Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Продуктивность плантаций двустворчатых моллюсков в Приморье. Монография
.pdf
Количественную оценку возможной роли трепанга в поликультуре с моллюсками мы также проводили на примере бухты
Алексеева. Как показали расчеты, основанные на данных о пищевых рационах трепанга, за счет биоотложений только культивируемых моллюсков могут быть удовлетворены пищевые потребности 2
млн экз. сеголеток трепанга или 0,35 млн экз. годовиков и 0,55 млн
экз. сеголеток (Гаврилова, 1987).
Таким образом, оценка влияния плантаций двустворчатых моллюсков на прибрежные экосистемы была и остается одной из важнейших проблем в марикультуре. Рассмотренные материалы свидетельствуют о том, что процессы, которые будут происходить в том
или ином водоеме при создании подвесных плантаций двустворчатых моллюсков, определяются характеристиками самого водоема,
величиной и составом установок. В настоящее время появились
исследования, свидетельствующие о различных фазах воздействия
нагрузок на акватории, которые в свою очередь зависят от динамических характеристик водоема (Примаков и др., 2008). Существуют
и обобщения, где сделана попытка определить “главные” экосистемные процессы, происходящие при культивировании двустворчатых моллюсков, которые должны быть учтены при составлении
будущих моделей приемной емкости (Newell, 2007). Среди них
ограниченность пищевой базы — “контроль снизу” по фитопланктону и микрозоопланктону; возникновение дефицита кислорода
в осадках, ведущего к уменьшению биомассы и видоразнообразия
бентоса; изменение скорости регенерации неорганических питательных веществ, влияющей на локальную продукцию фитопланктона; изменение прозрачности воды под влиянием фильтрующих
моллюсков, что создает преимущества для продуцирования донных
растений. Вместе с тем нельзя не принимать во внимание и другие
процессы, происходящие в районах создания мариферм, например,
такие как обрастание аквакультурных установок, так как биомасса
организмов-обрастателей может быть равной или превышать таковую культивируемых. Кроме того, увеличение содержания органического вещества в осадках может увеличивать вторичную продукцию бентоса и др.
Для некоторых районов были разработаны модели, позволяющие оценивать объемы биоотложений моллюсков и регулировать
размеры плантаций. Созданные на базе полевых наблюдений модели могли описывать различные сценарии развития событий при
создании в бухтах морских ферм разных размеров. В то же время
анализ результатов расчетов по таким моделям, с одной стороны,
71
привел к пониманию невозможности учесть все составляющие в
балансе биогенов в прибрежных экосистемах, с другой стороны,
показал, что сложность процессов взаимодействия плантаций с экосистемами бухт делает невозможным и предсказание развития этих
процессов без использования моделей (Grant et al., 2005; Cranford et
al., 2007).
На наш взгляд, для эффективного управления аквакультурой
двустворчатых моллюсков актуально дальнейшее выявление количественных характеристик, определяющих степень органического
загрязнения водоемов, и нахождение параметров, позволяющих
оценивать их емкость. В настоящее время для этой цели исследуются структурные и функциональные характеристики планктонных и бентосных сообществ в районах расположения марихозяйств и за их пределами. Известно, что об активности процессов,
происходящих в осадках на марикультурных участках, можно судить по величине окислительно-восстановительного потенциала
грунта (Grant et al., 1995; Примаков и др., 2008). Количественное
уменьшение этого показателя и смена его знака означают, что весь
кислород тратится на окисление органических веществ, а часть
из них, не успев минерализоваться, захоранивается, что влечет за
собой увеличение содержания органического вещества в грунте
и изменение видового состава донных сообществ. Аналогичный
подход к таким исследованиям существует и в Японии, где изменения биогеохимических показателей осадков и численности
макрофауны используют для оценки влияния культивирования
рыб на окружающие бентосные сообщества, применяя при этом
специализированную дистанционно управляемую фототехнику
(Yokoyama, 2003). Таким образом, оценив для разных водоемов
концентрации органического вещества, соответствующие определенным значениям окислительно-восстановительного потенциала
грунта, при которых происходит снижение видового разнообразия
и смена видов-доминантов, можно осуществлять и соответствующий мониторинг.
