Nitrogen and Phosphorus Compounds in Atmospheric Dep-osition in Sevastopol, 2015–2023

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Purpose. The purpose of the work is to estimate the long-term variations in concentration and flux of nutrients (inorganic nitrogen and inorganic phosphorus) in atmospheric deposition in Sevastopol.

Methods and Results. During 2015–2023, the samples of atmospheric deposition in Sevastopol were collected to analyze the concentration of dissolved forms of inorganic nitrogen (nitrate, nitrite and ammonium) and phosphorus. For each precipitation event, two types of samplers were used – the open and wet-only ones. Laboratory analysis of the collected samples was carried out in FSBSI FRC “Marine Hydrophysical Institute”. A total of 1264 samples of atmospheric deposition were analyzed. The maximum content of nutrients was determined in the samples with minimum precipitation amount, or after a long dry period. The Concentrations of inorganic forms of nitrogen from the open sampler were 1.3 times higher than those from the wet-only one. The phosphorus content in the open sampler exceeded that in the wet-only one by 3 times. The increased concentrations of ammonium in atmospheric deposition were revealed in spring, while those of nitrates – in fall-winter. The phosphorus flux in the samples from the open sampler reached its maximum value in autumn and exceeded the winter flux by 2.3 times.

Conclusions. The long-term variation in inorganic nitrogen flux is of a quasi-periodic pattern: its maximum flux was observed in 2017, and the minimum one – in 2019–2020. The maximum phosphorus flux in the samples from the wet-only sampler was noted in 2017–2018, whereas the phosphorus flux in the samples from the open sampler in 2021–2022 exceeded the flux in 2017–2018 by 1.5 times. As for inorganic nitrogen, its annual contribution to atmospheric deposition amounted 9.4–11.5 % of a river runoff, and as for phosphorus – 16.7–55.6 %. During the low-water period, these values were 12–14 % and 20–65 %, respectively.

Толық мәтін

Введение

Атмосферные осадки являются одним из основных источников различных химических компонентов для многих экосистем. В свою очередь, на состав самих осадков значительно влияет деятельность человека. Состав дождевой воды играет важную роль в поглощении растворимых компонентов из атмосферы и помогает нам понять относительный вклад различных источников атмосферных загрязнителей [1]. Городские районы более подвержены проблемам, связанным с атмосферным осаждением крупно- и мелкодисперсных частиц, что в значительной степени обусловлено высокой плотностью транспортных средств и наличием крупных промышленных предприятий [2]. Согласно [1] рост выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, главным образом диоксида серы, оксидов азота, летучих органических соединений и аэрозолей, связан в первую очередь с увеличением численности городского населения и сопутствующим ростом использования различных типов транспорта.

В городах существует множество источников загрязнения атмосферы, таких как промышленная деятельность, пыль с дорог и строительных площадок, сжигание ископаемого топлива и т. д. Исследования показали связь между урбанизацией и увеличением темпов атмосферного осаждения как неорганического азота [3], так и неорганического фосфора [4]. Авторы работы [4] зафиксировали повышенные объемы выпадения фосфатов в г. Рио-Гранде по сравнению с близлежащей сельской местностью и объясняют наблюдаемые различия антропогенным влиянием крупного предприятия по производству удобрений, расположенного в городе.

Деятельность человека, в частности сжигание ископаемого топлива, синтез и применение азотных удобрений, привела к увеличению выбросов оксида серы (SOx), оксидов азота (NOx) и аммиака (NH3) в атмосферу. В совокупности эти выбросы приводят к повышенному уровню атмосферного осаждения серы и азота на наземные и водные экосистемы [5–7]. В наземных экосистемах избыточное атмосферное выпадение серы и азота может привести к подкислению почв, истощению основных катионов, изменению доступности питательных веществ в почве и их дисбалансу в растительности, а также к потере биоразнообразия, подкислению и эвтрофикации близлежащих водных экосистем [8, 9].

Основными источниками азота в воздухе и атмосферных выпадениях являются: выбросы от животноводства в результате использования навоза и минеральных удобрений на полях, катализаторов в транспортных средствах (аммонийный азот), выбросы оксидов азота в результате различных процессов сгорания, работы химической промышленности, судоходство и т. д. (нитратный азот) [10]. Вследствие усиления антропогенной деятельности, такой как вырубка лесов, сжигание ископаемого топлива и индустриализация, глобальные выбросы азота увеличились со времен доиндустриальной эпохи [11].

