Нитраты

Содержание азота в значительной степени определяет жизнь моря, поскольку именно концентрации неорганического азота, как правило, лимитируют фотосинтез. Его соединения в морской воде (по сравнению с другими гидрохимическими элементами) являются наиболее сложными вследствие существования различных форм валентности и многообразия органических соединений. При интенсивном фотосинтезе неорганический азот может быть полностью ассимилирован, в связи с чем, фотосинтез приостанавливается (Алекин, Ляхин, 1984).

Основным источником нитратов является нитрификация органического вещества, регенерация (обратный переход азота из сложных органических соединений в минеральные формы), сток рек, сброс промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Часть азота поступает с атмосферными осадками. Расходуются нитраты в процессе фотосинтеза (будучи одним из главных компонентов питания фитопланктона), денитрификации, при переходе органического азота с детритом в донные отложения. При интенсивном фотосинтезе неорганический азот может быть полностью ассимилирован, в связи с чем фотосинтез приостанавливается (Алекин, Ляхин, 1984; Берникова, 1980).

В отличие от гидрохимических параметров (растворенный кислород, фосфаты, силикаты), представленных выше, для анализа закономерностей распределения концентрации нитратов использованы данные станций стандартной сети Общегосударственной системы наблюдений (ОГСН) в Амурском и Уссурийском заливах за 1990–2005 гг. Как правило, наблюдения выполнялись ежемесячно с апреля по октябрь на горизонтах 0, 10, 20, 40, 50 м и придонном. Так как исходные данные для ноября и декабря недостаточны для обобщения (2–3 года), эти месяцы не рассматривались. Обработаны данные 639 станций, расположенных в Амурском заливе, и 405 – в Уссурийском.

Вертикальное распределение

При рассмотрении вертикальной изменчивости не учитывались данные станций 11 и 12 (северная часть Амурского залива) и станции 104 (Уссурийский залив) из-за мелководности этих участков.

В центральной части Амурского залива (ст. 16, 24, 28, 52) выделены два типа вертикального распределения концентрации нитратов (Рисунок 36 а). Отличительной чертой первого типа, как и в большинстве регионов Мирового океана, является повышение концентрации нитратов с увеличением глубины с июня по сентябрь. Второй тип распределения проявляется весной (апрель–май) и осенью (октябрь). Весной максимальные концентрации нитратов на поверхности отмечаются после таяния льда. Осенью из-за термической конвекции и ветрового перемешивания образуется верхний 20-метровый квазиоднородный слой. Повышенное содержание в нем концентрации нитратов обусловлено увеличением речного стока и осадками в августе-сентябре. Далее наблюдается уменьшение концентрации нитратов в направлении дна.

Вертикальное распределение концентрации нитратов южной части Амурского залива (ст. 35, 37, 39) формируется в результате интенсивного водообмена через проливы с Уссурийским заливом и с открытой частью залива Петра Великого, поэтому здесь воды хорошо перемешены от поверхности до дна, разность концентраций нитратов по вертикали менее существенна (Рисунок 36 б) (Fayman, 2003).

Рисунок 36 - Вертикальное распределение нитратов (мкг/л) в отдельных районах залива Петра Великого: а – распределение нитратов в центральной части Амурского залива, б – в южной части Амурского залива, в – в Уссурийском заливе, г – схема распределения станций. Условные обозначения: 1 – апрель, 2 – май, 3 - июнь, 4 – июль, 5 – август, 6 – сентябрь, 7 – октябрь

В апреле воды южной части Амурского залива полностью освобождаются ото льда и максимальные концентрации нитратов наблюдаются на поверхности. В мае и октябре за счет «цветения» фитопланктона в верхнем слое поверхностный максимум концентрации нитратов располагается на глубине 10 м (Рисунок 36 б).

В июле–августе, по мере увеличения толщины верхнего квазиоднородного слоя и потребления нитратов в процессе фотосинтеза, происходит постепенное перемещение интенсивного развития фитопланктона на подповерхностные горизонты. Одновременное увеличение количества осадков и материкового стока в данный период приводит к росту концентрации нитратов на поверхности. Эти два фактора - фотосинтез и материковый сток - являются основными при образовании в этот период подповерхностного минимума на глубине 10 м. В сентябре концентрация нитратов от поверхности до дна плавно увеличивается (Рисунок 35 б).

Графики вертикального распределения концентрации нитратов по всем станциям Уссурийского залива были схожими, поэтому данные осреднены по всему заливу. Для исследуемой акватории характерны три типа распределения концентрации нитратов (Рисунок 36 в). В первом типе, как и в Амурском заливе, концентрации нитратов увеличиваются с приближением ко дну, поскольку на поверхности происходят продукционные процессы, а у дна – деструкционные. Такая картина наблюдается в апреле, мае, июле и сентябре (Рисунок 36 в).

При втором типе максимальные концентрации нитратов наблюдаются на поверхности в августе. Это обусловлено наибольшим количеством осадков в этот месяц (Климат Владивостока, 1983), в результате чего нитраты с материковым стоком и из атмосферы поступают на поверхность залива.

Для третьего характерно наличие подповерхностного максимума на глубине 20 м (Рисунок 35 в) в июне и октябре из-за «цветения» фитопланктона в верхнем слое залива. Воды Уссурийского залива более прозрачные (вследствие отсутствия мощного речного стока), чем Амурского, и нитраты в поверхностном слое расходуются в процессе фотосинтеза. На глубине происходит регенерация, поэтому на горизонте 20 м концентрация нитратов увеличивается.

