Соединения азота и фосфора в атмосферных выпадениях г. Севастополя в 2015–2023 годах

А. В. Вареник

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: moroz@poi.dvo.ru

Аннотация

Цель. Оценены многолетние изменения концентрации и потока биогенных элементов (неорганического азота и неорганического фосфора) с атмосферными выпадениями в г. Севастополе.

Методы и результаты. В течение 2015–2023 гг. в г. Севастополе отбирались атмосферные выпадения и анализировались на содержание растворенных форм неорганического азота (нитратного, нитритного и аммонийного) и фосфатов. Пробы отбирались за каждый случай выпадения осадков в два осадкосборника – открытый и закрытый. Лабораторный анализ проб осуществлялся в ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН». Всего было проанализировано 1264 пробы атмосферных выпадений. Максимальное содержание биогенных элементов определялось в пробах с минимальным количеством осадков либо после длительного сухого периода. Концентрации неорганических форм азота в пробах из открытого осадкосборника были выше концентраций из закрытого в 1,3 раза. Содержание фосфатов в открытом осадкосборнике в три раза превышало их содержание в закрытом. Повышенные концентрации аммонийного азота в атмосферных выпадениях определялись в весенний период, в то время как нитратного азота – в осенне-зимний. Поступление фосфатов с пробами из открытого осадкосборника достигало максимальной величины в осенний период и превышало поступление в зимнее время в 2,3 раза.

Выводы. Многолетнее изменение потока неорганического азота имеет квазипериодический характер с максимумом поступления в 2017 г. и минимумом – в 2019–2020 гг. Максимальный поток фосфатов для проб из закрытого осадкосборника наблюдался в 2017–2018 гг., в то время как поток для проб из открытого осадкосборника в 2021–2022 гг. превосходил поток в 2017–2018 гг. в 1,5 раза. Годовой вклад атмосферных выпадений составил 9,4–11,5 % от речного стока для азота и 16,7–55,6 % – для фосфатов, в меженный период – 12–14 и 20–65 % соответственно.

Ключевые слова

атмосферные выпадения, биогенные элементы, неорганический азот, нитратный азот, аммонийный азот, фосфаты

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме FNNN-2024-0001 «Фундаментальные исследования процессов, определяющих потоки вещества и энергии в морской среде и на ее границах, состояние и эволюцию физической и биогеохимической структуры морских систем в современных условиях». Автор выражает благодарность М. А. Мыслиной и Д. В. Тарасевич за помощь в получении данных.

Для цитирования

Вареник А. В. Соединения азота и фосфора в атмосферных выпадениях г. Севастополя в 2015–2023 годах // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 1. С. 50–65. EDN DWHUBR.

Varenik, A.V., 2025. Nitrogen and Phosphorus Compounds in Atmospheric Deposition in Sevastopol, 2015–2023. Physical Oceanography, 32(1), pp. 84-98.