Известно, что содержание фосфора в атмосфере в целом пропорционально общей запыленности воздуха и сильно колеблется [12]. Природными источниками фосфора в атмосфере в основном являются ветровая эрозия почвенного покрова, а также генерация биогенных аэрозолей растительностью (споры, пыльца, растительные остатки). Дополнительно фосфор попадает в атмосферу при вулканических извержениях и разрушении воздушных пузырьков на поверхности водоемов, а также при горении растительности. Антропогенными источниками фосфора являются производство фосфорных удобрений и агротехнические работы, связанные с внесением этих удобрений в почву, металлургические производства, сжигание ископаемого топлива, огнезащитные средства, отходы производства, строительная пыль и дорожный мусор [8, 12–14]. Причем в городах количество этих источников обычно больше, чем в близлежащих сельских районах [15, 16]. Авторы работы [17] наблюдали более высокие уровни выпадения неорганического фосфора в индийском городе Раджгхате по сравнению с сельской местностью, что было объяснено городским землепользованием и сжиганием биомассы. В других исследованиях [18] ученые объясняли повышенное поступление фосфора в городскую атмосферу применением удобрений, содержащих фосфаты, выветриванием из добываемых горных пород, а также сжиганием ископаемого топлива и растительной биомассы.

Значительное количество твердых частиц, содержащих в том числе неорганический азот и фосфор, может попадать в атмосферу в результате не только деятельности промышленного и транспортного комплекса, но и лесных пожаров. В частности, такие пожары становятся основными источниками антропогенных выбросов газов и аэрозолей в сухой сезон в центральных и северных районах Бразилии [19], нанося ущерб экосистемам и снижая качество воздуха.

Изучение химического состава атмосферных осадков представляет собой важный подход к оценке уровня загрязнения воздуха, поскольку благодаря эффективному процессу очистки осадками загрязняющие вещества удаляются из атмосферы и переносятся в другие экосистемы, такие как почва, водоемы (озера, реки, подземные воды), леса и т. д.

Целью данного исследования являлось изучение многолетних изменений концентрации и потоков биогенных элементов (неорганического азота и неорганического фосфора) с атмосферными выпадениями в г. Севастополе и оценка их влияния на акваторию Севастопольской бухты.

 

Методы

Район отбора проб атмосферных выпадений

Точка отбора проб атмосферных выпадений расположена в г. Севастополе (рис. 1) на берегу Севастопольской бухты.

 

Рис. 1. Расположение пункта отбора проб атмосферных выпадений (URL: https://arch-sochi.ru/2021/04/konczepcziya-razvitiya-infrastruktury-yahtinga-i-pribrezhnogo-morskogo-passazhirskogo-soobshheniya-na-azovo-chernomorskom-poberezhe-krasnodarskogo-kraya-2/)

Fig. 1. Location of sampling site (https://arch-sochi.ru/2021/04/konczepcziya-razvitiya-infrastruktury-yahtinga-i-pribrezhnogo-morskogo-passazhirskogo-soobshheniya-na-azovo-chernomorskom-poberezhe-krasnodarskogo-kraya-2/)

 

Город Севастополь находится на берегу Черного моря в юго-западной части Крымского п-ова. Согласно Главному управлению природных ресурсов и экологии города Севастополя (Севприроднадзор), климат в Севастополе сравнительно мягкий, морской, умеренно-континентальный в предгорьях, умеренно-континентальный с чертами субтропического средиземноморского типа на юго-восточном побережье. Атмосферные осадки в Севастополе выпадают неравномерно: от 300 до 500 мм/год. Количество осадков в холодный период больше, чем в теплый. Самым сухим месяцем является июль.

Отбор проб атмосферных выпадений

Отбор проб осуществлялся в два типа осадкосборников – открытый и закрытый. Для отбора проб влажных атмосферных осадков без влияния сухих выпадений на концентрацию биогенных элементов использовался автоматический осадкосборник с датчиком осадков, разработанный и изготовленный в ФГБУН Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева Сибирского отделения РАН (г. Томск) и соответствующий требованиям Всемирной метеорологической организации (англ. WMO). В качестве открытого осадкосборника для оценки вклада сухих выпадений использовался осадкомер Третьякова.