В настоящее время анализ влияния аквакультуры моллюсков
на прибрежные экосистемы, регулирование его последствий, а также моделирование происходящих процессов — одна из основных
задач многих международных программ, целью которых является
выработка общих критериев оценки качества вод в районах аквакультурных участков. Для примера можно привести сотрудничество
в области аквакультуры США и Японии — “U.S.-Japan Cooperative
Program in Natural Resource” (Bulletin …, 2007), а также деятель-
72
ность Международных научных организаций стран атлантического
и тихоокеанского бассейнов ICES и PICES.
В то же время можно согласиться с существующим мнением
(Newell, 2007), что вопрос о том, какой уровень влияния аквакультуры на прибрежные экосистемы, может рассматриваться в качестве
допустимого, т.е. при каком уровне существуют преимущества от
такой деятельности — это не целевой научный вопрос, а скорее
научно-социальная проблема. В этом случае и возможный уровень
воздействия не может быть единым и будет значительно изменяться
в разных странах.
Оценка допустимых дополнительных нагрузок на акватории
позволяет прежде всего ответить на вопрос о возможных объемах
культивируемых гидробионтов. Она необходима и для обеспечения устойчивого развития марикультуры, а также определения ее
влияния на среду. Существуют различия трактовки понятия приемной емкости для природных комплексов и полигонов аквакультуры (Карпевич, 1975; Odum, 1983; Шунтов, 2000). Во втором случае
акцент делается на возможность природных экосистем обеспечить
жизнедеятельность искусственно создаваемых плотных скоплений
культивируемых гидробионтов при проявлении ими высокой биопродуктивности (Карпевич, 1975, 1998). Понятие приемной емко-
сти водоемов широко применялось для обозначения максимальной
биомассы популяций, которая может постоянно поддерживаться в
соответствующих условиях при определенном наборе доступных
ресурсов. Когда биомасса животных достигает своих максимальных значений и прекращает увеличиваться, система как бы говорит,
что достигла своего предела, т.е. максимальной приемной емкости.
Экспериментальные работы показывали, что величина оптималь-
ной приемной емкости — устойчивой, экологически безопасной в
течение длительного периода — ниже, возможно, она ниже на 50 %
теоретического максимума (Odum, 1983).
В дальнейшем на базе этой экологической концепции сформировалось определение приемной емкости как максимальной
биомассы исключительно культивируемых видов, проявляющих
максимальную продуктивность, не оказывая при этом негативного
воздействия на индивидуальную скорость роста моллюсков (Carver,
Mallet, 1990). Это определение не всегда может быть применено в
73
промышленной аквакультуре, так как общая продукция плантаций
могла быть максимальной и при низкой индивидуальной скорости
роста гидробионтов. Для продукции промышленной аквакультуры
Smaal с соавторами (1998) предложили определение “эксплуатационной приемной емкости” — “exploitation carrying capacity”, под
которой авторами понимался запас культивируемых гидробионтов,
обеспечивающий максимальный урожай у товарной группы моллюсков. Определение “эксплуатационной приемной емкости” для
аквакультурных участков в реальных условиях довольно затруднительно, прежде всего потому, что в пространстве и во времени изменяется доступность пищи — один из важнейших факторов, управляющий ростом моллюсков.
Известно, что в аквакультуре различают несколько категорий
приемной емкости. Емкость полигонов культивирования контролируется абиотическими и биотическими факторами. Соответственно
предлагается различать экологическую емкость, определяющуюся
длительностью периодов с благоприятными температурным, солевым и газовым режимами, а также величиной районов с благоприятными условиями среды, подходящими субстратами для оседания
молоди, площадями для пастбищного выращивания товарной продукции. К биотической емкости относятся прежде всего пищевые
ресурсы. Вместе с тем понимается при этом, что биотическая емкость включает и такие аспекты, как насыщенность биоценозов,
конкуренция, пресс хищников. Однако с увеличением объемов
производства продукции гидробионтов на первый план выходят
проблемы взаимодействия марикультуры с окружающей средой,
они связаны с определением регуляторной емкости, позволяющей
оценить способность водоемов к самоочищению (Карпевич, 1975,
1998).
