Загрязнение залива Петра Великого и его биологические последствия

Залив Находка. На побережье  зал. Находка расположен крупнейший по грузообороту морской порт Дальнего Востока. В вершину залива впадает  р. Партизанская - вторая (после р. Раздольной) по объему стока река в южном Приморье. Промышленные и коммунальные предприятия города, сбрасывающие сточные воды в залив, суда и портовые сооружения, а также речные стоки - основные источники загрязнения прибрежных вод залива. Относительно небольшой объем водных масс залива и большой объем сточных вод (см. выше) обусловили резкое ухудшение экологической ситуации в отдельных районах залива за последние 10-15 лет. В 1990-91 гг. специалисты из АО “Дальморгеология”, ДВГУ, ВНИИ океанологии и ИБМ ДВО РАН исследовали экологическое состояние залива, в том числе уровень загрязнения воды и донных осадков ТМ (Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Fe, Co, Ni), НУ, СПАВ, хлорорганическими соединениями (некоторые пестициды, в частности ДДТ и его метаболиты), фенолами (Наумов, Найденко, 1997).

    Концентрации НУ  в воде широко варьировали  - от 0 в б. Козьмино до 580 мкг/л  в б. Находка. Значительные  концентрации НУ найдены также  в бухтах Новицкого (до 380 мкг/л)  и Врангеля (до 130 мкг/л). Основные  источники нефтяного загрязнения - морские суда и частые аварии на котельных. Высокие концентрации СПАВ обнаружены в бухтах Находка (до 5200 мкг/л), Врангеля (до 2080 мкг/л), Козьмино (до 1870 мкг/л). Фенольное загрязнение носило “пятнистый” характер и присутствовало только в северной части залива с максимумом в б. Находка (10 мкг/л). Пестициды обнаружены во всех пробах, максимальное их содержание найдено вблизи городского коллектора у северного побережья залива. Тяжелыми металлами наиболее загрязнены воды б. Находка и устья впадающих в залив рек - только концентрации Pb и Co не превышали ПДК. Повышенные концентрации Fe обнаружены почти на всех станциях с максимумом в б. Находка (495 мкг/л). Концентрации Cd составили 0.007, 0.015, 0.035 и 0.048 мкг/л в б. Находка и устьях рек Каменка, Партизанская и Хмыловка.     Повышенное содержание Zn зарегистрировано у северных берегов залива с максимумом у входа в б. Находка (78,8 мкг/л), а превышающие ПДК концентрации Cr (9.9 мкг/л) и Ni - только в б. Находка. Высокие (-ПДК) концентрации Cu найдены как в северной части залива, так и в б. Находка (до 15.5 мкг/л).

    На основании  результатов гидрохимических исследований  на акватории залива выделены  три зоны:

1) наиболее загрязненная  б. Находка; 

2) загрязненная северная  часть залива, а также бухты Врангеля и Новицкого;

3) относительно чистая  южная часть залива. Данные о  содержании загрязняющих веществ  в донных осадках залива в  целом согласуются с этим выводом.  Аномальные по содержанию Zn, Cr, Co, Fe, Ni осадки концентрируются в б. Находка у причалов судоремонтного завода,  в северной части залива в месте рейдовой стоянки судов, а также вблизи устья р. Партизанской. Две аномальные по содержанию Pb, Cu и НУ зоны расположены в б. Находка и еще одна - у устья р. Партизанской. Высокое содержание Cd и пестицидов обнаружено в осадках из б. Находка, при этом максимальная концентрация Cd (55.9 мкг/г сух. массы) найдена в вершине бухты, а пестицидов (240.3 нг/г сух. массы) - на выходе бухты у м. Шефнера.

    Радиологические  исследования установили низкую радиоактивность водной толщи (1-4 мкр/ч) и значительную вариабельность радиоактивности донных осадков (2-33 мкр/ч). В 1991 г. в южной части залива, на глубине 40 м, обнаружена аномальная зона неизвестного происхождения (342 мкр/ч). Повторные исследования в 1992 г. не подтвердили этих данных - радиоактивность осадков не превышала фоновых значений. Исследования 1994 г. не выявили повышенного содержания радионуклидов 137Cs и 60Coв донных осадках залива (Tkalin et al., 1996 а).