Отбор единичных проб атмосферных выпадений проводился за каждый случай выпадения осадков. Согласно требованиям руководящего документа 1, если осадки выпадали с небольшим перерывом (менее 1 ч) и при неизменной облачности, их отбирали в одну емкость. При перерыве более 1 ч осадки собирали как отдельные пробы. Отобранные пробы переливались из осадкосборников в полиэтиленовые емкости и замораживались для дальнейшего проведения химического анализа. Каждая емкость сопровождалась необходимой информацией: на этикетку наносились тип осадкосборника, дата выпадения осадков, данные о температуре воздуха, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, относительной влажности воздуха на момент начала осадков, а также количество выпавших осадков.

Методы химического анализа

Лабораторный анализ проб атмосферных выпадений осуществлялся в ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН». В отобранных пробах, объем которых был достаточен для проведения химического анализа, определялось содержание неорганических форм азота (нитратного, нитритного и аммонийного) и неорганического фосфора.

Для определения концентрации ионов аммония использовался модифицированный метод Сэджи – Солорзано [20], основанный на фенолгипохлоритной реакции с образованием индофенола. Диапазон концентраций, согласно методу, составлял 0,1–15,0 мкМ, погрешность метода ±12 %. Содержание нитритов и суммы нитритов и нитратов определяли согласно методике (РД 52.10.745-2020) спектрофотометрическим методом на проточном автоматическом анализаторе биогенных элементов Scalar San++ (Нидерланды). Минимальная определяемая концентрация составляет, согласно методике, 0,07 мкМ, погрешность метода ±20 %. Определение содержания фосфатов проводили фотометрически согласно методике 2, основанной на образовании голубого фосфорномолибденового комплекса. Минимальная определяемая концентрация фосфатов – 0,05 мкМ, погрешность ±10 %.

Данные о концентрации биогенных элементов в атмосферных выпадениях в пробах были обработаны методами математической статистики с опорой на требования РД 52.04.186-89.

В отобранных атмосферных выпадениях нитриты обнаруживались в намного более низких концентрациях, чем нитраты и аммонийный азот, их вклад в общее поступление неорганического азота составил около 2 %. Поэтому в работе в качестве неорганического азота рассматривается суммарная концентрация нитратов и аммонийного азота.

Расчет поступления биогенных элементов

В качестве средней характеристики поступления неорганического азота и фосфатов в данной работе используется средневзвешенная концентрация (Cvwm), рассчитанная по формуле

Cvwm = ∑CiRi / ∑Ri,

где Cvwm – средневзвешенная концентрация, мкМ; Ci – измеренная концентрация в одной пробе, мкМ; Ri – измеренное количество осадков для каждого отдельного случая дождя, мм.

Поток растворенных биогенных элементов рассчитывался как произведение средневзвешенной концентрации за определенный период и количества выпавших осадков в соответствии с уравнением

F = CvwmR,

где F – поток рассматриваемого элемента с атмосферными выпадениями за период (месяц, сезон, год), мМ/м2∙сезон, мМ/м2∙год; R – суммарное количество осадков для расчетного периода, мм.

Результаты и обсуждение

Количество отобранных проб

Пробы в г. Севастополе отбирались на круглосуточно работающей метеостанции, что позволило получить массив данных из 1264 проб. Гистограмма распределения количества проанализированных проб по годам представлена на рис. 2.

 

Рис. 2. Количество проб атмосферных выпадений, отобранных в открытый и закрытый осадкосборники в г. Севастополе

Fig. 2. Amount of atmospheric deposition samples collected in the open and wet-only samplers in Sevastopol

 

Количество осадков

На рис. 3 показано распределение суммарного количества осадков по годам и сезонам, полученное на основе отобранных проб.

 

Рис. 3. Суммарное межгодовое (а) и сезонное (b) распределение количества осадков в г. Севастополе в период исследования

Fig. 3. Cumulative interannual (a) and seasonal (b) distribution of precipitation amount in Sevastopol during the study period

 

Среднегодовое количество осадков в г. Севастополе составило 350,5 мм. Наименее влажным был 2020 г. В сезонном распределении количества выпавших осадков явно прослеживается снижение в весенне-летний период и возрастание в зимне-осенний. Наименьшее количество осадков выпадало в августе – суммарное количество атмосферных осадков в этом месяце с 2015 по 2023 г. в г. Севастополе составило 100,6 мм. Максимальное суммарное количество осадков за период 2015–2023 гг. было зафиксировано в июле и ноябре – 362,2 и 358,9 мм соответственно.