В более поздних литературных обзорах, где также сформулировано определение несколько категорий приемной емкости, обсуждается необходимость и возможность поэтапного их определения
на физическом, продукционном, экологическом и социальном уровнях (McKindsey et al., 2006; Newell, 2007). В настоящее время считается, что физическая приемная емкость может быть определена
через комбинацию гидродинамических моделей и (или) информацию, приведенную и проанализированную в рамках национальных
географических информационных систем (Geographic Information
System (GIS)), т.е. практически необходимо изучение морфометрических показателей водоемов, их гидродинамического режима. В
последнее время большинство научных исследований проходит на
74
уровне продукционной приемной емкости, расчеты которой ведутся
через количество доступной пищи. Обилие пищи изменяется в пространстве и во времени из-за изменения скорости продуцирования
фитопланктона и течений, которые управляют “пищевыми потоками” через участки, где выращивают моллюски. При этом наличие
больших площадей с подвесными установками также изменяет направления и интенсивность таких потоков. В то же время трофическая база моллюсков состоит из нескольких составляющих и фитопланктон — лишь один из ее компонентов.
Экологическая приемная емкость для аквакультуры двустворчатых моллюсков может характеризоваться биомассой моллюсковфильтраторов, при которой существуют максимально возможные
потребление фитопланктона и удаление из водоема поступающих с
плантаций питательных веществ. При этом такие процессы не должны негативно сказываться на качестве вод, биогеохимии осадков и
других экосистемных функциях. Считается, что в настоящее время
объем имеющихся знаний недостаточен для определения третьего
уровня — экологической емкости — и в данном направлении еще
необходимы значительные научные усилия. Социальная приемная
емкость может быть оценена только после изучения всех предшествующих уровней, после их объективной оценки, т.е. оценка более
высоких категорий приемной емкости в ряду — физическая, продукционная, экологическая, социальная — базируется на всеобъемлющем понимании предыдущих категорий.
Отметим, что аналогами физической, продукционной и экологи-
ческой емкости среды в англоязычной литературе являются понятия
соответственно экологической, биотической и регуляторной емко-
сти, предложенные А.Ф. Карпевич (1975).
Для прогнозирования оптимальных объемов культивируемых
моллюсков и оценки изменений, происходящих в районах расположения плантаций, было разработано большое количество различных моделей приемной емкости (Smaal et al., 1998; Duarte et
al., 2003; Nunes et al., 2003; Ferreira et al., 2007; и др.). Они использовались для оценки “эксплуатационной приемной емкости”
акваторий, где культивируются моллюски, при различных характеристиках (размерах, возрасте) посадочного материала и товарной продукции. Оценивалось также влияние различных стратегий
управления поликультурой на величину продукции (Nunes et al.,
2003). С помощью модели была показана важность таких аспектов,
как месторасположение ферм и применяемые методы при плантационном выращивании, которые могут значительно, более чем на
75
100 %, изменить величину получаемой продукции (Ferreira et al.,
2007). Анализ основных положений математических моделей приемной емкости для моллюсков показал, что увеличить точность
модельного прогнозирования возможно при создании экологиче-
ской модели, последовательно включая в нее несколько составляющих (Newell, 2007). Например, трехмерная физическая модель,
разработанная Chen с соавторами (1999), может служить ядром
для модели аквакультуры двустворчатых моллюсков. Комплекс
биогеохимических процессов в осадках, находящийся под влиянием плантаций моллюсков, может быть описан с использованием
тщательно разработанной модели преобразования осадков DiToro
(2001). Влияние двустворок на глубину проникновения света и
рост донных растений может быть рассмотрено на основе модели Alvera-Azcarate с соавторами (2003) для водорослей и модели
Newell, Koch (2004) для морских трав.
Однако до настоящего момента концепция модели экологической приемной емкости только обсуждается (McKindsey et al., 2006;
Newell, 2007), а во всех разработанных моделях не были учтены
возможности негативного воздействия культивирования моллюсков
на важные аспекты функционирования экосистем, например способность участков культивирования к переработке биоотложений.
