Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы. Современное состояние изученности мидии Черного моря и ее культивирования. Собственные исследования 10
Глава 2 Материал и методики исследовании 50
Глава 3 Современное состояние естественных популяций мидии Mytilus galloprovincialis В восточной части Черного моря 66
Глава 4 Природные океанографические факторы морской среды, определяющие развитие марикультуры в восточной части Черного моря 101
4.1 Климатические особенности 101
4.2 Гидрографическая сеть 104
4.3 Океанологические условия 106
Течения, циркуляция водных масс, волнения, уровень 108
Локальный естественный апвеллинг 128
Температура, соленость, плотность 142
Речной сток 165
Взаимодействие между прибрежными и морскими водами 172
4.4 Гидрохимический режим акваполигонов марикультуры 191
Динамика биогенных элементов 192
Соотношение минеральных и органических форм биогенных элементов 251
Содержание биогенных элементов в слое фотосинтеза и проблема обеспеченности фитопланктона минеральным питанием 268
Соотношение неорганических форм азота и фосфора (п/р) 271
Запас биогенных элементов 274
Пространственно-временная изменчивость хлорофилла «а» 279
Глава 5 Загрязнение северо-восточной части Черного моря 302
Глава 6 Оценка биологической продуктивности восточной части Черного моря 333
6.1 Качественный состав фитопланктона 333
6.2 Сукцессии фитопланктона 343
6.3 Характеристика фитопланктона по районам работ 351
6.4 Органическое вещество и его биохимические компоненты в прибрежной зоне Черного моря 365
Глава 7 Технологии, биотехника и технические средства воспроизводства и товарного выращивания мидии Mytilus galloprovincialis, адаптированные к условиям восточной части Черного моря 378
7.1 Экологическое обоснование 379
7.2 Гидробиотехнические сооружения (субстраты) для естественных условий воспроизводства и товарного выращивания 384
7.3 Расчетное обоснование работоспособности и надежности СВМ 390
7.4 Особенности воспроизводства в замкнутых системах 397
7.5 Биотехническая схема и технология воспроизводства 402
7.6 Контроль за процессом воспроизводства и товарного выращивания мидий 411
7.7 Основные экономические показатели воспроизводства и культивирования мидий в восточной части Черного моря 415
Выводы 426
Предложения промышленности 433
Список использованных источников 434
Приложение 465
- Современное состояние естественных популяций мидии Mytilus galloprovincialis В восточной части Черного моря
- Соотношение минеральных и органических форм биогенных элементов
- Сукцессии фитопланктона
- Особенности воспроизводства в замкнутых системах
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время 25% мирового объема сырья морского происхождения получают за счет марикультуры — культивируемых ценных видов рыб, беспозвоночных и водорослей (Моисеев, 1996). Интенсивное развитие марикультуры в мире обусловлено рядом факторов, к которым можно отнести: большое разнообразие объектов культивирования с высокими пищевыми, кормовыми, техническими, профилактическими, лечебными и другими свойствами; контролируемость качества продукции, круглогодичное устойчивое получение сырья в нужные сроки; относительно малая потребность в пресной воде, земельных, топливно-энергетических ресурсах; возможность получения экологически чистой продукции; сравнительно высокая (2-5 лет) окупаемость капиталовложений.
Темпы наращивания объемов культивирования морских объектов во многих странах значительно возросли в последние годы, и в соответствии с данными экспертов ФАО, продукция этой подотрасли составляла в 2000 г. 50% стоимости всей вылавливаемой и производимой морской продукции. Развитие этого направления в большинстве стран осуществляется на уровне национальных программ и базируется на значительных государственных инвестициях.
Россия занимает последнее место в мире по масштабам промышленной марикультуры, притом, что потенциальные возможности (по оценкам экспертов) составляют 1-2 млн. тонн в год. Одним из основных объектов культивирования должны стать моллюски, в том числе мидии, для выращивания которых в Черном море имеются все условия.
В последние десятилетия экосистема Черного моря испытывает под воздействием антропогенного фактора крупные преобразования, сопровождающиеся уменьшением биоресурсов практически по всем уровням трофической цепи, сокращением биоразнообразия и ведущим, в конечном счете, к уменьшению добычи гидробионтов, включая рыб. Сократилось использование биоресурсов моря в пищевых и иных целях (Conservation of biodiversity, 1998, International conference, 2003). Приостановить этот процесс деградации традиционных биоресурсов возможно, но для этого необходимы нетрадиционные и эффективные мероприятия, в том числе, в российской части Черного моря. Этим и определяется актуальность рассматриваемой нами проблемы.
Целью диссертационного исследования явилось изучение природных процессов, определяющих функционирование естественных поселений мидий, естественных и техногенных основ морской аквакультуры как новой экологически целесообразной и экономически эффективной подотрасли хозяйствования в российской части Черного моря, а также разра-
ботка комплекса соответствующих технологических и технических природоохранных мероприятий.