Концентрация биогенных элементов

Наши результаты показывают, что атмосферные выпадения являются важным источником поступления неорганического азота и фосфора на подстилающую поверхность. В табл. 1 представлены обобщенные данные о средневзвешенных концентрациях рассматриваемых биогенных элементов для различных типов осадкосборников.

 

Таблица 1

Table 1

Концентрации растворенных биогенных элементов Cvwm, мкМ, в атмосферных осадках г. Севастополя

Concentrations of dissolved nutrients Cvwm, µM, in atmospheric deposition in Sevastopol

Показатель /

Characteristic

Закрытый осадкосборник / Wet-only sampler

Открытый осадкосборник /

Open sampler

Нитратный азот / Nitrates

40,51

53,65

Аммонийный азот / Ammonium

34,38

36,03

Фосфаты / Phosphorus

 0,38

 1,21

 

Максимальные концентрации рассматриваемых биогенных элементов определялись в пробах с минимальным количеством осадков либо после длительного сухого периода. В более сухие месяцы в воздухе содержится больше пыли, поступающей в атмосферу с сухой подстилающей поверхности, а также в результате пылевого переноса. По-видимому, в сочетании с малым количеством выпадающих осадков, вымывающих загрязнение, это и могло привести к повышению концентраций биогенных элементов в таких пробах.

Средневзвешенная концентрация нитратов в атмосферных выпадениях превышала концентрацию аммонийного азота, превышение составило 18 % для проб из закрытого осадкосборника и 49 % – для открытого.

В целом концентрации биогенных элементов в пробах из открытого осадкосборника были выше концентраций из закрытого. Однако для неорганических форм азота это превышение было незначительным – 1,3 раза для нитратов и 1,05 раза для аммонийного азота. Концентрация фосфатов в открытом осадкосборнике превышала концентрацию в закрытом в три раза. Такую разницу можно объяснить различными происхождением и источниками этих элементов: азот является растворимым газом, в то время как источники фосфатов – это терригенные частицы, поскольку газовая форма соединений фосфора почти не участвует в биогеохимическом цикле фосфора. Поэтому и влияние сухих аэрозолей на общее поступление фосфатов выше, чем для неорганического азота.

Поток биогенных элементов

Для района отбора проб были посчитаны сезонные и годовые значения потоков биогенных элементов с атмосферными выпадениями.

Сезонное изменение поступления биогенных элементов

Во внутригодовом изменении поступления нитратного азота с атмосферными выпадениями как из открытого, так и из закрытого осадкосборников прослеживается определенный сезонный ход – в осенне-зимний период поток возрастает, а в весенне-летний снижается. При этом поступление аммонийного азота максимально в весенний период (табл. 2).

 

Таблица 2

Table 2

Сезонный поток растворенных биогенных элементов, мМ/(м2∙сезон), с атмосферными выпадениями в г. Севастополе

Seasonal flux of dissolved nutrients, mM∙m−2∙season−1  in atmospheric deposition in Sevastopol

Сезон /

Season

Нитратный азот /

Nitrates

Аммонийный азот /

Ammonium

Фосфаты /

Phosphorus

Закрытый осадкосборник / Wet-only sampler

Открытый осадкосборник / Open sampler

Закрытый осадкосборник / Wet-only sampler

Открытый осадкосборник / Open sampler

Закрытый осадкосборник / Wet-only sampler

Открытый осадкосборник / Open sampler

Зима / Winter

37,56

44,98

26,82

29,33

0,30

0,56

Весна / Spring

28,25

36,59

31,42

32,27

0,33

1,08

Лето / Summer

23,64

31,39

21,43

20,86

0,27

0,91

Осень / Fall

30,67

44,51

22,05

23,54

0,28

1,32

 

Увеличение концентрации аммонийного азота в теплый период может быть обусловлено жизнедеятельностью животных и растений (распад мочевины, реакции денитрификации 3 [21], а также, вероятно, может быть связано с сезонной интенсификацией рекреационной нагрузки.

Поступление фосфатов с атмосферными выпадениями в г. Севастополе было на порядок меньше поступления неорганического азота. Однако, как и для аммонийного азота, поток неорганического фосфора возрастал от зимы к весне. Возможно, это связано с сочетанием факторов, оказывающих максимальное влияние в конце весны, таких как отложения пыльцы, микробная активность, осаждение насекомых, а также использование удобрений, которые в виде аэрозолей могли попадать в воздух, а затем оседать [22, 23]. При этом поступление фосфатов с пробами из открытого осадкосборника достигало максимальной величины в осенний период и превышало поступление в зимнее время в 2,3 раза.