В моделях не учитывались и возможные экосистемные “преимущества”, такие как питание моллюсков не только фитопланктоном,
но и другими веществами, извлекаемыми из водной толщи (Newell,
2004). Учет этих составляющих — это уже основа для “экологического” или “экосистемно-сбалансированного” подхода при организации аквакультурных хозяйств (McVey et al., 2002; Neori et al.,
2004).
Итак, очевидно, что на современном этапе разработаны
основные положения для оценки (с определенной долей вероятности) физической и продукционной емкостей аквакультурных
участков с плантациями двустворчатых моллюсков. (В дальнейшем мы будем придерживаться терминологии, принятой в англоязычной литературе.) А наши расчеты для конкретных водоемов
будут построены на первом-втором уровне определения их приемной емкости.
В литературе существуют немало допустимых и удобных алгоритмов для расчета приемной емкости участков аквакультуры. Например, для двустворчатых моллюсков наиболее известна формула расчета приемной емкости прибрежных экосистем,
предложенная Dame, Prins (1998). Эту величину они считают
76
функцией нескольких переменных: “теоретического времени”,
необходимого для полной смены воды в водоеме; отношения
среднегодовой величины биомассы фитопланктона к продукции
фитопланктона; “теоретического времени”, которое необходимо
моллюскам в экосистеме для отфильтровывания всех частиц из
объема воды, эквивалентного общему объему системы. Анализ,
выполненный этими авторами для 11 прибрежных и эстуарных
экосистем, показал, что крупные устойчивые популяции двустворчатых моллюсков существуют в экосистемах с относительно коротким “теоретическим временем” оборота (менее 40 сут)
и коротким временем первичного продуцирования (менее 4 сут).
Такие динамичные системы обеспечивают высокую биомассу
двустворчатых моллюсков с присущей им высокой скоростью
очистки воды от взвешенных частиц. С учетом принятых допущений биомасса культивируемых моллюсков может быть рассчитана по формуле:
B = (µ – m)/Cl + ((P
где B — биомасса моллюсков, г · м
–1
планктона, сут
; m — скорость отмирания фитопланктона, сут–1;
– P)/P · Cl) ∙ 1/RT,
e
–3
; µ — скорость роста фито-
Cl — скорость фильтрации воды моллюсками определенного вида,
3
· г–1 · сут–1; Pe — концентрация фитопланктона в воде, поступаю-
м
щей в экосистему, г · м
–3
системе, г · м
; RT — время, теоретически необходимое для полной
–3
; P — биомасса фитопланктона в самой эко-
смены воды в бухте, сут.
В вышеупомянутой, а также в большинстве разработанных моделей для определения трофической базы моллюсков-фильтраторов
в качестве основных параметров используются концентрации фитопланктона, которые в свою очередь рассчитываются по содержанию
хлорофилла “а” (Newell, 2007; Rawson et al., 2007). Вместе с тем известно, что моллюски интенсивно отфильтровывают из воды все частицы размерами более 3 мкм в диаметре (Bayne, Newell, 1983). И
для более полной оценки доступных пищевых ресурсов необходимо
учитывать не только фитопланктон, его разные размерные группы.
Трофическая база моллюсков складывается из нескольких составляющих — фито-, зоо-, бактериопланктона, детрита, которые представляют собой взвешенное органическое вещество, поэтому оценки продукционной емкости аквакультурных участков, выполненные
только с учетом биомассы фитопланктона, могут приводить к заметным ошибкам.
В связи с этим принципы расчета мощности аквахозяйств на
примере мидиевой фермы у побережья Черного моря, предложен-
77
ные В.И. Холодовым с соавторами (1991) и в дальнейшем использованные в работе А.В. Кучерявенко (2002) для мелководных бухт
зал. Посьета, представляются нам более приемлемыми. Расчеты
потенциально возможного количества выращиваемых моллюсков
на аквакультурных участках велись на основе оценки потоков взвешенного органического вещества, а также определения возможности и эффективности его использования моллюсками. Особенности
района для культивирования мидии на Черном море вблизи п-ова
Крым состоят в том, что здесь отсутствуют закрытые бухты, пригодные для марикультуры, а также заметные приливо-отливные явления. Основные плантации устанавливаются в открытых районах,
где преобладает черноморское течение. Фактором, лимитирующим рост мидий, является недостаток корма. В расчетах учитывалось, что размерная структура и плотность поселений мидий на
искусственных носителях определяет мощность потоков вещества
и энергии между марихозяйством и средой. Под потенциальной
продукцией акватории авторами понималась расчетная масса мидий, которая может быть образована при потреблении корма, поступающего в акваторию в единицу времени, например в один год.
