Оценка скоростей потоков неорганических соединений азота через микропланктонное сообщество в Чёрном море по спутниковым данным

Величины потоков неорганических соединений азота являются важнейшей функциональной характеристикой пелагических экосистем, которая тесно связана со структурой пищевой сети и уровнем трофности вод. Особенно актуальна оценка этих потоков в Чёрном море, где устойчивое функционирование экосистемы определяется балансом между поступлением связанного азота с речным стоков и его потерями в процессах денитрификации на границе кислородной и сероводородной зон. Начальным и ключевым звеном трансформации минерального азота является его ассимиляция в процессе первично-продукционного синтеза. Обычные методы определения скоростей потребления нитратов и аммония фитопланктоном, основанные на использовании тяжелого изотопа азота, являются очень трудоемкими. В Черном море такие исследования проводились эпизодически в различные сезоны с 1990 по 2001 гг. в отдельных районах моря (Кривенко, 2008; McCarthy et al., 2007). Полученные результаты свидетельствовали о наличии зависимости между скоростями потребления нитратов и аммония микропланктоном и первично-продукционными характеристиками, в частности содержанием хлорофилла «а». В задачу настоящей работы входила параметризация этих зависимостей с целью оценки пространственной и временной динамики потоков неорганических соединений азота в Чёрном море по данным о содержании хлорофилла «а», используя результаты спутниковых наблюдений. Для определения концентрации хлорофилла «а» в поверхностных водах по спутниковой информации использовали региональный алгоритм (Суслин и др., 2008).
На основе обобщения собственных и литературных данных были рассчитаны параметры уравнений, характеризующих изменение скоростей потребления нитратов и аммония микропланктоном в зависимости от содержания хлорофилла «а» в зоне фотосинтеза. Впервые получены закономерности сезонной динамики удельного потребления этих соединений в Чёрном море. Установлено, что вариабельность интегральных скоростей потребления нитратов и аммония фитопланктоном во все сезоны более чем на 50% определяется изменением содержания хлорофилла в зоне фотосинтеза. На протяжении года величина удельного (на единицу хлорофилла) потребления нитратов и аммония фитопланктоном закономерно изменяется в соответствии с сезонной динамикой факторов среды (температура, свет, обеспеченность биогенными элементами). Дано методологическое обоснование использования полученных зависимостей для расчета скоростей потребления неорганических соединений азота черноморским фитопланктоном по данным спутниковых наблюдений.
На основе данных спутниковой информации о содержании фотосинтетических активных пигментов в зоне фотосинтеза рассчитаны величины потоков неорганических соединений азота в отдельных районах Чёрного моря. По результатам расчетов впервые дана оценка внутри- и межгодовой изменчивости потоков за период 1998 – 2012 годов. Показано, что уровень сезонной изменчивости скоростей потребления на всей акватории моря существенно выше их межгодовой вариабельности. Выделены пять областей моря с однотипным характером межгодовой динамики потоков азота. Для них рассчитаны долговременные ряды среднегодовых значений, соответствующие границам устойчивого функционирования пищевой цепи в районах, отличающихся механизмом поступления биогенных элементов в зону фотосинтеза. Поток потребления неорганических соединений азота фитопланктоном в Черном море в среднем за исследованный период составил (6.3±0.4) млн. т N в год. Величина соответствует рассчитанным ранее значениям потоков поступления неорганических соединений азота в зону фотосинтеза Чёрного моря за счет процессов вертикального водообмена, их регенерации в водной толще, речного и берегового стока, а также атмосферных осадков.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №14-45-01594 р_юг_а.
Кривенко О. В., 2008, Морск.эколог.журн., Т.7 № 4, С.13 – 26.
Суслин В.В., Т.Я. Чурилова, Х.М. Сосик , 2008, Морск.эколог.журн., Т.7 № 2, С. 24-42.
McCarthy J.J., A.Yilmaz et. al, 2007, Est. Coast. and Shelf Science,V.74, P. 493 – 514.