Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы. 8
1.1. Современное состояние и перспективы развития аквакультуры.
1.2. Взаимодействие аквакультуры и окружающей среды . 16
1.2.1. Марикультура как источник и акцептор изменений переменных абиотической и биотической среды. 18
1.2.1.1. Направление воздействия: окружающая среда-марикультура. 19
1.2.1.2. Направление воздействия: марикультура -окружающая среда. 22
1.2.1.3. Особенности воздействия на среду основных видов марикультуры. 30
1.3. Восстановление бентосных сообществ после снятия воздействия. 42
1.4. Методы оценки воздействия марикультуры на окружающую среду. 43
1.4.1. Физико-химические методы.
1.4.2. Биологические методы. 56
1.4.3. Смешанные методы. 59
1.4.4. Принципы организации мониторинга переменных абиотической и биотической среды в акваториях марикультуры. 62
1.4.5. Соотношение показателей, используемых при мониторинге, их преимущества и недостатки. 63
1.4.6. Основные факторы, определяющие воздействие марикультуры. Пути минимизации негативных эффектов. 68
1.5. Единые национальные программы мониторинга марикультуры как средство решения проблем устойчивого развития хозяйств марикультуры в регионах . 69
1.6. Специфика Белого моря как акватории культивирования. 75
1.7. Заключение. 77
Глава II. Материалы и методы 80
II.1 Общая характеристика.
II.2. Донные экосистемы. 81
II.2.1. Оценка биотических параметров
II.2.2. Оценка абиотических параметров. 87
II.3. Мидиевые хозяйства 96
II.3.1. Оценка количественных характеристик поселений мидий на субстратах.
II.3.2. Оценка экскреторной активности мидиевых хозяйств 97
II.3.3. Оценка распределения осадков от мидиевых хозяйств 99
II.4. Статистическая обработка данных.
Глава III. Беломорские мидиевые хозяйства и их воздействие на бентосные системы . 100
III. 1. Беломорские мидиевые хозяйства как поставщики дополнительных органических веществ
III. 1.1. Динамика формирования дополнительной органической нагрузки от марикультуры.
III. 1.2. Распределение ВОВ созданных мидиями вокруг участков
III.2. Абиотические характеристики осадков в акватории мидиевых хозяйств 107
III.2.1. Процессы минерализации в осадках.
III.2.2. Содержание органических веществ в осадках. 114
III.2.3. Гранулометрический состав осадков. 122
III.3. Сообщества макрозообентоса в акваториях культивирования мидий 126
III.3.1. Определение не облигатных компонентов сообщества.
III.3.2. Общие характеристики сообществ макрозообентоса в акваториях культивирования. 128
III.3.3. Рацион макрозообентоса в акваториях аквакультуры. 139
III.3.4. Распределение трофических группировок макрозообентоса на изученных станциях. 140
III.4. Сукцессия бентосных сообществ как отклик на воздействие мидиевой марикультуры. 146
III.4.1. Сукцессия бентосного сообщества под участком № 9 (станции S, L, М). 147
III.4.2. Сукцессия бентосного сообщества под участком № 10 (станции OsA, OsB, OsC). 160
III.4.3. Сукцессия бентосного сообщества под участком № 8 (станция D). 168
Глава IV. Общие закономерности и специфика воздействия беломорских мидиевых хозяйств на бентос . 174
