 – 6th International Conference on Marine Waste Water Discharges and Coastal Environment, 25–29 October, 2010, Langkawi, Malaysia : proceedings of conference / Ed. C. Avanzini. MWWD Organization, 2010.
14. Climatic warming and accompanying changes in the ecological regime of the Black Sea during 1990s / T. Oguz [et al.] // Global Biogeochemical Cycles. 2003. Vol. 17, iss. 3. 1088. doi:10.1029/2003GB002031
15. The assessment of stocks of annual squid species / A. A. Rosenberg [et al.] // Fisheries Research. 1990. Vol. 8, iss. 4. P. 335-350. https://doi.org/10.1016/0165-7836(90)90003-E
16. Alternation of diatoms and coccolithophores in the north-eastern Black Sea: a response to nutrient changes // A. S. Mikaelyan [et al.] // Hydrobiologia. 2015. Vol. 755. P. 89–105. doi:10.1007/s10750-015-2219-z
17. Zaitsev Yu., Mamaev V. Marine biological diversity in the Black Sea: a study of change and decline. Programme for the Environmental Management and Protection of the Black Sea. New York : United Nations Publications, 1997. 217 p.
18. Sovremennye metody gidrokhimicheskikh issledovanii okeana / Otv. red. O. K. Bordovskii, A. M. Chernyakova. M. : IO RAN, 1992. 201 s.
19. Solórzano L. Determination of ammonia in natural waters by phenolhypochlorite method // Limnology and Oceanography. 1969. Vol. 14, iss. 5. P. 799-801. https://doi.org/10.4319/lo.1969.14.5.0799
20. Tsirkulyatsiya vod v severnoi chasti Chernogo morya letom – zimoi 2018 goda / Yu. V. Artamonov [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2020. Vyp. 1. S. 69–90. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-69-90
21. Petrenko O. A., Zhugailo S. S., Avdeeva T. M. Rezul'taty mnogoletnikh issledovanii urovnya zagryazneniya morskoi sredy Azovo-Chernomorskogo rybokhozyaistvennogo basseina // Trudy YugNIRO. 2015. T. 53. S. 4-18.
22. Termokhalinnyi rezhim akvatorii Karkinitskogo zaliva i ekologicheskie posledstviya prirodopol'zovaniya / V. A. Ivanov [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2018. Vyp. 3. S. 22–33. doi:10.22449/2413-5577-2018-3-22-33
23. Mel'nikova T. N. Monitoring khimicheskogo sostava vod basseina reki Kubani // Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2013. № 11-1. S. 52-53.
24. Kudymova A. V., Mamas' N. N. Ekologicheskaya situatsiya reki Afips v poselke Afipskom Severskogo raiona // Sbornik statei po materialam Kh Vserossiiskoi konferentsii molodykh uchenykh, posvyashchennoi 120-letiyu I. S. Kosenko, «Nauchnoe obespechenie agropromyshlennogo kompleksa» / Otv. za vyp. A. G. Koshchaev. 2017. S. 1808-1809.
25. Struktura vod v zone Osnovnogo Chernomorskogo techeniya vesnoi i letom 2017 g. (94-i, 95-i reisy NIS "Professor Vodyanitskii") / Yu. V. Artamonov [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2019. Vyp. 1. S. 16–28. doi:10.22449/2413-5577-2019-1-16-28
26. Drivers of the autumn phytoplankton development in the open Black Sea / A. S Mikaelyan [et al.] // Journal of Marine Systems. 2017. Vol. 174. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2017.05.006
27. Cokacar T., Oguz T., Kubilay N. Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea // Deep-Sea Research Part I. 2004. Vol. 51. P. 1017–1031. doi:10.1016/j.dsr.2004.03.007
28. Mechanisms of regulation of invasive processes in phytoplankton on the example of the north-eastern part of the Black Sea / V. A. Silkin [et al.] //Aquatic Ecology. 2016. Vol. 50. P. 221–234. https://doi.org/10.1007/s10452-016-9570-7