Для реализации поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:
изучение на базе материалов экспедиционных и полевых исследований состояния запасов мидий и выявление природных (естественных) предпосылок для развития марикультуры в восточной части Черного моря;
разработка экологического обоснования и методики выбора полигонов для размещения модульных хозяйств по культивированию гид-робионтов, в том числе моллюсков, в восточной части Черного моря с учетом их функционального назначения (воспроизводственные, товарные, экотехнические);
разработка конструкций гидробиотехнических сооружений (ГБТС) для марикультуры из материалов и комплектующих отечественного производства;
разработка биотехники и технологии марикультуры по воспроизводству моллюсков, их товарному выращиванию с применением телекаптажа и без него; по безотходной переработке мидий в медицинскую, пищевую, кормовую, лечебно-профилактическую и техническую продукцию;
отработка технологических регламентов функционирования морских хозяйств и переработки мидий;
исследование различных аспектов воздействия объектов культивирования на окружающую среду;
определение прогнозных показателей развития марикультуры мидий в восточной части Черного моря.
Научная новизна заключается в разработке выдвинутой нами концепции сохранения и использования запасов двустворчатых моллюсков мидий в восточной (российской) части Черного моря; обосновании мероприятий по сохранению естественных поселений моллюсков в современный период значительных преобразований экосистемы водоема под воздействием антропогенного фактора; и разработке научно-технических основ развития новой подотрасли хозяйствования - марикультуры мидий.
Предложенные нами некоторые конструкции носителей и биотехнические решения - определение сроков выставления коллекторов в зимне-весенний период и технические решения по биотехнологии не имеют аналогов в мировой практике.
Впервые выполнено:
~ изучены особенности океанографического режима региона по широкому перечню показателей применительно к сохранению естественных поселений, организации и развитию марикультуры мидий. Выявлено, что в российском прибрежье Черного моря имеются благоприятные океанографические условия для сохранения и преумножения естественных поселений мидий и развития ее широкомасштабного культивирования;
оконтурены районы с повышенным уровнем антропогенного загрязнения, мелиорация которых возможна с применение технологий марикультуры мидий. Выявлены оптимальные океанографические условия для воспроизводства естественных поселений мидий и ее культивирования, а также участки моря, соответствующие таким требованиям;
разработана специализированная методика океанографических съемок с использованием вертолетов;
оценена продуктивность прибрежной зоны моря, установлено, что она в современный период не является лимитирующим фактором в развитии марикультуры, и разработано обоснование биотехнологии культивирований мидий в регионе;
выполнены научно-технические проработки и конструкторские решения гидробиотехнических сооружений с учетом особенностей океанографического режима российской акватории Черного моря;
создана сеть функционирующих опытно-промышленных участков по культивированию мидий в российской акватории Черного моря, разработаны ТУ и технологии использования мидий в пищевых, лекарственных, профилактических, технических и иных целях и созданы оригинальные средства малой механизации биотехнологичёского процесса и переработки продукции;
определена экономическая эффективность развития новой подотрасли хозяйства - марикультуры мидий в российской части Черного моря;
предложено использовать товарные хозяйства по культивированию мидий а качестве питомников для воспроизводства и сохранения естественных поселений моллюсков и оценена общая возможная продукция марикультуры мидий в российской части Черного моря в количестве 20 тыс.тонн ежегодно.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Созданием сети опытно-промышленных участков (акваполйгонов, хозяйств) доказана целесообразность организации новой подотрасли - марикультуры мидий в российском Причерноморье, высокоэффективной в экологическом и экономическом отношениях. Использование предложенных организационных, биотехнологических, конструкторских и техниче-
ских решений позволит быстро нарастить мощности марикультуры и получить значительный народнохозяйственный эффект. Наряду с увеличением занятости населения, возрастет производство ценных пищевых продуктов и эффективных лекарственных, лечебных и профилактических препаратов. На новую продукцию из мидий разработаны ТУ и ТИ и получены соответствующие сертификаты и разрешительные документы Минздрава РФ.
Предмет защиты:
Научно-обоснованная концепция сохранения и использования запасов двухстворчатых моллюсков мидии Mytilus galloprovincialis Lam. в восточной части Черного моря, включающая:
выявленные характеристики и особенности океанографического режима, продуктивности региона и естественных поселений мидий в российской части Черного моря;
научные обоснования, биотехнологические, технические разработки и конструкторские решения по развитию новой подотрасли хозяйства - марикультуры мидий в российской части Черного моря;
итоги работы сети опытно-промышленных участков (акваполигонов, хозяйств) марикультуры мидий в российской части Черного моря -как экономическое обоснование целесообразности развития новой подотрасли - промышленной марикультуры мидий;
предложения по использованию товарных хозяйств по культивированию мидий а качестве питомников для воспроизводства и сохранения естественных поселений моллюсков.
Работа выполнена в рамках Всесоюзной (до 1993г.) научно-технической программы «Мировой океан» Минпромнауки СССР, Федеральной целевой программы «Юг России», региональных научно-технических программ' «Марикультура Кубани», «Экология и ресурсосбережение Кубани», «Приоритетные направления устойчивого развития Азово-Черноморского побережья Краснодарского края», а также грантов Российского Фонда Фундаментальных исследований.