IV. 1. Введение.
IV.2. Роль разных форм органических веществ в воздействии марикультуры на среду . 176
IV.3. Динамика поступления и распределение взвешенных органических веществ выделяемых беломорскими мидиевыми хозяйствами. 177
IV.3.1. Динамика образования ВОВ мидиевыми хозяйствами. 178
IV.3.2. Количество ВОВ выделяемых мидиевыми хозяйствами. 180
IV.3.3. Распределение ВОВ по акватории. 181
IV.4. Воздействие органических веществ. 186
IV.4.1. Поступление органических веществ и физико-химические характеристики донных осадков. 187
IV.4.2. Реакция макрозообентоса на органическую нагрузку. 192
IV.4.3. Долговременные сукцессионные процессы в макробентосе под марикультурой при слабой и сильной органической нагрузке. 202
IV.5. Принципиальная схема взаимодействия беломорское мидиевое хозяйство - донная система. 217
IV.6. Оптимальные методы оценки органической нагрузки в условиях Белого моря. 218
Глава V. Практические рекомендации. 223
Заключение. 230
Выводы. 236
Список использованной литературы. 239
Приложение. 260
- Взаимодействие аквакультуры и окружающей среды
- Единые национальные программы мониторинга марикультуры как средство решения проблем устойчивого развития хозяйств марикультуры в регионах
- Абиотические характеристики осадков в акватории мидиевых хозяйств
- Роль разных форм органических веществ в воздействии марикультуры на среду
Введение к работе
Человек издавна выращивает водных животных и растения для своих нужд. Но только во второй половине XX века аквакультура стала экономически значима по сравнению с более традиционными для человечества способами производства продуктов питания, такими как сельское хозяйство или рыболовство. По данным FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) (The State ..., 2002) аквакультура в мире развивается бурными темпами. Согласно статистике этой организации вклад аквакультуры в глобальную добычу рыб, ракообразных и моллюсков увеличился с 3,9% в 1970 г. до 27,3% в 2000. Рост аквакультуры опережает любой другой животноводческий сектор сельского хозяйства. В 2000 г. общая продукция аквакультуры (исключая водоросли) составила 45,7 млн. т. и ее стоимость оценивалась в US$56,5 млрд. Судя по прогнозам специалистов этой организации, в ближайшие десятилетия нас ожидает дальнейший рост продукции аквакультуры без видимого замедления.
Массовое выращивание гидробионтов в морских (марикультура) и континентальных (лимнокультура) водах помимо экономической выгоды создает еще и целый ряд проблем, основной из которых является сложное и неоднозначное воздействие аквакультуры на окружающую среду. Неоднократно отмечалось, что быстрое и масштабное развитие аквакультуры должно вызывать и вызывает экологические проблемы (Iwama, 1991; Ervik et al., 1997; Holmer et al. 2001; Read et al., 2001). По данным различных исследователей воздействие промышленной марикультуры на естественные экосистемы колеблется от слабых, практически неощутимых (Ansari et al. 1986; Veer Henk, 1989; Yokoyama, 2003), до катастрофических по своим последствиям. Примерами таких сильных воздействий являются возникновение безжизненных зон на дне под хозяйствами марикультуры (Brown et al. 1987; Tsutsumi, 1995; Hansen et al., 2001; Yokoyama, 2002; Yokoyama, 2003; Carroll et al. 2003) или массовое развития динонофлагеллят в акваториях
культивирования - "красные приливы". Из-за токсинов содержащихся в этих водорослях культивируемые животные погибают или их мясо становится непригодным в пищу ((Ushido et al., 1980; Mottel, 1981) цит. по Биологические ..., 1998; Околодков, 1999; Matsuyama et. al., 1997). Для дальнейшего устойчивого развития отрасли требуется тщательное изучение последствий промышленного культивирования гидробионтов для окружающей среды и выработка оптимальных биотехнологий, минимизирующих негативные воздействие марикультуры.
Марикультура мидий Mytilus edulis на Белом море начала становиться в 70-х годах XX века. Разведение гидробионтов в суровых условиях северного моря потребовало создания специфической биотехнологии. Решению этой проблемы было посвящено множество научных работ. Наиболее полно они освещены в монографии Э. Е. Кулаковского "Биологические основы марикультуры мидий в Белом море" (Кулаковский, 2000). Однако, при хорошо проработанной биотехнологии выращивания беломорских мидий, воздействию этой марикультуры на окружающую среду посвящено относительно немного работ. Взаимодействие беломорской мидиевой культуры с пелагическими системами описано в работах В. Н. Галкиной с соавторами (Галкина и др., 1982; 1988; Галкина, Кулаковский, 1993). Изменения.в бентосном сообществе под воздействием экспериментального мидиевого хозяйства были рассмотрены в работе А. Н. Голикова и О. А. Скарлато (Голиков, Скарлато, 1979). Однако, после этого исследования бентосных сообществ, в нескольких акваториях Белого моря были установлены промышленные мидиевые хозяйства занимавшие десятки гектаров водной поверхности. Воздействие такого широкомасштабного выращивания мидий на окружающую среду, в частности на донные системы, требовало изучения и оценки, и этому посвящена основная часть настоящей диссертации. Кроме того, в силу ряда экономических обстоятельств часть участков беломорских мидиевых хозяйств были ликвидированы, без установки на их месте новых участков. Это редкий случай, так как в норме, при планомерном ведении хозяйствования, участки должны
сменять друг друга. Мы получили уникальный шанс проследить за восстановлением бентосных сообществ после снятия нагрузки в течение длительного периода. Эти данные тоже нашли отражение в данной работе.
