Оценка экологического состояния шельфовой зоны арктических морей России

Актуальность работы. В связи с планированием в арктических морях новых видов хозяйственной деятельности человека остаются актуальными исследования по изучению степени загрязненности их акваторий. Особую опасность представляет загрязнение донных осадков, которые не только обладают способностью аккумулировать различные вещества, в том числе и токсиканты, но и могут служит вторичным источником загрязнения.

Традиционные методы химического и физико-химического анализа не позволяют интегрально оценить экологическую обстановку в различных акваториях Мирового океана. Современные антропогенные воздействия на водные экосистемы весьма сложны, и даже при контроле значительного количества абиотических параметров всегда остается сомнение, что какие-либо влиятельные факторы все же остались неучтенными. Наконец, реакция экосистем существенно зависит не только от состава факторов, но и от их взаимодействия. Известно, что суммарная токсичность водной среды может меняться в зависимости от соотношения различных загрязнителей в смесях.

Возникает необходимость использования и разработки новых методов для оценки экологического состояния среды, позволяющих получить интегральную оценку.

В решении данной проблемы ключевую роль может сыграть применение биологических методов. Состояние биоты определяется всем состоянием среды и четко реагирует на негативные воздействия любого происхождения, независимо от их учета и степени изученности.

Информативным и практически удобным объектом для оценки состояния морских экосистем Арктики в условиях загрязнения окружающей среды является бентос. Его высокая информативность в отношении состояния морской среды определяется тем, что по сравнению с другими группами организмов бентос наиболее стабилен во времени, характеризует локальную ситуацию в пространстве, способен представить изменения экосистемы в ретроспективе.

Цель настоящей работы — оценка экологического состояния шельфовой зоны арктических морей России на основе анализа состояния донных экосистем в естественных условиях и при антропогенной нагрузке с использованием различных методов: биоиндикации, биотестирования и многокритериальной оценки.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить структуру и организацию бентосных сообществ в шельфовой зоне арктический морей России.

2. На основании анализа структурных характеристик бентосных сообществ оценить экологическое состояние морских донных экосистем в естественных условиях и в условиях антропогенной нагрузки.

3. Выявить факторы и окружающей среды, определяющие распределение бентосных организмов в арктических морях России.

4. Изучить последствия возможного локального воздействия источников радиоактивного загрязнение на донные сообщества.

5. Выполнить многокритериальную оценку загрязнения морских придонных вод и грунтов как среды обитания мейобентосных организмов.

6. Оценить экологическое состояние морских донных экосистем с помощью метода биотестирования на основе определения интегральной токсичности поровых вод.

В ходе работы над диссертацией были сформулированы, обоснованы и вынесены на защиту следующие основные положения:

1. Оценка экологического состояния морских донных экосистем с помощью биоиндикации.

2. Многокритериальная оценка состояния морских придонных вод и донных осадков в шельфовой зоне арктических морей России.

3. Новый подход в оценке состояния морских донных осадков с использованием метода биотестирования.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. получены новые сведения о пространственном распределении качественных и количественных характеристик бентосных сообществ в шель-фовой зоне арктических морей России.

2. впервые проведена оценка экологического состояния морских донных экосистем на основе анализа структуры и организации сообществ мелких донных организмов (мейбентоса) в естественных условиях и в условиях антропогенной нагрузки.

3. выявлены основные факторы и параметры окружающей среды, формирующие состав и структуру бентосных сообществ в прибрежной зоне морей и эстуариях Российской Арктики в районах повышенного антропогенного воздействия.

4. выполнена многокритериальная оценка состояния морских придонных вод и донных отложений для окраинных морей российского сектора Арктики.

5. впервые получена оценка экологического состояния морских осадков с помощью метода биотестирования на основе определения интегральной токсичности поровых вод.

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы при планировании и проведении долговременного гидробиологического мониторинга в шельфовой зоне арктических морей России. Обширная информация о локализации донных биоценозов может служить материалом для верификации модельных переносов радиоактивных полей от источника загрязнения в различных направлениях. Практическую ценность представляет разработанный и впервые апробированный метод, позволяющий получить интегральную оценку состояния морских грунтов, при проведении исследований, связанных с изучением степени загрязненности донных осадков морских акваторий.