Апробация работы — Основные положения работы были доложены и представлены на III Всесоюзной конференции АН СССР по географии и картографированию (Ленинград, 1987); VII Всесоюзной конференции по промысловой океанологии, посвященной 125-летию со дня рождения Н.М.Книповича (Астрахань, 1987); Международном симпозиуме по прибрежной океанографии (Канада, Ньюфауленд,1989); VIII Всесоюзной конференции по промысловой океанологии (Ленинград, 1990); Международном симпозиуме по проблемам марикультуры в социалистических странах (Краснодар - Небуг,1995); Международной научно - практической конференции «Коммерциализация экономики и проблемы крупного бизнеса» (Краснодар, 1998);Всероссийской научно - практической конференции Академии естествознания (Геленджик, 1999); I Международной
молодежной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы устойчивого развития туристическо-рекреационного комплекса стран Черноморского бассейна» (Сочи - Ялта, 2000); Первом Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2001); Всемирном Форуме инноваций и инвестиций «Эврика» (Брюссель,2001); I Международной конференции «Экосистема Черного моря и сопредельных районов 2005» (Стамбул, 2006).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 58 научных работ.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и выводов, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации 463 страницы, содержит 149 рисунков, 76 таблиц. Список использованных источников включает 313 наименований, из которых 24 зарубежных.
Автор благодарит руководство и специалистов ВНИРО, ООО «Ма-рипоиск», ВНТК «Мидия», Кубанского государственного университета за всестороннюю помощь в подготовке данной работы.
Современное состояние естественных популяций мидии Mytilus galloprovincialis В восточной части Черного моря
Важными критериями оценки состояния поселений мидий Черного моря являются их количественные показатели: плотность и биомасса. По динамике этих показателей можно судить о силе и тенденциях изменений, происходящих в популяциях, несмотря на то, что эти показатели могут существенно колебаться как во времени, так и в пространстве.
Количественный учет мидий мы проводили только на тех гидробиологических станциях, которые выполнялись с судна, т.е. которые охватывали наиболее глубоководные поселения моллюсков. При изучении же прибрежных, мелководных участков моря специальных работ по количественному учету мидий мы не проводили, однако визуальный осмотр мест станций водолазами указывал на то, что в прибрежной зоне моря как плотность мидий, так и их биомасса значительно выше, чем в глубоководной. Наибольшая плотность моллюсков отмечалась на сваях и валунах. Здесь средняя численность мидий на 1 м составила 362 экземпляра.
Следует отметить, что из 42 бентосных станций, выполненных в северо-восточной части Черного моря в виде 8 гидробиологических разрезов, охватывающих глубины 9-90 метров, только 14 содержали мидии, несмотря на то, что станции располагались в местах естественных поселений мидий, указываемых А.И. Ивановым (1979) для 60-70-х годов. Столь редкая встречаемость мидий сопровождалась и очень малыми величинами их плотности и биомассы (табл. 7). Если сравнивать эти данные со значениями средней плотности и биомассы мидий северо-западной части Черного моря, то они оказываются в 25-30 раз меньшими. Сравнительный анализ данных по средней плотности и биомассе мидий района Кавказа с их значениями в предыдущие годы указывает на значительное снижение этих показателей. Так, если летом 1984 года в этом регионе отмечалась средняя плотность поселений мидий 124 экз./м2 при биомассе 1629 г/м2, то в это же время 1989 года они составили 25 и 62.6 соответственно, а в 1991 году - 32 и 19.6. Как бы то ни было, характеристики естественных поселений мидий вдоль Кавказского прибрежья в конце 80-х - начале 90-х годов сопоставимы с данными, которые приводит А.И. Иванов (1979) и это дает основание утверждать, что запасы мидий в этом регионе вряд ли существенно изменились. По всей вероятности, изменилась динамика возрастных групп мидийных поселений как следствие выедание моллюсков рапаной: в популяции стали доминировать молодые особи с небольшими размерами (наши данные, Чмелева, Фроленко, 2004), тогда как в 30-60-е годы преобладали особи крупных размеров (Воробьев, 1938, Иванов, 1971).
Размерно-возрастная структура - это хороший показатель состояния и продукционной способности популяций. Она отражает не только величину ежегодного пополнения молодью, но и характеризует рост, смертность и выживаемость вида в данных экологических условиях.
Любая популяция, находясь в стабильной среде, в конце концов, приближается к некоторому стабильному возрастному распределению. Это относится ко всем популяциям, независимо от того, возрастает ли их численность, сокращается или остается постоянной.
Стабильное возрастное распределение означает, что относительные доли особей, принадлежащие к разным возрастным группам, остаются постоянными из поколения в поколение. Все это значит, что, производя многократные учеты численности популяции с годичными интервалами, мы всякий раз должны обнаруживать примерно одинаковые соотношения особей разных возрастных классов. Если же соотношения оказываются иными, то это значит, что значения выживаемости (х) и плодовитости (тх) непостоянны.
Следует отметить, что в действительности для многих видов возрастное распределение претерпевает регулярные или апериодические колебания довольно большой амплитуды, даже при постоянных значениях х и шх. Такие флуктуации могут быть вызваны как внутрипопуляционными закономерностями, так и колебаниями внешних биотических и абиотических факторов. Причем выявление причин этих флуктуации зачастую затруднено.