Таким образом, целью настоящего исследования являлось - изучение механизмов возникновения пространственно-временной неоднородности бентосных сообществ в акваториях марикультуры мидий в Белом море.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
изучить режим поступления органических веществ с участков культивирования мидий и их распределение, утилизацию и накопление' в донных отложениях акватории марикультуры - как основного медиатора изменений структуры донных сообществ.
изучить структуру и функциональные характеристики донных сообществ, находящихся под влиянием марикультуры мидий - как биосистем, испытывающих наибольшее воздействие при промышленном выращивании мидий.
создать модельные представления о динамике развития системы мидиевое хозяйство - бентосное сообщество - как основы для развития прогностического подхода к оценке смещений структурно-функциональных свойств экосистем в акваториях марикультуры.
Взаимодействие аквакультуры и окружающей среды
Традиционно аквакультура подразделяется на марикультуру -выращивание морских гидробионтов и лимнокультуру - выращивание гидробионтов в пресных водах (Алимов, 1989; Биологические ..., 1998). В дальнейшем, основное внимание мы будем уделять марикультуре. Сейчас же, попробуем разобраться в принципиальных общих отличиях воздействия на среду марикультуры и лимнокультуры. Эти различия вытекают в основном из разницы в размерах акваторий, на которых осуществляется аквакультура. Пресноводные водоемы, как правило, гораздо более сопоставимы по размерам с хозяйствами лимнокультуры. Часто размеры хозяйства и акватории совпадают. Это характерно для большинства рыбоводных прудов, прудов для выращивания креветок, индустриального выращивания рыб и т. д. В таких условиях выращивание значительной биомассы культивируемых животных полностью преобразует экосистему водоема (если она вообще существовала изначально), и требуется постоянное вмешательство и контроль человека для поддержания условий, удовлетворяющих потребности аквакультуры. Это касается практически всех вопросов жизнеобеспечения культивируемого вида: полное обеспечение кормовых потребностей (так как в большинстве случаев продуктивность используемого водоема не в состоянии их удовлетворить); периодическое или постоянное удаление отходов жизнедеятельности (циркуляция воды через систему фильтров, периодическое осушение и очищение от осадка); аэрация толщи воды; различные ветеринарные мероприятия (Черфас, 1956; Карпанин, Иванов, 1967; Привезенцев и др., 1980; Shishehchian et al. 2001). В данном случае, трудно говорить о непосредственном воздействие лимнокультуры на окружающие естественные экосистемы, так как она развивается в ограниченной по объему водной массе, и ее воздействие проявляется скорее опосредовано, зачастую в географически удаленных местах, там, например, где происходит заготовка и приготовление кормов или на свалках, где складируются отходы от очистки прудов. В противоположность вышесказанному, масштабы хозяйств марикультуры, как правило, значительно меньше площади акваторий на которых они расположены. В таких условиях оказывается возможным отдать на откуп природе часть проблем по обеспечению условий стабильного развития марикультуры. Таким образом, марикультура как бы встраивается в естественную экосистему существующую в данной акватории. В наиболее полной мере это проявляется в марикультуре моллюсков. В этом случае вмешательство человека в основном сводится к предоставлению подходящего субстрата для жизнедеятельности культивируемого организма (Кулаковский, 2000). Проблемы питания и удаления отходов жизнедеятельности решаются за счет ресурсов окружающих естественных экосистем (Tenore et al. 1982; Kaspar et al. 1985; Grant et al. 1995).