Апробация работы. Основные положения диссертации неоднократно докладывались на: 1) итоговых сессиях ученого совета РГГМУ (2000, 2001, 2002) — 2) международной научной конференции Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон (2002) — 3) Седьмой Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов (2002) — 4) Fifth Workshop on Land Ocean Interactions in Russian Arctic (LOIRA). (Moscow, Russia. 2002) — 5) The Second AMAP International Symposium on Environmental Pollution of the Arctic: Extended Abstract (Rovaniemi, Finland. 2002).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в двух статьях и семи тезисах докладов. Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и включает в себя введение, 6 глав с 54 таблицами и 79 рисунками, заключение, выводы и приложение.

Список литературы

содержит 100 наименований, из которых 24 — на иностранных языках.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

На основании проведенной работы и анализа литературы можно сделать следующие выводы:

1. Таксономический список макробентоса Мурманского мелководья включает 192 вида животных. Разница в количественных характеристиках (по биомассе) в различных сообществах макробентоса составляет несколько порядков величин. В среднем биомасса составляет десятки и сотни грамм на 1 м² площади дна. Распределение макробиоценозов в шельфовой зоне Мурманского мелководья носит мозаичный характер. Их видовая, трофическая и биогеографическая структура определяется характером грунта, направлением придонных течений и процессом седиментогенеза.

2. На обследованной акватории идентифицирован 21 таксон мейобентоса (в основном ранга отряд, класс). Количественные характеристики (плотность поселений и биомасса) мейобентоса, его подразделений и отдельных групп менялись в пределах 2−3 порядков величин. На всей исследуемой акватории, как правило, по численности доминировал эвмейобентос, по биомассе — псевдо-мейобентос. Два важных экологических фактора, которые в большой мере определяют характер пространственного размещения мейобентоса в естественных, ненарушенных средах — это гранулометрический состав грунта и концентрация органического вещества в донных осадках.

3. Сводный индекс состояния придонных вод и донных отложений, рассчитанный на основе интегральных показателей качества морских вод и грунтов, варьировался в пределах от 0,06 до 0,29 (ближе к левой границе класса), при среднем значении 0,12, что соответствует I и III классу качества. Максимальные значения зафиксированы в устье р. Печоры и в районе Новосибирских островов, а минимальные на двух станциях, расположенных вблизи устья р. Индигирки. В целом же можно охарактеризовать исследуемые акватории морей как умеренно загрязненные.

4. В прибрежной зоне морей и эстуариях Российской Арктики, в районах повышенного антропогенного воздействия основными факторами, определяющими пространственное распределение бентосных организмов, являются: а) основные характеристики воды и донных отложений, традиционно рассматриваемые, как наиболее значимые для биоты факторы (соленость, прозрачность, величина водородного показателя, содержание кислорода, гранулометрические характеристикиб) содержание в донных отложениях углеводородов (содержание асфальтенов, в настоящей работе — очевидно антропогенного происхождения) — в) содержание в донных отложениях металлов (Со, N1, Уа, Си) — г) содержание в донных отложениях радионуклидов (226Яа, 40К, 137Сэ), как природного, так и антропогенного происхождения.

5. Анализ структуры и организации сообществ мелких донных организмов (мейбентоса) в естественных условиях и в условиях антропогенной нагрузки показал, что экологическое состояние биоты большей части обследованных акваторий (исключая некоторые прибрежные районы) можно считать близким к среднемноголетней норме. Значительные антропогенные нарушения структуры бентоса (по сравнению с биологической нормой для рассмотренных абиотических условий) отмечены лишь вблизи портовых акваторий (бухта Тикси).