Проведенные нами исследования (Елецкий, Губанов, Шурова, 1991) показали, что возрастная структура различных поселений мидий Кавказского района довольно неравномерна. Неравномерность проявляется как в разном количестве возрастных классов особей внутри них и максимальной продолжительности жизни мидий, так и в различных соотношениях численности возрастных групп. Так, число возрастных классов мидий на разных станциях колеблется от 1 до 8 (табл. 8), а соотношение численности одновозрастных моллюсков может изменяться от 0 до 100%. Максимальная продолжительность жизни мидий в различных участках исследуемого района колеблется от 0.5 года до 12 лет.
Особенно большие различия в характере возрастной структуры проявляются при сравнении разных типов поселений моллюсков. Так, если возрастная структура прибрежного мелководного поселения мидий представлена двенадцатью возрастными классами, то глубоководного - лишь 5. Доля моллюсков младших возрастных классов (сеголетков и годовиков) в прибрежных мелководных поселениях составляет 26%, а в глубоководных - свыше 70%. Максимальный возраст мидий прибрежного мелководного поселения равен 11-12 годам, а глубоководного - только
Средний возраст мидий в прибрежном мелководном поселении моллюсков составляет 4.3 года, а в глубоководном - 1 год.
Особенно ярко проявляются эти различия при сравнении кривых численности возрастных классов мидий. Если в глубоководном поселении (рис. 10) численность возрастных классов по мере увеличения возраста убывает экспоненциально, то в прибрежном мелководном, из-за сравнительно малой численности моллюсков в возрасте до 5 лет, экспоненциальная зависимость нарушается и кривая становится бимодальной (рис. 11).
Недостаточная численность моллюсков младших возрастных групп указывает на нарушение стационарности в прибрежных поселениях мидий, что на графиках соотношений численности возрастных классов проявляется искажением экспоненциальной зависимости (рис. 12). Такое явление изредка отмечается и на более глубоководных станциях (рис. 13). Однако, при объединении моллюсков этих двух поселений в единое целое (табл. 8), экспоненциальная зависимость убывания численности возрастных классов проявляется (рис. 14), что указывает на стационарность поселений мидий в целом по северо-восточной части Черного моря.
Кривая убывания численности возрастных классов мидий, построенная по материалам 1984 года, представленных одесским отделением ИНБЮМ, показывает, что отклонением от экспоненциальной зависимости служат сравнительно малые величины пополнения популяции молодью в 1984 и 1983 годах. Интересным, на наш взгляд, является тот факт, что малая численность мидий поколения 1983 года проявляется отклонением от общей обратно-экспоненциальной зависимости на кривой, полученной нами в 1991 году, т.е. спустя 7 лет.
Одним из показателей состояния поселений мидий служит максимальная продолжительность их жизни. Необходимо отметить, что за этот показатель мы принимаем максимальный возраст моллюсков, т.е. максимальный возраст, который достигается хотя бы одной из изученных особей. Несмотря на то, что этот показатель в значительной степени зависит от величины выборки моллюсков, все же он наглядно отражает реализацию потенциальных возможностей выживания моллюсков в данных условиях среды. По различным станциям исследуемого района максимальная продолжительность жизни мидий колеблется от 1 до 11 лет (табл. 9).
Соотношение минеральных и органических форм биогенных элементов
Анализ соотношения минеральных и органических форм биогенных элементов дает важную информацию об обеспеченности фитопланктона минеральным питанием, о накоплении органики в тех или иных зонах моря, о поступлении неорганических форм биогенов со стоком рек и т.д.
При рассмотрении пространственного распределения концентрации фосфатов (Рмин.) и органического фосфора (Рорг.) для вегетационного периода фитопланктона становится очевидным, что доля Рорг. в общем фосфоре возрастает на участках с относительно высокой первичной продукцией фитопланктона. В летний период (рис. 101, 102) максимальные величины органического фосфора наблюдаются на акваполигонах Анаклиа, Гудаута, Адлер, где отмечены и наибольшие величины биомассы фитопланктона, концентрации хлорофилла и первичной продукции. Доля Рорг. на этих участках достигает 70-90%, а в отдельных случаях 100%. При этом абсолютные концентрации Рорг. также максимальны на юго-восточном шельфе моря. В направлении северных полигонов возрастает доля фосфатов. В районе Новомихайловский-Геленджик она составляет уже около 50%, а на полигоне Утриш - 90-100%. Последнее очевидно связано с доставкой биогенов в зону фотосинтеза естественным апвеллингом, особенно, если его действие проходит на фоне летнего минимума развития фитопланктона (Вишневский, Елецкий, Коновалов и др., 1992; Елецкий, Ткаченко Козлов и др., 1991; Елецкий, Ткаченко, Коновалов и др., 1991).
Приведенные данные относятся к наиболее мористым станциям акваполигонов. На самых прибрежных станциях (0-30 м) картина несколько сложнее из-за сильного влияния береговых стоков, физико-химических процессов, происходящих в придонных слоях. Однако прослеживается тенденция возрастания доли Рорг. в общем фосфоре с севера на юг.