В частности, авторы пришли к выводу, что акватории, в которых
–3
концентрации корма ниже 170 мг · м
, не пригодны для организа-
ции мидийных ферм.
Суммарную годовую потенциальную продукцию мидий у побережья Черного моря вычислялись по формуле (Холодов и др., 1991):
А = Σ Р
— поток корма через данное сечение за месяц; ki — эффектив-
где Р
i
· ki, i = 1, …12,
i
ность использования корма для роста мидий; i — порядковый номер
месяца.
Расчет возможного количества выращиваемых моллюсков в
бухтах зал. Посьета был выполнен на основе решения уравнения
(Кучерявенко, 2002):
М = К
Х + КуУ,
х
где М — количество органического вещества в объеме воды, сменяемом в бухте за сутки; Х — количество товарных моллюсков; У
— количество молоди моллюсков; К
, Ку — суточные пищевые ра-
х
ционы соответственно товарных моллюсков и молоди.
В расчетах возможного количества выращиваемых моллюсков
в бухтах зал. Посьета использовали величину содержания ВОВ в
приходно-расходной части водного баланса бухт. Обосновывая такой подход, А.В. Кучерявенко (2002) исходил из предположений, что
для того, чтобы существующая биосистема находилась в сбаланси-
78
рованном состоянии, должна сохраняться неизменность основной
массы органического вещества в водоеме. Поэтому допустимый
объем культивируемых моллюсков не может быть больше того, при
котором утилизируется все органическое вещество, поступающее
из смежных акваторий. Кроме того, из искусственно созданной биосистемы должна выноситься хотя бы часть органических веществ,
выделяемых культивируемыми моллюсками. Расчет трофической
базы моллюсков велся с учетом значений содержания органического углерода во взвеси и величин сменяемого за сутки объема воды
в бухтах.
79
В завершение нашей работы мы посчитали необходимым, вопервых, на примере конкретных бухт рассчитать их физическую и
продукционную (кормовую) емкости и соответственно допустимые
нагрузки при создании там плантаций по выращиванию моллюсков;
во-вторых, предложить возможный вариант оценки потенциальной
продукции двустворчатых моллюсков во всем зал. Петра Великого,
выполнив ее хотя бы в первом приближении, формулируя биологические и социальные аспекты, которые бы учитывались при ее
проведении.
В предыдущей главе приведены некоторые методики расчета
допустимых нагрузок на акватории при культивировании там двустворчатых моллюсков-фильтраторов, из которых видно, что все
они основаны на оценке в первую очередь кормовой базы. При этом
сама величина кормовой базы определяется разными методами. В
одном из них — наиболее часто применяемом — используются данные о концентрациях фитопланктона в водоемах, которые в свою
очередь рассчитывались по величине хлорофилла “а” (Иванов и др.,
1989; Dame, Prins, 1998; Smaal et al., 1998; Duarte et al., 2003; Nunes
et al., 2003). Однако количественные определения фитопланктона,
как и бактериопланктона и других мелких гетеротрофов, достаточно трудоемки, поэтому до настоящего времени эти компоненты биоты остаются слабо изученными (Шунтов, 2001; Шунтов, Темных,
2008). Этот метод подвергался критике, особенно в последнее время
(Агатова и др., 2007; Newell, 2007), еще и потому, что концентрация
фитопигментов (в частности, хлорофилла “а”) зависит от физиологического состояния клетки и состава популяции в конкретной
экосистеме и соответственно оценка биомассы фитопланктона по
этому показателю дает большой разброс величин. Кроме того, кормовая база моллюсков состоит из нескольких компонентов, а не
только из фитопланктона.
Согласно еще одному методу оценить кормовую базу
моллюсков-фильтраторов можно рассчитав содержание взвешенного органического вещества в приходно-расходной части водного
баланса бухт. Репрезентативными показателями содержания растворенного органического вещества (РОВ) и ВОВ являются соот-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]