Введение к работе
Актуальность исследования
Начавшийся в 70-х годах процесс антропогенного эвтрофирования Ладожского озера, являющегося крупнейшим пресноводным водоемом Европы, привел к ухудшению его экологического состояния и перестройке всех звеньев экосистемы, включая наиболее инертное из них -донные отложения. Основной причиной, вызвавшей развитие этого процесса, явилось избыточное поступление в озеро соединений фосфора. Если на стадии олиготрофии донные отложения выступают, в основном, в роли накопителя фосфора, то с повышением трофического уровня возросшее поступление фосфора из донных отложений, создающее, так называемую, внутреннюю фосфорную нагрузку, приводит к "вторичному эвтрофированио", ускоряющему процесс антропогенного эвтрофирования. Поэтому знание роли донных отложений необходимо при прогнозировании различных фосфорных нагрузок на водоем и планировании мероприятий по его рациональному использованию и охране. До настоящего исследования роль донных отложений в развитии процесса антропогенного эвтрофирования Ладожского озера оставалась неизученной. В течение последнего десятилетия рядом авторов на основе балансовых расчетов для всего озера были даны оценки седиментации фосфора и внутренней фосфорной нагрузки. Однако, достоверность некоторых из них вызывает сомнение. Кроме того, выполнение косвенных оценок не дает представления о конкретных механизмах и формах удаления фосфора из донных отложений в водную массу, а также пространственной неоднородности интенсивности этого процесса.
Таким образом, назрела необходимость оценить роль донных отложений на стадии эвтрофирования Ладожского озера путем непосредственного изучения фосфора в них и интенсивности обменных процессов на границе раздела вода-дно. Учитывая вышесказанное, очевиден также тот факт, что разрабатываемая тема имеет важное не только научное, но и природоохранное значение.
Цели и задачи работы
Основная цель работы заключалась в выявлении роли донных отложений в круговороте фосфора в Ладожском озере на современном этапе его развития, когда озеро стоит на пороге эвтрофной фазы.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
- г -
изучить пространственное и вертикальное распределение различных форм фосфора в придонной воде и верхнем слое донных отложений с учетом фракционного состава последних;
качественно оценить влияние ряда физико-химических и химических характеристик пограничной зоны осадок-вода на содержание, формы и подвижность форм фосфора в донных отложениях;
дать количественную оценку основных потоков фосфора в донных отложениях и через границу раздела вода-дно (седиментации, биодеградации фосфорсодержащего органического вещества, захоронения и удаления в водную массу); изучить пространственную неоднородность интенсивности этих процессов;
выявить основные механизмы удаления фосфора из донных отложений в водную массу путем оценки значимости диффузионной и конвективной составляющих потока;
оценить значимость потока фосфора из донных отложений для функционирования экосистемы Ладожского озера.
Научная новизна работы
-
Для крупных глубоководных водоемов предложен метод оценки потока фосфора из донных отложений и внутренней фосфорной нагрузки.
-
Роль донных отложений в круговороте фосфора в Ладожском озере оценена путем непосредственного изучения пространственного и вертикального распределения фосфора в поверхностном "активном" слое донных отложений и интенсивности обменных процессов на границе раздела вода-дно.
-
Изучение фосфора в донных отложениях Ладожского озера проводилось с учетом их фракционного состава, включая твердую фазу и поровый раствор.
-
Исследовано соотношение окисного (Fe3+) и закисного (Fe2+) железа в донных отложениях Ладожского озера методом Мессбауэровс-кой спектроскопии.
-
Высказано предположение о существовании ранее не описанного в литературе механизма влияния организмов макрозообентоса на удаление фосфора из донных отложений в водную массу.
Практическая значимость работы
Предложенный метод оценки поступления фосфора из донных отло-
жений в водную массу надежен и прост и может найти широкое применение при исследовании крупных глубоководных озер, а также морских экосистем. Рассчитанные величины потоков седиментации, захоронения и выделения фосфора из донных отложений в водную массу для различных лимнических зон и районов Ладожского озера могут быть включены в экологическую модель озера. Практическую значимость имеют также методические разработки, проведенные автором.
Апробация работы
Результаты исследования были представлены на первой Всесоюзной конференции по проблемам современной лимнологии (Ленинград, 1986); конференции по прикладной Мессбауэровской спектроскопии (Казань, 1990); XXIII научной конференции по изучению водоемов Прибалтики (Петрозаводск, 1991); третьем Международном семинаре по фосфору в донных отложениях (Зейст, Нидерланды, 1991); первом Международном симпозиуме по Ладожскому озеру (С.-Петербург, 1993); седьмой ежегодной конференции Европейского общества по токсикологии и химии окружающей среды (SETAC-Europe) (Амстердам, Нидерланды, 1997), обсуждались на семинарах Института озероведения РАН.
Публикации
Материалы диссертации изложены в 8 публикациях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и приложения, изложена на Z*fO страницах машинописного текста. Она содержит 2S рисунков и У-f таблиц. Список цитируемой литературы включает 6S отечественных и i$2 иностранных публикации.