В распределении органического и минерального фосфора в зимний период доля Рорг. на подавляющем большинстве полигонов увеличивается. В процентном отношении органический фосфор (рис. 103, 104) в декабре 1988 г. составлял 75-95%. Достоверных различий в выявленных соотношениях Рорг. и Рми„, как на полигонах, так и на прибрежных и мористых станциях не обнаружено. Такое выравнивание пространственного распределения отношения Р0рг./РМин. в декабре связано с окончанием вегетационного периода и началом зимнего конвективного перемешивания. Значительные концентрации хлорофилла (около 1.0 мг/м3 на северных участках и 30-40мг/м3 на южных) и биомассы фитопланктона в этот период позволяют связать накопление Рорг. с развитием фитопланктона. В летний период концентрация Рорг в воде и его доля в валовом фосфоре связана с количеством микроводорослей на мористых, удаленных от берега, станциях. На прибрежных станциях с небольшими глубинами картина значительно осложняется влиянием береговых стоков.
Представляет интерес распределение минерального и органического фосфора в толще воды. Доля минерального фосфора почти во все сезонные годы соизмерима с органической частью и составляет в среднем 40-60% на прибрежных станциях и 20-40% на глубоководных (рис. 105, 106). Для глубоководных станций четко прослеживается увеличение доли Рмин. в общем фосфоре, от поверхности до горизонта 75 м, на 5-10%, что связано с повышенным содержанием неорганических соединений в глубинных слоях моря и с минимальным потреблением фосфатов фитопланктоном за пределами эвфотической зоны.
На прибрежных станциях повышение процентного содержания Рмин. наблюдается в поверхностном слое моря (рис. 94), который наиболее сильно подвержен береговым стокам.
В периоды «цветения» фитопланктона резко возрастает содержание Рорг. в валовом фосфоре практически по всей толще зоны фотосинтеза, а доля Рмин. составляет всего около 8-10% (рис. 105-106). Такая картина наблюдается на фоне высоких концентраций хлорофилла «а» и больших величин биомассы фитопланктона, соответствующих высокопродуктивным водам.
Прежде чем перейти к анализу соотношений форм азота следует сказать, что изучение этих соотношений, взаимопревращений между минеральными формами N с одной стороны и органическими - с другой представляет большой интерес при выборе акваполигонов марикультуры, т.к. азот является важнейшим биогенным элементом, лимитирующим продукцию фитопланктона и в конечном итоге, определяющим продуктивность полигонов. Преобразование азотосодержащих соединений - процесс сложный и многоступенчатый и это обуславливает большое разнообразие форм азота, существующих в море (Елецкий, 1997; Елецкий, Сапожников и др., 1995; 1996; Елецкий, Вишневский и др., 1993).
Аммонийный азот в море тесно связан с жизнедеятельностью морских организмов, он выделяется в процессе метаболизма микро- и зоопланктона, морских животных, а также при минерализации органического вещества.
Известно, что фитопланктон является активным потребителем аммонийного азота, для которого эта форма наиболее предпочтительна (Максимова 1977; Glibert et al., 1982: Oruscu, Downes, 1985).
Максимальное содержание аммония в общем азоте в верхних слоях моря на южных акваполигонах наблюдается в летний период - 30-55% (рис. 107). Источником аммонийного азота на этих участках является сток кавказских рек, приносящий как растворенный в воде аммиак, так и органический материал -поставщик аммонийного азота при распаде. Значительная доля аммиака (до 20-30%) отмечается на траверзе крупных городов - Анапы, Новороссийска, Геленджика, Сочи, в особенности на прибрежных станциях. Повышенное содержание аммонийного азота в этих районах, очевидно, связано с большой рекреационной нагрузкой. В сторону открытого моря доля аммиака снижается до 0-15% (рис. 108). На акваполигонах с обширными мелководьями (Анаклиа, Гудаута, Тамань) существенной разницы между прибрежными и мористыми станциями не наблюдается (Елецкий, Ткаченко и др., 1991; 1991а).
В зимний период процентное содержание аммонийного азота снижается практически на всех полигонах и составляет 3-5% от валового азота (рис. 109, 110). Это снижение, очевидно, обусловлено уменьшением рекреационной нагрузки, снижением скорости минерализации органики и активным потреблением аммиака фитопланктоном в предшествующий вегетационный период (осенний пик).
В наших условиях распределение аммиака в толще воды достаточно равномерно на всех акваполигонах. Наиболее заметные максимумы наблюдаются на поверхности моря (рис. 111, 112), испытывающей сильное влияние различного рода стоков. В целом распределение аммиака в толще воды равномерно в разные сезоны и на всех полигонах (Елецкий, Ткаченко, Козлов и др., 1991; Елецкий, Ткаченко, Коновалов, 1991).
Нитритный азот (NO2) представляет собой нестойкое соединение. Накопление нитритов в воде не происходит потому, что они являются промежуточным продуктом окисления аммонийного азота до нитратов.
В исследуемой нами прибрежной зоне моря в вегетационный период концентрация нитритов чрезвычайно мала. Их доля в валовом азоте не превышает 1-2%. В зимний период процентное содержание N02 повышается до Ъ-\%, а в районах устьев рек (Анаклиа) до 5%.
В толще воды характер распределения доли нитритного азота в общем повторяет широтное распределение. Заметных максимумов в вертикальном распределении N02 (как и в случае NH4), связанных с накоплением детрита мы не наблюдали. Возможно, это связано с чрезвычайной подвижностью и перемешиваемостыо прибрежной зоны.
Нитратный азот (N03) является конечным звеном минерализации азотосодержащей части органического вещества. Нитраты - один из основных источников минерального питания фитопланктона. В отличие от уже рассмотренных форм, нитраты, накапливаются в воде и концентрация их может на порядок превосходить концентрацию N02 и NH4.