Список литературы

  1. Atmospheric precipitation and chemical composition of an urban site, Guaíba hydrographic basin, Brazil / D. Migliavacca [et al.] // Atmospheric Environment. 2005. Vol. 39, iss. 10. P. 1829–1844. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.12.005
  2. Fornaro A., Gutz I. G. R. Wet deposition and related atmospheric chemistry in the São Paulo metropolis, Brazil. Part 3: Trends in precipitation chemistry during 1983–2003 // Atmospheric Environment. 2006. Vol. 40, iss. 30. P. 5893–5901. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2005.12.007
  3. Decina S. M, Hutyra L. R, Templer P. H. Hotspots of nitrogen deposition in the world's urban areas: a global data synthesis // Frontiers in Ecology and the Environment. 2020. Vol. 18, iss. 2. P. 92–100. https://doi.org/10.1002/fee.2143
  4. An assessment of the chemical composition of precipitation and throughfall in rural-industrial gradient in wet subtropics (southern Brazil) / M. R. Casartelli [et al.] // Environmental Monitoring and Assessment. 2008. Vol. 144. P. 105–116. https://doi.org/10.1007/s10661-007-9949-y
  5. The global nitrogen cycle in the twenty-first century / D. Fowler [et al.] // Philosophical Transactions of the Royal Society B. 2013. Vol. 368, iss. 1621. 20130164. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2013.0164
  6. Atmospheric deposition of carbon and nutrients across an arid metropolitan area / K. A. Lohse [et al.] // Science of The Total Environment. 2008. Vol. 402, iss. 1. P. 95–105. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.04.044
  7. Atmospheric organic nitrogen deposition in strategic water sources of China after COVID-19 lockdown / Y. Yang [et al.] // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022. Vol. 19, iss. 5. 2734. https://doi.org/10.3390/ijerph19052734
  8. Decina S. M., Templer P. H., Hutyra L. R. Atmospheric inputs of nitrogen, carbon, and phosphorus across an urban area: unaccounted fluxes and canopy influences // Earth's Future. 2018. Vol. 6, iss. 2. P. 134–148. https://doi.org/10.1002/2017EF000653
  9. Sumathi M., Vasudevan N. Role of phosphate in eutrophication of water bodies and its remediation // Journal of Chennai Academy of Sciences. 2019. Vol. 1. P. 65–86.
  10. Wet deposition of ammonium, nitrate and sulfate in the Netherlands over the period 1992–2008 / E. Van der Swaluw [et al.] // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45, iss. 23. P. 3819–3826. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.04.017
  11. Singh A., Gandhi N., Ramesh R. Contribution of atmospheric nitrogen deposition to new production in the nitrogen limited photic zone of the northern Indian Ocean // Journal of Geophysical Research: Ocean. 2012. Vol. 117, iss. C6. C06004. https://doi.org/10.1029/2011JC007737
  12. Савенко В. С., Савенко А. В. Геохимия фосфора в глобальном гидрологическом цикле. М. : ГЕОС, 2007. 247 с.
  13. Global distribution of atmospheric phosphorus sources, concentrations and deposition rates, and anthropogenic impacts / N. Mahowald [et al.] // Global Biogeochemical Cycles. 2008. Vol. 22, iss. 4. GB4026. https://doi.org/[10.1029/2008GB003240](https://doi.org/10.1029/2008GB003240)
  14. Bioaerosols and dust are the dominant sources of organic P in atmospheric particles / K. Violaki [et al.] // npj Climate and Atmospheric Science. 2021. Vol. 4. 63. https://doi.org/10.1038/s41612-021-00215-5
  15. Dadashpoor H., Azizi P., Moghadasi M. Land use change, urbanization, and change in landscape pattern in a metropolitan area // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 655. P. 707–719. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.267
  16. A comparative analysis of urban and rural construction land use change and driving forces: Implications for urban–rural coordination development in Wuhan, Central China / Y. Liu [et al.] // Habitat International. 2015. Vol. 47. P. 113–125. https://doi.org/10.1016/j.habitatint.2015.01.012
  17. Yadav A., Pandey J. Contribution of point sources and non-point sources to nutrient and carbon loads and their influence on the trophic status of the Ganga River at Varanasi, India // Environmental Monitoring and Assessment. 2017. Vol. 189. 475. https://doi.org/10.1007/s10661-017-6188-8
  18. Terrestrial phosphorus limitation: mechanisms, implications, and nitrogen–phosphorus interactions / P. M. Vitousek [et al.] // Ecological Applications. 2010. Vol. 20, iss. 1. P. 5–15. https://doi.org/10.1890/08-0127.1
  19. Deriving global quantitative estimates for spatial and temporal distributions of biomass burning emissions / C. Liousse [et al.] // Emissions of Atmospheric Trace Compounds / C. Granier, P. Artaxo, C. E. Reeves (eds.). Dordrecht : Springer, 2004. (Advances in Global Change Research ; vol. 18). P. 71–113. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2167-1\_3
  20. Solórzano L. Determination of ammonia in natural waters by the phenolhypochlorite method // Limnology and Oceanography. 1969. Vol. 14, iss. 5. P. 799–801. https://doi.org/10.4319/lo.1969.14.5.0799
  21. Динамика содержания минеральных форм азота в водотоках и атмосферных осадках поселка Листвянка (Южный Байкал) / Н. С. Чебунина [и др.] // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». 2018. Т. 24. С. 124–139. EDN XQRFOP. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2018.24.124
  22. Bettez N. D., Groffman P. M. Nitrogen deposition in and near an urban ecosystem // Environmental Science and Technology. 2013. Vol. 47, iss. 11. P. 6047–6051. https://doi.org/10.1021/es400664b
  23. Effects of tree dieback on lake water acidity in the unmanaged catchment of Plešné Lake, Czech Republic / J. Kopáček [et al.] // Limnology and Oceanography. 2019. Vol. 64, iss. 4. P. 1614–1626. https://doi.org/10.1002/lno.11139
  24. Temporal trends of phosphorus in urban atmospheric aerosols / V. I. Furdui [et al.] // Canadian Journal of Chemistry. 2022. Vol. 100, no. 7. P. 538–544. https://doi.org/10.1139/cjc-2021-0220
  25. Blake K., Templer P. H. Interacting effects of urbanization and climate on atmospheric deposition of phosphorus around the globe: A meta-analysis // Atmospheric Environment. 2023. Vol. 309. 119940. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.119940
  26. Вареник А. В. Применение метода Брандона для оценки содержания неорганического азота в атмосферных осадкахк // Метеорология и гидрология. 2019. № 5. С. 26–31. EDN LLDLGB.
  27. Вареник А. В. Влияние выбросов от стационарных источников на загрязнение атмосферных осадков неорганическим азотом на примере г. Севастополя // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 3. С. 277–286. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-3-277-286
  28. Impacts and effects indicators of atmospheric deposition of major pollutants to various ecosystems – A review / L. P. Wright [et al.] // Aerosol and Air Quality Research. 2018. Vol. 18, iss. 8. P. 1953–1992. https://doi.org/10.4209/aaqr.2018.03.0107
  29. Савенко В. С. Атмосферная составляющая геохимического баланса фосфора в современном океане // Доклады Академии наук. 1996. Т. 350, № 3. С. 390−392.
  30. Hydrochemistry of wet atmospheric precipitation over an urban area in Northern Indo-Gangetic Plains / K. P. Singh [et al.] // Environmental Monitoring and Assessment. 2007. Vol. 131. P. 237–254. https://doi.org/10.1007/s10661-006-9472-6
  31. Atmospheric wet deposition of nitrogen in a subtropical watershed in China: characteristics of and impacts on surface water quality / Z. Hao [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2017. Vol. 24, iss. 9. P. 8489–8503. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8532-5
  32. Global change and the ecology of cities / N. B. Grimm [et al.] // Science. 2008. Vol. 319, iss. 5864. P. 756–760. http://dx.doi.org/10.1126/science.1150195
  33. Мыслина М. А., Вареник А. В., Тарасевич Д. В. Динамика концентрации биогенных элементов в водах реки Черной (Крымский полуостров) в 2015–2020 годах // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 3. С. 438–449. EDN UGRJUT.

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.