    Новые данные (1994 г.) о загрязнении донных осадков зал. Петра Великого тяжелыми металлами (Tkalin et al., 1996) подтвердили сложившееся к началу 90-х годов мнение о том, что б. Золотой Рог, зал. Находка и Амурский залив являются наиболее загрязненными. Уссурийский залив, хотя и подвержен загрязнению сточными водами с западного побережья г. Владивостока, населенных восточных берегов, а также речными стоками, загрязнен в меньшей степени из-за большого объема водных масс залива (см. выше) и возможности свободного гидрообмена с открытой частью зал. Петра Великого. В таблице приведены средние концентрации ТМ (мкг/г сух. массы) и Fe (%) в поверхностных (2 см) осадках исследованных акваторий (по: Tkalin et al., 1996) (Табл.7).

    Максимальные концентрации  Zn, Pb, Cu, Cd и Hg в донных осадках трех наиболее загрязненных акваторий (б. Золотой Рог с прилегающим прол. Босфор Восточный, зал. Находка и Амурский залив) составили соответственно: 702, 531, 556, 7.1 и 3.14; 377, 46, 61 и 0.44; 175, 55, 42, 1.3 и 0.36 мкг/г сух. массы (Tkalin et al., 1996 б). Уссурийский залив и зал. Стрелок характеризуются большим содержанием песчаных донных отложений с более низким содержанием Fe и других металлов. Тем не менее, очень высокие концентрации Zn (184 мкг/г), Pb (101 мкг/г), Cu (84 мкг/г), Hg (0.46 мкг/г) были найдены в осадках с двух станций вдоль западного побережья Уссурийского залива, вблизи сбросов сточных вод. Для сравнения, в донных осадках малоосвоенной прибрежной зоны КНДР содержание Pb, Cu и Cd составило 18, 8 и <0.1 мкг/г, соответственно (Tkalin, 1992). Средние концентрации Zn (47 мкг/г), Ni (13 мкг/г) и Cu (6 мкг/г) в донных осадках Татарского пролива в 1992 г. были также гораздо ниже, чем в осадках прибрежной зоны Владивостока и Находки. С другой стороны, содержание ТМ (мкг/г) и Fe (%)  в донных осадках прибрежной зоны сильно индустриализованных районов северо-западной части Тихого океана вполне сравнимо с таковым в прибрежной зоне г. Владивостока (по: Tkalin et al., 1996 б) (Табл.8).

    В целом, исследователи  сходятся во мнении, что загрязненные техногенными металлами (Ag, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn) осадки в зал. Петра Великого локализованы вблизи источников загрязнения, главным образом в прибрежной зоне городов Владивосток и Находка (Tkalin et al., 1996 б; Presley, Tkalin, 1996; Polyakov, 1996). Влияние этих источников прослеживается на расстоянии не более нескольких км от  берега. Так, основная масса Hg в районе Второй Речки сорбируется взвесью, оседает и накапливается в донных осадках в радиусе 250-300 м от места выброса сточных вод (Поляков и др., 1991). Речной сток не играет большой роли в обогащении донных отложений залива техногенными металлами (Tkalin et al., 1996 б). На основании значений скорости седиментации (СС, см/год)  и средних значений концентраций ТМ в верхнем (2 см) слое осадков было рассчитано поступление ТМ (мг/м2 в год) в Амурский и Уссурийский заливы (по: Presley, Tkalin, 1996) (Табл.9).

    Таким  образом, результаты проведенных  в 80-х -90 -х годах физико-химических  и биогеохимических исследований  различных компонентов экосистемы зал. Петра Великого дают основание считать наиболее загрязненными его акваториями б. Золотой Рог и прол. Босфор Восточный, зал. Находку (особенно б. Находку) и Амурский залив. Другие крупные заливы II и III порядков, такие как Стрелок, Восток, Посьета можно считать относительно чистыми, хотя и в них имеются локальные загрязненные участки. В последние годы в связи с созданием по инициативе ООН нового региона экономического развития, включающего часть территорий Китая, Кореи и России, возникла угроза усиления потока загрязнения, поступающего с водами р. Туманная в акваторию зал. Петра Великого, в частности в мелководные бухты зал. Посьета и акваторию Дальневосточного государственного морского заповедника (Вышкварцев, Лебедев, 1997). В настоящее время сотрудники ИБМ и других институтов ДВО РАН, ДВГУ, ДВНИИГМИ проводят гидрологические, гидрохимические, физико-химические и биологические исследования экосистемы этой части залива с целью определения уровня загрязнения и его биологических последствий.