Сукцессии фитопланктона
Несмотря на значительные колебания количественного развития фитопланктона, набор массовых видов в местах интенсивного развития фитопланктона был относительно стабильным. В течение рейса в Чернем море повсеместно прослеживалась летне-осенняя сукцессия фитопланктона на различных стадиях развития. Согласно теории Маргалефа (Margalef, 1958) сукцессия фитопланктона начинается с развития мелкоклеточных диатомовых водорослей (I стадия), на смену которым приходят более крупные цилиндрические диатомеи (II стадия). Заканчивается сукцессия III—IV стадиями - развитием крупных перидиней и кокколитин.
В восточной части моря развитие фитопланктона находилось на I и II стадиях сукцессии (ст. 18-90). Характерными видами были мелкие диатомеи Ch. socialis, Ch. socialis f autimnalis, Sceletonemu costatum, С caspia и др. имеющие средний объем до 1000 мкм3. Более крупные низкоцилиндрические диатомеи, имеющие объем 18000 мкм и выше, Ch. curvisetus, Ch. affinis, Ch. compressum, Rh. fragilissima, Rh. calcar-avis, C. Bergori характеризуют начало II стадии летне-осенней сукцессии, которая может проходить наряду с I стадией, как это отмечалось в восточной части мюря, но преобладание I стадии отмечалось в южных районах, а увеличение доли II стадии отмечалось на центральных полигонах восточной част моря (ст. 95-145).
В северо-западной части моря - в районах о. Змеиный и устья Дуная развитие фитопланктона было наиболее сложным, естественный ход сукцсссиоппых процессов был нарушен влиянием дунайских вод. В июне в фитопланктоне поверхностного слоя (до термоклина) отмечались представители IV стадии весенне-летней сукцессии Е. cordato и мелкие кокколитины, а также водоросли относящиеся ко II стадии летне-осенней сукцессии с преобладанием Rh. fragilissima, Rh. calcar-avis, С. Bergorii, Haylodiscus sp. Под. слоем температурного градиента доля поверхностного фитопланктона снижалась с преобладанием по биомассе с Rh. calcar-avis, в августе развитие фитопланктона находилось на II и III стадиях летне-осенней сукцессии, характерными видами последней является наличие в планктоне крупных перидиней.
С. furca, С. tripos, P. divergens, G. spiral 1е, а также виды с крупными клетками из рода Goniaulax. Болгарское побережье, очевидно, находится под влиянием антропогенного воздействия и имеет сложную структуру фитопланктона в прибрежных участках. Если для Бургасского залива было характерно цветение диатомовых водорослей (С. Bergoii и др.), то на остальных разрезах Ыесебр, Варна, преобладали перидиниевые водоросли, которые в Варне в прибрежной зоне достигли уровня Красного прилива. Вся эта ситуация характеризуется началом III и IV стадий развития фитопланктона.
Период рейса совпал с необычно высокими для этого сезона года величинами первичной продукции фитопланктона практически во всех районах исследований. Общей тенденцией для всех районов восточной части моря, имеющих влияние речного стока и открытые шельфовые зоны, является приуроченность массового развития фитопланктона к районам свала глубин. Проведенный анализ численности и биомассы фитопланктона по ряду станций прибрежных зон (ст. 18, 21, 39, 72, 73,74, 75, 76, 84, 86, 87, 90, 95, 101, 109, 121, 131, 143), станций районов свала глубин (8, 27, 40, 102, 132) и морских (28, 29, 41, 42, 103, 133, 145) показал, что имеются достоверные различия как по численности, так и по биомассе планктона (табл. 61).
Наиболее высокие различия показателей фитопланктона отмечались в районе р. Ингури.
В соответствии с показателями развития фитопланктона у болгарского побережья можно выделить 3 группы станций: прибрежные (241, 245, 246, 275, 275 ), станции удаленные более чем на 5-Ю км от берега (242-247) и мористые (243, 248, 276). В прибрежной зоне повсеместно отмечались наиболее высокие концентрации фитопланктона (рис. 137, 138, 139). На сравнительно коротком участке береговой линии одновременно можно наблюдать различные ситуации: от массового цветения диатомей в Бургасском заливе до «Красного прилива» в районе Варны. На мористых станциях обстановка выравнивалась и была сходной по составу доминирующих форм фитопланктона.
В целом, для Черного моря выделяются три района различающихся по составу доминирующих форм и их количественному и качественному развитию (Вишневский, Елецкий, Коновалов, 1992).
В восточной части моря отмечаются устойчивые сукцессионные процессы, практически не меняющиеся на всём её протяжении. Наиболее высокие концентрации планктона отмечались в районе свала глубин - 4,7 г/м3, численность - 4,1 млрд. кл./м3 (ст. 27). На более глубоководных (ст. 28) наблюдалось изменение видового состава, более мелкий пико- и наннопланктон, в котором преобладали кокколитины диаметром 6-12 мкм, полностью вытеснил формы, доминировавшие в прибрежной части. Ведущей формой планктона был Ch. socialis, и N. delicatisimo.