Межгодовое изменение поступления биогенных элементов

Годовой поток биогенных элементов изменялся в течение периода исследования в зависимости от количества выпавших осадков и среднегодовой концентрации. Среднегодовое значение потока нитратного азота для закрытого осадкосборника составило 13,2 мМ/м2 в год, для открытого – 17,5 мМ/м2 в год. Для аммонийного азота среднегодовые значения потока составили 11,2 и 11,8 мМ/м2 в год для закрытого и открытого осадкосборников соответственно.

На рис. 4 показано межгодовое изменение поступления нитратного и аммонийного азота, а также фосфатов с атмосферными выпадениями.

 

Рис. 4. Межгодовое изменение потока неорганических форм азота в г. Севастополе из закрытого (а) и открытого (b) осадкосборников, фосфатов из закрытого (c) и открытого (d) осадкосборников. Шриховыми линиями показаны линии тренда

Fig. 4. Interannual variation of inorganic nitrogen flux in Sevastopol based on the wet-only (a) and open (b) samplers, and that of phosphorus based on the wet-only (c) and open (d) samplers. The dotted lines show the trend lines

 

Для проб, отобранных в закрытый осадкосборник, наблюдается квазипериодическое изменение потока неорганических форм азота (как нитратного, так и аммонийного) с максимумом поступления в 2017 г. (рис. 4, а). Изменение потока нитратного азота с пробами, отобранными в постоянно открытый осадкосборник (рис. 4, b), не имеет четкой тенденции, в то время как для аммонийного азота квазипериодичность сохраняется. При этом различие между максимальным и минимальным годовым поступлением неорганических форм азота достигало почти двукратной величины.

Среднегодовые значения потока неорганического фосфора для закрытого и открытого осадкосборников составили 0,13 и 0,43 мМ/м2 в год соответственно. Межгодовое изменение потока фосфатов с атмосферными выпадениями (рис. 4, с, d) в целом также имеет определенную квазипериодичность с минимальными значениями в 2019–2020 гг. Для проб из закрытого осадкосборника максимальный поток фосфатов наблюдался в 2017–2018 гг., однако для проб из открытого – поток в 2021–2022 гг. превосходил поток в 2017–2018 гг. почти в 1,5 раза. При этом минимальный и максимальный поток элемента для закрытого осадкосборника различаются примерно в три раза, для открытого – в семь раз, хотя количество осадков в эти периоды (рис. 3, а) различалось не столь значительно. Вероятно, такая разница может быть связана с влиянием дальнего пылевого переноса, способствующего повышенному содержанию фосфатов в атмосферном воздухе.

Помимо урбанизации, на концентрацию фосфора в атмосфере влияют климатические условия. Например, в работе [24] показана положительная связь между температурой воздуха и концентрацией общего фосфора в атмосфере в г. Гамильтоне (Канада), но значимой связи между среднегодовым количеством осадков и концентрацией фосфора обнаружено не было. Авторы работы [25] выявили, что разница между темпами атмосферного осаждения фосфора в городских и сельских районах положительно связана со среднегодовой температурой.

Мы также провели анализ зависимости межгодового изменения потока фосфатов и неорганического азота от среднегодовой температуры воздуха. В результате было получено, что связь потоков биогенных элементов с атмосферными выпадениями и температуры воздуха статистически незначима. При этом наблюдалась статистически значимая положительная корреляция между потоком биогенных элементов и количеством выпавших осадков и значимая отрицательная корреляция между концентрацией элементов и количеством осадков, что подтверждает полученные нами ранее результаты [26].

Соотношение нитратов/аммония

Несмотря на незначительное (в целом) превышение содержания нитратного азота в атмосферных осадках над аммонийным, ярко выделяются сезонные различия в их концентрации (рис. 5).

Повышенное отношение нитратного азота к аммонийному в атмосферных осадках отмечается в холодный период года, что может быть обусловлено дополнительными выбросами оксидов азота в воздух с началом отопительного сезона [27]. В весенне-летний период в пробах из закрытого осадкосборника за счет незначительного снижения концентрации нитратного азота и увеличения поступления аммонийного – соотношение NO3-/NH4+ в атмосферных выпадениях меньше единицы или слегка ее превышает. Начиная с осени это соотношение достигает 1,4 и сохраняется на этом уровне в зимний сезон. Для проб из открытого осадкосборника тенденция сохраняется, однако значение самого соотношения в осенний сезон достигает 1,9.