    Биологические  последствия загрязнения зал.  Петра Великого 

Попадая в прибрежные воды залива, загрязняющие вещества оказывают  влияние на качество морской среды  и на населяющие ее организмы. Негативное влияние загрязнения обнаруживается на разных трофических уровнях - от первичных продуцентов до млекопитающих, в том числе человека- и на разных уровнях организации живой материи - от молекулярно-биохимического до биоценотического и экосистемного. Основную опасность для морской биоты представляют следующие явления, связанные с загрязнением среды:

• дефицит кислорода в придонном слое воды, обусловленный расходом растворенного кислорода на окисление органических соединений;
• нарушение баланса питательных веществ, связанное с поступлением в больших количествах в прибрежные воды органических и минеральных соединений азота и фосфора (эвтрофикация водоемов);
• накопление (биоаккумуляция) гидробионтами и передача по трофической цепи загрязняющих веществ, включающихся в метаболизм организма и вызывающих разнообразные токсические эффекты.

    Для  прибрежной части зал. Петра  Великого характерны небольшие  глубины, активный фотосинтез  и интенсивный водообмен, что  способствует хорошей аэрированности  вод этого района (Подорванова  и др., 1989). Насыщение кислородом поверхностных вод, как правило, выше 100%, в придонном слое концентрация О2 понижена (80-95% насыщения). В сильно загрязненных бухтах и в кутовых частях заливов II и III порядков со слабым водообменом (б. Золотой Рог, заливы Амурский, Уссурийский, Находка, Славянский, Посьета) в придонном слое воды образуются области с дефицитом О2 (Подорванова и др., 1989; Tkalin et al., 1993; Огородникова и др., 1997). Относительное содержание растворенного О2  в придонном слое б. Золотой Рог и прол. Босфор Восточный в отдельные периоды снижается до 5-10%, Амурского залива - до 20-40%, Славянского - до 25%, Уссурийского - до 70%, зал. Посьет - до 40-50%. Это создает реальную угрозу для жизнедеятельности чувствительных к дефициту О2 гидробионтов, у которых нарушается дыхание и развивается внутритканевая гипоксия. О наличии таких явлений у морских ежей Strongylocentrotus intermedius и мидий Mytilus trossulus, собранных из нескольких районов Амурского залива, свидетельствует изменение концентраций каротиноидов (пигментов, способных связывать кислород за счет сопряженных двойных связей) в органах животных (Лукьянова, Шмидт, 1993).

    Обогащение  прибрежных вод залива биогенными  элементами (фосфор, азот, кремний), необходимых  для фотосинтеза одноклеточных водорослей, приводит к усилению продукции фитопланктона. Содержание фосфатов и нитратов в воде кутовой части Амурского залива в 1.5 - 2 раза выше, чем в его открытой части, а в водной толще б. Золотой Рог зарегистрированы максимальные концентрации фосфатов (около 100 мкг/л), нитратов (230 мкг/л), аммония (273 мкг/л) (Tkalin et al., 1993). В Амурском заливе за 10 лет (1980-90 гг.) значительно возросли биомасса, плотность и первичная продукция фитопланктона (по: Tkalin et al., 1993) (Табл.10).

    Количественное распределение фитопланктона на акваториях  Амурского залива и зал. Находка неравномерно: в июне 1991 г.  в открытых районах заливов плотность фитопланктона была минимальной - 380 и 200 тыс. кл/л, соответственно, в центральных районах - 3.6 и 6.3 млн. кл/л, в кутовых частях - 8.5 и 8.2 млн. кл/л, тогда как в кутовой части зал. Восток концентрация фитопланктона была в 4 раза ниже (Стоник, Селина, 1995). Это позволило отнести воды кутовых и центральных районов заливов Находка и Амурского к промежуточному (между эвтрофным и экстремально-эвтрофным) типу вод, а открытые воды этих заливов и кутовую часть зал. Восток - к эвтрофному типу вод. Эта оценка в целом совпадает с выводами других исследователей о высокой эвтрофированности периферийных вод зал. Петра Великого, в частности Амурского залива (Коновалова, 1979; Вейдеман и др., 1987; Tkalin et al., 1993).

    Структура  фитопланктона в сильно эвтрофированных  водах отличается от таковой  в относительно чистых районах  вследствие уменьшения видового  разнообразия, связанного с массовым развитием диатомеи Sceletonema costatum. Так, в 1991-95 гг. 90-95% общей плотности фитопланктона в заливах Амурском и Находка составил этот вид , известный по литературным данным как индикатор органического загрязнения. В мезотрофных заливах Восток и Посьета летний пик численности фитопланктона был обусловлен массовым развитием нескольких видов (Orlova et al., 1996).