В районе полигона Небуг (ст. 109) доля Chaetoceros и Nitzschia несколько снижается и в сумме достигает только 24% от общей биомассы. Максимальные значения биомассы свала глубин не превышали 600 мг/м3, при этом отмечалось массовое развитие пико- и нанопланктоиа, в котором доминировали кокколитины. Район Новомихайловки характерен сменой доминирующей формы планктона, ведущее место по численности заняла N. delicatisimo.
В районе Пшады (ст. 143, 145), Chaetoceros и Nitzschia в сумме составляют только 14% биомассы планктона, уступая ведущее значение более крупным клеткам (У-6х10 мкм ) относящимся к роду Rhizosolenia, вклад которой в общую биомассу составлял более 23%. Доля пико и нанопланктоиа при этом достигала 41% от биомассы, максимальное значение которой не превышало 700 мг/м3.
Развитию летне-осенней сукцессии фитопланктона предшествуют III-IV стадии весенне-летней, в результате развития которой, появляется массовое количество кокколитин и пикопланктонных водорослей (определение численности и биомассы проводилось только в пробах с их явным преобладанием).
По нашим наблюдениям на периферии акваторий, охваченных цветением диатомей, отмечалось интенсивное развитие планктона, относящегося к предыдущей стадии сукцессии преимущественно кокколитины, которые, образуя своеобразную буферную зону, замыкают пространства массового цветения, как в пространственном аспекте, так и глубинном.
Полученные нами данные в целом согласуются с динамикой развития фитопланктона за 1960-1988 гг. (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1992) и данными АзНИИРХ. Так, за указанный период биомасса фитопланктона менялась в восточной части Черного моря от 29 до 1130 мг/м3, в том числе с 1960 по 1975 гг. - от 29 до 261 мг/м3 (средняя 102.1 мг/м3) и с 1976 по 1988 гг. - от 256 до 1383 мг/м (средняя 649.0 мг/м ). Согласно данным АзНИИРХ, в 1997 г. биомасса фитопланктона менялась по районам и сезонам от 76 до 1278 мг/м3 (табл. 62), т.е. находилась биомасса в ряду тех значений, которые были указаны как нами, так и в книге «Черное море», т. II (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1992).
В северо-западной части моря, по сравнению с восточной, отмечались более высокие концентрации фитопланктона. В дельте Дуная (ст. 296), его биомасса на поверхности превышала 26,0 г/м3. Основу фитопена составляла C.Bergonii (v-4,5xl0 мкм3), общая масса которой достигала 50% биомассы фитопланктона.
Болгарское побережье Черного моря отличается не только видовым составом, но и распределением доминирующих групп фитопланктона. Причина этого, очевидно, сильная загрязненность вод различными реагентами вызывающими неоднозначную реакцию в развитии планктона на сравнительно коротком промежутке береговой линии. Бургасский залив отличался развитием диатомей, составивших 71,7% биомассы (7,3 г/м ). Основными доминирующими формами были: Ch. compressum - 17,0%, C.Bergonii - 18,0% Leptocylindrus danicus - 8,1% и S. costatum - 10,1%. Значительный вклад в общую биомассу составили кокклитины -37,0%). Следует отметить, что такой вид как S. costatum является эвтрофным видом, обильный её рост стимулирует развитие панцирных жгутиковых, относящихся к дииофлагелятам, способным образовывать «красные приливы».
Особенности воспроизводства в замкнутых системах
Мозаичное распределение экологических показателей среды для воспроизводства и товарного выращивания мидий предусматривает и создание специальных технических средств - гидробиотехпических сооружений (ГБТС), адаптированных к наблюдаемым много лет условиям.
На первом этапе освоения прибрежной зоны марикультурой в море устанавливались ГБТС - рамные носители, гибкие линейные носители - аналоги западных производителей. Однако, опыт подсказывает: необходимы установки для воспроизводства и товарного выращивания, адаптированные к гидродинамическим условиям конкретной точки (полигона) с учетом всех особенностей: гидродинамических, экологических, экономических. Поэтому мы приступили к паспортизации полигонов, с классификацией их по назначению: природные -воспроизводственные и товарные, искусственно создаваемые - санитарные, воспроизводственные, товарные. Исходя из целей, разрабатываются конструкции ГБТС, технологические регламенты их обслуживания.
С этой целью нами созданы различные типы сооружений для выращивания мидий (СВМ) примерно одинаковой стоимости (« 4 500 рублей) и одинаковой продуктивности - до 300 кг товарной мидии - трехлетка, размером 4 см и выше. Для конкретных условий (глубина, скорость течения) подбирают одну из конструкций и применяют для создания рифовых поясов.
Все установки допускают оседание спата, обеспечивают рост, размножение и изъятие мидий, которые после очистки (отсадки в проточной, очищенной воде) и соответствующего контроля могут быть использованы в соответствии со схемой безотходной переработки.
Постановку в море непрерывных пилообразных коллекторов носителей осуществляют с помощью судна типа МРТК «Квант-1» или транспортных платформ, буксирного катера и катамарана.
У причала в желоба установленные на палубе платформы, с помощью грузоподъемной стрелы, укладывают грузы. После укладки грузов на платформу подают коллекторы с плавучестями. Их последовательно вывешивают па поручни, фиксируют проволочными скрутками, а затем соединяют с грузами.
