Соотношение процессов аэробной и анаэробной деструкции органического вещества в донных отложениях прибрежных акваторий Крыма (Чёрное море)
Relationship of the processes of aerobic oxidation and anaerobic destruction of organic matter in the bottom sediments of coastal waters of Crimea (Black Sea)
Relationship of the processes of aerobic oxidation and anaerobic destruction of organic matter in the bottom sediments of coastal waters of Crimea (Black Sea)
Дата
2023
Авторы
Авторы (alternative)
Название журнала
Номер ISSN
Название тома
Издатель
Аннотация
Взаимосвязь водных масс с донными отложениями является очевидной, в первую очередь в вопросах формирования кислородного режима и, как следствие, самоочищения водоёмов. Зная скорость потребления кислорода, с помощью стехиометрических соотношений можно оценить ряд сопряжённых параметров энергетического обмена. Цель настоящей работы — посредством интерпретации данных кислородного потребления рассчитать возможный вклад аэробных и анаэробных процессов в деструкцию органических веществ в донных осадках различных районов крымского прибрежья Чёрного моря. Измерение суммарной скорости потребления кислорода проводили с помощью респирометрической камеры, герметично соединённой с кислородным датчиком LDO-оксиметра HQ40D. Для подавления бактериальной активности и выявления темпов окисления восстановленных продуктов анаэробиоза использовали антибиотик стрептомицин. Вертикальное зондирование толщи грунта в палеорусле реки Бельбек показало рост с глубиной окислительного потенциала и подповерхностный пик анаэробной активности. Вследствие ограниченной диффузии кислорода, скорость окисления сероводорода в поверхностном слое была сопоставима с темпами его образования в нижележащей толще грунта. Непосредственно на участке палеорусла реки Чёрная, прилегающем к устью Севастопольской бухты, донные отложения отличались от грунтов на склоне бόльшим уровнем аэробного потребления кислорода, а также содержанием восстановленных соединений, которое обусловлено более высокой скоростью их образования при относительно низких темпах окисления. Поглощение кислорода единицей донной поверхности в 0,6-см слое осадков Севастопольской бухты в среднем составляло 2,18 мкг·см−2·ч−1. В бухте Круглая наблюдали различия по динамике восстановленных соединений (H2S) между окисленными фоновыми участками и зонами восстановленных грунтов (сульфурет). В сульфуретах расчётные данные концентрации, темпов окисления и образования сероводорода выше на 32, 29 и 57 % соответственно. Максимальной, до 4,05 мкг·см−3·ч−1, скорость утилизации органического вещества была в Севастопольской бухте и в прилегающей к ней акватории. Бόльшая доля приходилась на анаэробную составляющую. Достаточно высокой она оказалась и в бухте Круглая, но здесь преобладала аэробная деструкция. Это связано с различиями как в целевом использовании бухт, так и в гранулометрическом составе донных осадков. В грунтах сульфуреты при скорости окисления органических веществ, равной таковой фонового участка, анаэробная утилизация протекала более чем в 2 раза интенсивнее. Её абсолютное значение было ближе к уровню, характерному для прибрежных участков открытого моря, в частности для палеорусла реки Бельбек.
Аннотация (alternative)
The relationship between water masses and bottom sediments is obvious. This primarily refers to the formation of oxygen regime and self-purification of water bodies. Stoichiometric ratios allow assessing certain parameters of energy metabolism associated with oxygen consumption. The aim of this work is to determine the possible contribution of aerobic and anaerobic processes to the destruction of organic matter in bottom sediments of various areas of the Crimean coast by interpreting the data on oxygen consumption. The total oxygen consumption rate was measured using a respirometry camera hermetically connected to an HQ40D oxygen sensor with LDO oximeter. To suppress bacterial activity and reveal the rate of oxidation of reduced anaerobiotic products, the antibiotic streptomycin was used. Vertical sounding of the bottom sediment strata in the Belbek River paleochannel showed an increase with depth of oxidative potential and a subsurface peak of anaerobic activity. Due to the limited diffusion of oxygen, the rate of hydrogen sulfide oxidation in the surface layer was comparable to the rate of its formation in the underlying sediment layer. A higher level of aerobic oxygen consumption and content of reduced compounds was observed in the bottom sediments of the Chernaya River paleochannel in contrast to its slopes. Increased concentration of hydrogen sulfide is due to the higher rate of its formation at relatively low rates of oxidation. In the Sevastopol Bay, the experimentally measured oxygen consumption by a unit of the bottom surface in the 0.6-cm sediment layer averaged 2.18 μg·cm−2·h−1. In the Kruglaya Bay, certain differences in the dynamics of reduced compounds (H2S) were registered between the oxidized background areas and the zones of reduced bottom sediments (sulfurettes). In sulfurettes, the calculated values for concentration, oxidation rate, and formation of hydrogen sulfide were higher by 32, 29, and 57%, respectively. The maximum rate of organic matter decomposition, up to 4.05 μg·cm−3·h−1, was recorded in the Sevastopol Bay and the adjacent water areas, with the anaerobic component accounting for a larger share. The share turned out to be quite high in the Kruglaya Bay as well, but there, aerobic destruction prevailed. This is due to differences in both the targeted use of the bays and the granulometric composition of bottom sediments. In sulfurette sediments, against the backdrop of the rate of oxidation of organic substances equal to that of the background area, anaerobic utilization occurred more than 2 times more intensive. Its absolute value corresponded to the level characteristic of the open-sea coastal areas, in particular, the Belbek River paleochannel.
Ключевые слова
донные отложения, потребление кислорода, деструкция органического вещества, Чёрное море, bottom sediments, oxygen consumption, destruction of organic matter, Black Sea
Библиографическое описание
Чекалов В. П. Соотношение процессов аэробной и анаэробной деструкции органического вещества в донных отложениях прибрежных акваторий Крыма (Чёрное море) // Морской биологический журнал. 2023. Т. 8, № 3. С. 87-96.