Сезонная изменчивость

Режим распределения концентрации нитратов в фотическом слое морей подвержен закономерной внутригодовой изменчивости и согласуется с динамикой биомассы фитопланктона. Весной рост фитопланктона уменьшает содержание нитратов. Осенью их концентрации возрастают за счет ослабления фотосинтеза, минерализации органического вещества и вертикальной конвекции (Алекин, Ляхин, 1984).

По средним многолетним данным, в Уссурийском заливе не наблюдается четко выраженного сезонного хода концентрации нитратов (Рисунок 37). Характерно чередование локальных экстремумов на всех точках осреднения данных.

В апреле в водах залива, только что освободившегося ото льда, отмечается повышенная концентрация нитратов. По мере развития фитопланктона их содержание уменьшается. В июне и августе оно увеличивается за счет осадков (Климат Владивостока, 1983), а в октябре - за счет ослабления фотосинтеза, минерализации органического вещества и вертикальной конвекции.

Рисунок 37 - Сезонные изменения концентрации нитратов (мкг/л) в водах Уссурийского залива: а – схема распределения станций, б – изменение нитратов

По характеру внутригодового изменения содержания нитратов акваторию Амурского залива можно разделить на три части: северную (ст. 11 и 12), центральную (ст. 16, 24, 28, 52) и южную (ст. 35, 37, 39) (Рисунок 38).

На всей акватории Амурского залива, как и в Уссурийском заливе, в апреле наблюдаются максимальные концентрации нитратов, обусловленные речным и материковым стоком. С мая по сентябрь, по мере развития фитопланктона, содержание нитратов уменьшается (Рисунок 38).

Только в северной части Амурского залива в августе увеличение концентраций нитратов вызвано максимальными осадками (Климат Владивостока, 1983) и речным стоком (Государственный…, 1986) (Рисунок 38 б).

В октябре в северной и центральной частях Амурского залива небольшой рост концентраций нитратов вызван ослаблением фотосинтеза, минерализацией органического вещества и вертикальной конвекцией (Рисунок 38 б, в).

В южной части Амурского залива повышения концентрации нитратов в октябре не отмечено (Рисунок 38 г). Возможно, основной причиной этого является большая по сравнению с северной и центральной частями залива глубина, что препятствует пополнению нитратов из придонного слоя в основную толщу вод в результате ветрового и конвективного перемешивания.

В водах Амурского и Уссурийского заливов размах внутригодовых колебаний нитратов составляет от 4.0 до 5.5 мкг/л (Рисунок 38). Следует отметить, что все вышеизложенное основывается на средних многолетних величинах, которые в отдельные годы могут быть существенно выше или ниже представленных значений.

Рисунок 38 - Сезонные изменения нитратов (мкг/л) в отдельных районах Амурского залива: а – схема распределения станций, б – изменение нитратов в северной, в – в центральной (последний горизонт 15 м), г – в южной частях залива

Пространственно-временное распределение

На пространственное распределение концентрации нитратов в поверхностных водах Амурского и Уссурийского заливов в течение года оказывают влияние материковый сток, развитие фитопланктона, адвекция вод из глубоководной части моря, конвекция и атмосферные осадки. Все эти факторы приводят к тому, что на поверхности обоих заливов в теплый период года сохраняется однотипный характер пространственного распределения концентрации нитратов с максимальным содержанием в прибрежных районах заливов (Рисунок 39).

В прибрежных районах Амурского и Уссурийского заливов максимальные значения концентрации нитратов на поверхности (8–18 мкг/л) характерны для периода с апреля по август, что вызвано материковым стоком. Только в июне в Амурском заливе за счет увеличения разнообразия фитопланктона (Коновалова, 1972), их содержание уменьшается и не превышает 4-6 мкг/л на всей акватории залива. В сентябре-октябре, с началом осеннего «цветения» фитопланктона (Коновалова, 1972), содержание нитратов в прибрежных районах обоих заливов снижается до 3-6 мкг/л (Рисунок 39).

  На горизонтах 10 и 20 м распределение концентрации нитратов имеет свои особенности (Рисунок 40,41).

 

 

Рисунок 39 - Распределение нитратов (мкг/л) на поверхности Амурского и Уссурийского заливов: а – схема распределения станций

 

  

 

 

В Амурском заливе на горизонте 10 м с апреля по октябрь наблюдается неравномерное распределение концентрации нитратов, чередование областей с повышенными и пониженными значениями (Рисунок 40). Возможно, это связано с «пятнистостью цветения» фитопланктона.

На горизонте 20 м с апреля по июль концентрации нитратов увеличиваются по мере продвижения в открытую часть обоих заливов (Рисунок 41), в августе и октябре в Уссурийском заливе и в сентябре в Амурском заливе под влиянием материкового стока – по мере продвижения к северу.

Таким образом, по особенностям вертикального и сезонного распределения концентрации нитратов проведено районирование вод Амурского залива на северную, центральную и южную части. По средним многолетним месячным данным в Уссурийском заливе не наблюдается четко выраженного сезонного хода концентрации нитратов. Характерной чертой внутригодовых изменений концентрации нитратов в Уссурийском заливе является чередование локальных экстремумов. На поверхности обоих заливов в теплый период года сохраняется однотипный характер пространственного распределения концентрации нитратов с максимальным содержанием в прибрежных районах обоих заливов.