6. При залповом выбросе радионуклидов, которое могло возникнуть при аварии во время подъема, транспортировки или постановки в док АПК «Курск», кратковременное повышение уровня радиации едва ли оказало какое-либо существенное воздействие на локальные донные сообщества, если оценка воздействия производилась бы сразу после аварии. Почти сразу на изменение радиационной обстановки отреагирует лишь мейобентос (мелкие донные организмы размером 0.1−3 мм), изменением биологического разнообразия и количественных характеристик. Крупные донные организмы — макробентос — будут накапливать радионуклиды в своих организмах в течение какого-то послеаврийного периода.

7. Перспективным методом экспресс-оценки экологического состояния морских донных осадков является применение метода биотестирования на основе определение интегральной токсичности поровых вод. Определение интегральной токсичности морских донных осадков в Кольском заливе и сопредельных водах Баренцева моря показало, что ее пространственное распределение характеризуется уменьшением по мере продвижения к открытой части моря. Следовательно, ее уровень определяется близостью к источнику загрязнения.

БЛАГОДАРНОСТИ.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю — доктору биологических наук, профессору В. В. Гальцовой за направление исследований и поддержку в написании диссертацииискреннюю признательность По-гребову В.Г. за предоставленные материалы, собранные в ходе экспедиции МЭРА-95, сотруднику лаборатории Морских исследований ЗИН РАН к.б.н. Кулангиевой Л. В., сотруднику кафедры Прикладной экологии РГГМУ Гутни-ченко В.Г. за научные консультации и конкретную помощь во время работы над диссертацией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведены комплексные исследования по оценке экологического состояния шельфовой зоны арктических морей России с использованием методов биондикации, биотестирования и метода сводных показателей.

В качестве индикатора экологического состояния морских донных экосистем использовался мейобентос — своеобразный комплекс мелких донных животных, приспособившийся к условиям существования в капиллярных пространствах между частицами грунта. Мейобентосные организмы обладают рядом преимуществ перед макробентосом, что делает их очень удобным объектом для мониторинговых исследований. В ходе нашего исследования удалось установить, что мейобентос быстрее реагирует на радиоактивное загрязнение путем изменения своего таксономического разнообразия и количественных характеристик, а макробентос — более инертный компонент, менее подверженный воздействию этого фактора.

Значительные изменения качественных и количественных характеристик мейобентосных сообществ зафиксированы в районах основных портов вдоль трассы Северного Морского Пути (Амдерма, Диксон, Тикси, Певек). Развитие промышленных и хозяйственных предприятий прибрежных городов, быстрый рост численности населения, вероятно, привели к большим объемам организованных промышленных и хозяйственно-бытовых стоков.

Полученные результаты подтверждаются другими нашими исследованиями, проведенными в Кольском заливе и сопредельных водах Баренцева моря. Согласно этим данным происходит уменьшения уровня интегральной токсичности морских донных осадков по мере продвижения к открытой части моря. Кольский залив является одновременно местом разгрузки наземной водной системы, районом интенсивного судоходства и местом расположения целого ряда крупных гражданских и военных портов. Загрязнение распространяется по всей акватории залива и выносится в открытое море.

Рассчитанный на основе натурных данных и действующих нормативов ПДК сводный индекс, характеризующий состояние морских придонных вод и грунтов в шельфовой зоне арктических морей России, свидетельствует о загрязненной среде (И — класс качества). В дальнейшем планируется продолжить работу в этом направлении, в частности, произвести многокритериальную оценку состояния морских донных отложений с учетом токсичности и подвижности тяжелых металлов.

Рекомендуется проводить долгосрочный экологический мониторинг в районах повышенного антропогенного воздействия: районы с оживленным судоходствомразгрузки крупных наземных водных систем, транспортирующих промышленные и бытовые стокиакватории портов. При этом в программу мониторинга следует включать мейобентосные организмы в качестве информативного и практически удобного объекта для оценки экологического состояния морских донных экосистем. К факторам среды, требующим особого внимания при проведении мониторинга в морях Российской Арктики, следует отнести: органические соединения, металлы (N1, Со, V, Си) и содержание искусственных.

137 радионуклидов Сб.

Особое внимание стоить обратить на загрязнение Енисейского залива це-зием-137.