Крайний груз устанавливают в наклонной части лотка и фиксируют съемным штырем, который вытягивается тросиком, протянутым на буксир. Судно или платформы, с уложенными коллекторами, с помощью мотобота, соблюдая морские правила, буксируют на акваторию мидийных плантаций и ставят на якорь. При приходе в зону коллекторов рабочий выдергивает штырь и крайний груз с платформы падает в море и вытягивает всю грузовую линию с коллекторами и плавучестями. Постановка сооружений производится поочередно, отдельно с каждой платформы на малом ходу. Курс и место постановки обозначают буями и наносят на планшет.
Для постановки в море ГБТС 2-й группы, состоящих из плавучестей несущей хребтины, используют катамаран, буксирный катер и четыре платформы.
У причала на платформы с помощью стрелы грузят массивные концентрированные грузы-якоря, по два на платформу, а плавучие несущие хребтины с поплавками грузят на катамаран. При необходимости на катамаран укладывают также отдельные коллектора-субстраты (длиной 6-8 м с маленькими грузами). В район постановки ГБТС катамараном и буксирным катером доставляют платформы и затем постановку тяжелых грузов осуществляют с катамарана, а буксирный катер с платформами совершает челночные рейсы для подвозки новых грузов и хребтин с поплавками. Курс и место постановки обозначают буями и их координаты наносят на планшет.
Работы в море производят в следующем порядке: технологический буй соединяют буйлинем с массивным концентрированным якорем, к нему же крепят (за другой рым) оттяжку с плавающей хребтиной. Груз катамарана стрелой опускают на дно, и затем последовательно выбрасывают в море плавучую хребтину. После ее натяжки опускают следующий груз с буем, при необходимости подрабатывают винтом для выдержки заданного курса постановки. Затем катамаран закрепляется между двух технологических буев с помощью судовых растяжек. Стрелой поднимают из воды хребтину и рабочие последовательно взвешивают на ней коллекторы с грузиками. При навеске коллекторов на хребтину, катамаран удерживается у хребтины и передвигается от одного технологического буя к другому с помощью своих растяжек.
Для постановки в море точечных модульных установок с гибкими коллекторами, так же используют катамаран и буксирный катер с платформами. Для погрузки сооружений на катамаран и платформы используют береговую грузоподъемную стрелу. В море и на причале работает экипаж катамарана и два рабочих. Стрелой катамарана в море модули в любом порядке устанавливают на грунт. Новые подвозят на платформах и также с катамарана выставляют в море. У каждого сооружения имеется индивидуальный указательный буй. Местоположение буев отмечается на планшете.
Обслуживание любых мидийпых сооружений заключается в осмотре их сразу после постановки с целью устранения дефектов, а также в проведении систематических периодических профилактических осмотров. Для обслуживания мидийпых установок создается водолазная станция из 6 человек. В нее входят 2 водолазные бригады по 3 человека.
Водолазы периодически меняются и водолазная бригада может отработать в море не менее б часов, не считая времени не переходы.
В основном все работы по обслуживанию проводят с помощью катера с подвесным двигателем или небольшого дизельного мотобота. При обслуживании сооружений в море можно выделить следующие этапы:
1. Осмотр после постановки и ликвидации неисправностей, для каждого типа сооружений составляется инструкция водолазного осмотра.
2. Периодические осмотры (каждое сооружение осматривается не менее двух раз за цикл выращивания) и отбор проб мидий.
3. Подготовка к зимовке.
4. Подготовка к съему урожая.
После постановки мидийных сооружений в море проводится визуальный осмотр указательных поплавков (буев) и осмотр частей сооружений под водой легководолазами. Все дефекты постановки должны сразу устраняться. При любых водолазных осмотрах уделяют внимание прочности узловых креплений буев и грузов, а также состоянию хребтин и оттяжек, у которых не должно быть никаких перехлестов и провисов. При подготовке к зимовке водолазы осматривают указательные буи и буйлини. При ледовом прогнозе их заглубляют на 1-1,5 м. Технологические буи снимают. На краях плантации (фермы) устанавливают специальные гидрографические буи, приспособленные к работе в ледовых условиях и зимних штормах. После зимовки производят подготовку сооружений к съему уровня мидий, восстанавливают указательные буи, выставляют технологические буи, где необходимо наращивают плавучести, выполняют натяжку хребтин и оттяжек, а в случае недопустимого износа некоторых канатных частей, производят их частичную замену.
Съем урожая производится с помощью буксирного катера, катамарана, транспортио-вспомогательных платформ и иногда катера с подвесным двигателем.
Для съема урожая с МГБТС 1 типа используют катамаран, оборудованный устройством для подъема коллекторов.
Катамаран с помощью растяжек зацепляется между двумя технологическими буями, а водолазная бригада начинает работу. При этом водолазы поочередно погружаются под воду, и последовательно отсоединяют коллектор с мидиями от хребтины с распределенными грузами. После того, как водолаз отсоединит все поводки, коллектор непрерывно поднимают на борт катамарана, где коллектор с мидиями разъединяют на отдельные части и их укладывают в ящики, которые сразу перегружают на транспортные платформы. По мере загрузки платформы се буксируют к берегу. Буксирный катер с платформами совершает челночные рейсы, доставляя на берег мидию, а обратно пустые ящики.