Индустриальное рыбоводство и полноцикловое выращивание моллюсков - крайние примеры закрытых и открытых аквакультурных систем. Между ними можно расположить разнообразные промежуточные варианты: садковое выращивание рыб, где питание организмы получают за счет внесения сбалансированного гранулированного корма, а отходы попадают в окружающую среду (Yokoyama, 2003; Tsutsumi, 1995; Findlay, Watling, 1997); подращивание креветок в пресных и солоноватоводных прудах, где на отходах жизнедеятельности культивируемых организмов и остатках кормов развивается богатое в количественном отношении бентосное сообщество, во многом удовлетворяющее пищевые потребности креветок (Allan et al. 1995; Shishehchian, Yusoff, 1999; Shishehchian et al. 2001); хозяйства по выращиванию устриц, которые требуют сбора молоди из естественных популяций (Пинчот, 1981) и т. д.
Исходя из вышесказанного, практически любые хозяйства марикультуры можно отнести к более или менее открытым (незамкнутым) аквакультурным системам, активно обменивающимся веществами и энергией с окружающей средой. В дальнейшем анализе специальной литературы нас будут интересовать различные аспекты этих взаимодействий.
Как отмечается в книге "Биологические основы марикультуры" (1998), под редакцией Л. А. Душкиной: "Биологические аспекты взаимоотношения марикультуры с окружающей средой сводятся к определению степени воздействия окружающей среды на марикультуру и оценке возможных модификаций морских акваторий и биоты в местах расположения марикультурных хозяйств". Авторы также признают, что, к сожалению, именно эти исследования в большинстве случаев явно недостаточны: они или кратковременны или мало отражают реальные изменения. Такие взаимодействия марикультуры и среды очень разнообразны, к тому же часто имеют обратную связь. Исследователи отмечают, что есть и негативные и позитивные аспекты в потенциальном и реальном воздействии марикультуры рыб, моллюсков и водорослей на окружающую среду (Iwama, 1991).
Так как вода является средой обитания для культивируемых животных, она должна обеспечивать их целым набором условий для благополучного развития. Это подходящие: кислородные условия, рН, температура, соленость и еще целый ряд физических и химических параметров. Как правило, при создании хозяйств марикультуры эти условия должны быть оценены и сделан вывод о возможности и масштабах культивирования определенных видов (Кучерявенко, 1996; Wu, 1995; Carroll et al. 2003; Read, Fernandes, 2003). Как будет видно ниже, в процессе своего функционирования марикультура способна изменять многие из этих параметров, как правило, в негативную сторону. В этом случае возникает обратная связь - воздействие марикультуры на среду вызывает угнетение жизнедеятельности культивируемых организмов (Iwama, 1991; Black et al, 1996). Очень большой проблемой становится все большее промышленное загрязнение морских вод в акваториях марикультуры (Патин, 1979; Гершанович, Карпевич, 1986; Hakanson et al., 1988 цит. по Биологические ..., 1998; Дубинина, Семенов, 1995; Никоноров, 1996). В культивируемых гидробионтах могут накапливаться токсичные и вредные вещества (Report..., 1987, 1988, 1989 цит. по Биологические ..., 1998; Дубинина, 1988; Костылев, 1988; Hakanson et al., 1988 цит. по Биологические ..., 1998; Морозов и др., 1988; Дубинина, Семенов, 1995; Сапожников и др., 1995; Житенева, Рудницкая, 1996), что в конечном итоге, может привести к невозможности использования их в пищу. Таким образом, антропогенное загрязнение мирового океана и в особенности прибрежных вод может послужить очень мощным сдерживающим фактором развития марикультуры.