 

Рис. 5. Сезонное изменение соотношения минеральных форм азота в г. Севастополе в пробах из закрытого (a) и открытого (b) осадкосборников. Красной линией показано соотношение, равное 1, штриховыми – линии тренда

Fig. 5. Seasonal variation of the mineral forms of nitrogen in Sevastopol based on the samples from the wet-only (a) and open (b) samplers. Red line shows the ratio value equal to 1. The dotted lines show the trend lines

 

Поступление биогенных элементов с атмосферными выпадениями на акваторию Севастопольской бухты

Согласно [28, 29] атмосферные выпадения являются важным компонентом круговорота и перераспределения различных химических веществ на поверхности водоемов и поэтому играют фундаментальную роль в прибрежных биогеохимических процессах. Поступление биогенных элементов из атмосферы является важной приходной статьей баланса морей и океанов. Причем часто поступление из этого источника превышает вынос с речным стоком [30]. В свою очередь, гидрохимия осадков в значительной степени определяется атмосферными выбросами и, следовательно, напрямую связана как с природной, так и с антропогенной деятельностью [31]. Поэтому количественная и качественная оценка выпадения осадков и различных примесей вместе с ними является важной характеристикой для лучшего понимания антропогенного влияния на эти биогеохимические процессы. Это имеет также практическое значение, поскольку загрязненные атмосферные осадки могут оказать негативное воздействие на местную фауну и флору, здоровье человека и т. д. [31].

Большинство городов расположено в прибрежных районах и по берегам рек [32], что делает прибрежные водные экосистемы уязвимыми для стока различных веществ. По мере роста городского развития важно понимать, как урбанизация может повлиять на атмосферное поступление биогенных элементов. Поэтому нами было определено влияние на Севастопольскую бухту поступления неорганического азота и фосфора с атмосферными выпадениями.

Количество неорганического азота и фосфатов, поступающих с атмосферными выпадениями на акваторию Севастопольской бухты, можно оценить исходя из площади бухты (7,96 км2) и рассчитанных потоков этих элементов.

Среднегодовой поток неорганического азота с атмосферными выпадениями составляет 24,4 мМ/м2 в год для закрытого осадкосборника и 29,7 мМ/м2 в год – для открытого. Значения потоков фосфатов в среднем составляют 0,13 и 0,43 мМ/м2 в год для закрытого и открытого осадкосборников соответственно. Следовательно, рассчитанное по нашим данным поступление неорганического азота на акваторию бухты будет равным 2,6–3,2 т/год, фосфатов – 0,03–0,1 т/год.

По данным из работы [33], среднемноголетний вынос биогенных элементов в Севастопольскую бухту из р. Черной составляет 27,8 т/год для неорганического азота и 0,18 т/год для неорганического фосфора. Следовательно, вклад атмосферных осадков составляет 9,4–11,5 % от речного стока для азота и 16,7–55,6 % – для фосфатов. Однако вынос биогенных элементов с речным стоком в маловодный период существенно меньше – 10,16 т/год (неорганический азот) и 0,08 т/год (неорганический фосфор). Поэтому и влияние атмосферных осадков как источника поступления биогенных элементов будет более значимым. По нашим расчетам, вклад атмосферных выпадений по сравнению с речным стоком в меженный период достигает 12–14 % для неорганического азота и 20–65 % для фосфатов.

Все большее признание получает тот факт, что атмосферные поступления фосфора являются значительным источником фосфора для наземных, пресноводных и морских экосистем [8]. Результаты, полученные в нашей работе, подтверждают эти данные: несмотря на меньшее по сравнению с неорганическим азотом содержание фосфатов в атмосферных выпадениях, их вклад в бюджет неорганического фосфора в водах Севастопольской бухты выше, чем для азота. При этом фосфор является необходимым элементом для всех организмов и может ограничивать первичную продуктивность, но в избыточном количестве фосфаты могут просачиваться из наземных в пресноводные и морские экосистемы, приводя к эвтрофикации и к снижению содержания растворенного кислорода [9].