    Следствием  гиперэвтрофирования прибрежных  вод зал. Петра Великого стали  участившиеся с начала 80-х годов  “красные приливы” - показатели сильного “цветения” воды, вызванного интенсивным размножением микроорганизмов (Коновалова, 1992). Особую тревогу вызывают случаи интенсивного развития потенциально токсичных динофитовых и рафидофитовых водорослей в Амурском заливе и в б. Золотой Рог, зарегистрированные в 1987-1992 гг. (Селина и др., 1992; Стоник, 1994).

    Изучение  бактериопланктона зал. Петра  Великого показало, что наибольшая  плотность микроорганизмов характерна  для б. Золотой Рог и Амурского  залива в районе дампинга - от сотен тыс. до нескольких млн. кл/мл, тогда как в открытых водах залива плотность бактерий составила от сотен до сотен тыс. кл/мл (Михайлов и др., 1987). Наиболее многочисленными были нефтеокисляющие бактерии рода Aeromonas. Фенолокисляющие бактерии родов Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas были найдены в загрязненных фенолами воде и донных осадках Амурского залива в районе Океанского фанерного завода (Димитриева, 1995).

    От  загрязнения морской среды в  наибольшей степени и в первую  очередь страдают мелкие формы организмов (одноклеточные водоросли, микрозоопланктонные фильтраторы, нектонные и бентосные организмы на ранних стадиях онтогенеза), особенно в биотопах гипонейстона (поверхностной пленки воды) и бентоса, где концентрации всех загрязняющих веществ повышены (Морозов, 1983). Исследования динамики численности планктотрофных личинок донных беспозвоночных в прибрежных водах г. Владивостока (б. Золотой Рог, прол. Босфор Восточный, Амурский залив) показали, что личинки морских ежей более чувствительны к загрязнению, чем личинки моллюсков, усоногих раков и полихет (см. обзор: Корн, Куликова, 1997). В сезон массового размножения морских ежей только 20% проб содержали эхиноплутеусов, плотность которых не превышала 10 экз/м3, тогда как в относительно чистых водах их плотность достигала нескольких тыс. экз/ м3. Сезонные исследования личиночного планктона в б. Алексеева выявили снижение численности большинства групп донных беспозвоночных в 1986-1990 гг. по сравнению с данными, полученными в начале 70-х гг. для этой же акватории. Общая численность меропланктона в летние месяцы снизилась в 10 раз, что свидетельствует о неблагоприятной экологической ситуации в бухте.

    Следует  отметить, что уменьшение численности  меропланктона в загрязенных  акваториях может быть не только следствием гибели личинок в результате непосредственного действия на них токсических веществ, но и следствием нарушения у взрослых особей процесса формирования половых клеток (гаметогенеза) под влиянием загрязнения. Исследования 1984-92 гг. показали, что морские ежи Strongylocentrotus intermedius и гребешки Mizuhopecten yessoensis, обитающие в Амурском заливе и в б. Алексеева, не способны давать полноценное потомство из-за низкого качества продуцируемых ими половых клеток (Ващенко, Жадан, 1995; Vaschenko et al., 1997). Оказалось, что гаметогенез - очень чувствительная к загрязнению стадия жизненного цикла морских донных беспозвоночных. Низкое качество половых клеток приводит к появлению потомства, не способного пройти полный цикл развития.

    Непосредственное  влияние токсических веществ,  присутствующих в загрязненной  морской среде, на ослабленное  потомство еще больше уменьшает  его шансы на выживание. По  результатам исследования состояния  репродуктивной функции донных  беспозвоночных наихудшей признана экологическая ситуация в районе о-ва Скребцова (северная часть Амурского залива). В 1984-85 гг. потомство морских ежей с этой станции погибало на ранних стадиях развития, а в 1989 г. исчезли и взрослые особи.

С экологической  точки зрения, нарушение процесса воспроизводства морских организмов - одно из наиболее важных последствий загрязнения среды, поскольку именно от успешного воспроизводства зависит благополучие поселений, популяций и, в конечном итоге, видов. Отсутствие нормального воспроизводства донных беспозвоночных в загрязенных акваториях может быть одной из основных причин изменений в донных сообществах зал. Петра Великого, наблюдающихся за последние два-три десятилетия. Так, в Амурском заливе зарегистрированы (Tkalin et al., 1993):