Заключение

В представленной работе рассмотрено многолетнее за 2015–2023 гг. изменение концентрации и потока биогенных элементов (неорганического азота и неорганического фосфора) с атмосферными выпадениями в г. Севастополе.

Показано, что атмосферные выпадения являются важным источником поступления неорганического азота и фосфора на подстилающую поверхность. Максимальные концентрации рассматриваемых биогенных элементов определялись в пробах с минимальным количеством осадков либо после длительного сухого периода.

В целом концентрации биогенных элементов в пробах из открытого осадкосборника были выше, чем из закрытого. Однако для неорганических форм азота это превышение было незначительным, в то время как концентрация фосфатов в открытом осадкосборнике троекратно превышала их концентрацию в закрытом.

Во внутригодовом изменении поступления нитратного азота с атмосферными выпадениями прослеживается определенный сезонный ход – в осенне-зимний период поток возрастает, а в весенне-летний снижается. Поступление аммонийного азота максимально в весенний период. Поступление фосфатов с атмосферными выпадениями в г. Севастополе было на порядок меньше поступления неорганического азота. Однако, поток неорганического фосфора, как и аммонийного азота, возрастал от зимы к весне.

Годовой поток биогенных элементов изменялся в течение периода исследования в зависимости от количества выпавших осадков и среднегодовой концентрации. Среднегодовое значение потока нитратного азота для закрытого осадкосборника составило 13,2 ммоль/м2 в год, для открытого – 17,5 ммоль/м2 в год. Для аммонийного азота среднегодовые значения потока составили 11,2 и 11,8 ммоль/м2 в год для закрытого и открытого осадкосборников соответственно. Среднегодовой поток неорганического фосфора для закрытого и открытого осадкосборников составил 0,13 и 0,43 ммоль/м2 в год соответственно.

Было определено влияние на Севастопольскую бухту поступления неорганического азота и фосфора с атмосферными выпадениями. Вклад атмосферных осадков составил 9,4–11,5 % от речного стока для азота и 16,7–55,6% – для фосфатов. Однако вынос биогенных элементов с речным стоком в маловодный период существенно меньше, поэтому и влияние атмосферных осадков как источника поступления биогенных элементов более значительно и составляет 12–14 % для неорганического азота и 20–65 % – для фосфатов.

 

1 Руководство по контролю загрязнения атмосферы : РД 52.04.186-89 : утв. Заместителем председателя Госкомгидромета СССР Ю. С. Цатуровым 1 июня 1989 г. и Главным государственным санитарным врачом СССР А. И. Кондрусевым 16.05.1989 : ввод. в действие с 01.07.1991. М., 1991. 694 с.

2 Methods of seawater analysis / Eds. K. Grasshoff, M. Ehrhardt, K. Kremling. Weinheim : Verlag Chemie, 1983. 419 p.

3 Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы / пер. с англ. А. Г. Рябошапко. М. : Мир, 1988. 351 с.

×

Авторлар туралы

Alla Varenik

Marine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: alla.varenik@mhi-ras.ru
ORCID iD: 0000-0001-5033-4576
SPIN-код: 3277-7914
Scopus Author ID: 56960448000
ResearcherId: H-1880-2014

старший научный сотрудник

Ресей, Sevastopol

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Fig. 1. Location of sampling site (https://arch-sochi.ru/2021/04/konczepcziya-razvitiya-infrastruktury-yahtinga-i-pribrezhnogo-morskogo-passazhirskogo-soobshheniya-na-azovo-chernomorskom-poberezhe-krasnodarskogo-kraya-2/)

Жүктеу (161KB)
3. Fig. 2. Amount of atmospheric deposition samples collected in the open and wet-only samplers in Sevastopol

Жүктеу (78KB)
4. Fig. 3. Cumulative interannual (a) and seasonal (b) distribution of precipitation amount in Sevastopol during the study period

Жүктеу (45KB)
5. Fig. 4. Interannual variation of inorganic nitrogen flux in Sevastopol based on the wet-only (a) and open (b) samplers, and that of phosphorus based on the wet-only (c) and open (d) samplers. The dotted lines show the trend lines

Жүктеу (409KB)
6. Fig. 5. Seasonal variation of the mineral forms of nitrogen in Sevastopol based on the samples from the wet-only (a) and open (b) samplers. Red line shows the ratio value equal to 1. The dotted lines show the trend lines

Жүктеу (126KB)

© Вареник А.V., 2025

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».