Отдельно стоит рассмотреть вопрос получение пищи культивируемыми организмами из внешней среды. Эта проблема актуальна не для всех видов марикультуры. Как правило, для выращивания гетеротрофов без искусственного дополнительного питания наиболее выгодно использовать
Единые национальные программы мониторинга марикультуры как средство решения проблем устойчивого развития хозяйств марикультуры в регионах
Большинство стран с широким развитием марикультуры подошли к пониманию того, что необходимы единые национальные и межнациональные стандарты, позволяющие однозначно оценивать воздействие марикультуры накачество среды. В последнее время в научной литературе все чаще встречаются статьи, посвященные этим вопросам. Ниже рассматриваются попытки создания национальных мониторинговых программ оценки воздействия марикультуры в разных странах.
В северной Европе недавние успехи были сделаны в оценке связи между аквакультурой и окружающей средой, результат выражен в серии моделей, руководящих принципов, процессов мониторинга, и стандартов качества окружающей среды ориентированных на выращивания лососей в холодноводных условиях (Carroll et al. 2003). В Норвегии критерии качества окружающей среды для фиордов и прибрежных вод были опубликованы в 1997 г. Эти критерии представлены классификационной системой для воздействия питательных веществ, органических материалов, микрозагрязнений, и фекальных бактерий, и установлен стандарт водного качества для использования в различных прибрежьях (Maroni, 2000). К 2000 г. национальный стандарт для мониторинга рыбных ферм был опубликован, базируясь большей частью на Modelling-Ongrowing fish Farms-Monitoring (MOM) system (Ervik et al, 1997, Hansen et al., 2001).
Описание MOM наиболее полно представлено в статье (Hansen et al., 2001). Мониторинговая программа состоит из трех типов исследований А, В, и С, которые различаются числом переменных, предусматривая гибкость и различия в трудозатратах. От А к В и С исследованиям увеличиваются комплектность и точность и они соответствуют увеличивающимся уровням воздействия на окружающую среду. Авторы оценивают три возрастающих уровня эксплуатации (1, 2 и 3), с соответствующими тремя уровнями мониторинга.
Выделения из рыбных ферм имеют различный потенциал для рассеивания и влияния в водной толще и морском дне, соответственно различные зоны воздействия (Impact zones) вокруг рыбных ферм могут быть выделены. В данной работе выделяется 3 зоны: локальная, промежуточная и региональная. Каждая зона характеризуется площадью и типом воздействия, и» к каждой может быть применен свой уровень мониторинга. Более высокиеуровни воздействия допускаются в локальной зоне, по сравнению с промежуточной и соответственно региональной. Следовательно, исследования в региональной зоне должны быть более всеобъемлющи, чтобы уловить более слабые изменения, чем в локальной зоне.
А-исследования. Несложная оценка осаждения органического материала под фермой. Позволяет фермеру получить прямую оценку нагрузки органическими веществами. Показано, что уровень седиментации это функция не только органических нерастворенных отходов, но также и течения и глубины, что может существенно влиять на стратегию кормления. Определяется уровень седиментации, используя двойные седиментационные ловушки в 2 м от дна по периметру садков с максимальным количеством рыб, там, где нагрузка от питания максимальна или там, где В-исследования показали тяжелое воздействие. А-исследования проводятся каждым фермером, как часть их повседневной работы. Интерпретация результатов базируется на предыдущих оценках и сравнении с результатами В-исследований.
В-исследования проводятся в локальной зоне и состоят из трех групп параметров. Это относительно недорогая и простая работа. Выбирается 10 станций покрывающих равномерно локальную зону. Конечный результат усредняется по всем станциям, но оценивают и индивидуальные условия на станциях, показывающие разброс условий в осадках. Контрольные станции не используются в В-исследовании, после того, как была показана большая важность определения недопустимых условий в осадках.Исследуются три группы параметров. 1) Биологические параметры (макрофауна). 2) химические параметры (рН и Eh). 3) Сенсорные параметры.
Первая группа определяет, есть ли в осадках макрофауна, в терминах да -нет (1 - 0). Если среднее значение по 10 пробам меньше 0,5 условия оценивают в 1, 2, или 3 балла. Если больше 0,5 то в 4.
Вторая группа параметров включает измерение рН и Eh электродами вставленными в осадок непосредственно сразу после подъема образца.
Изменения в этих параметрах в основном контролируют три главных деструкционных процесса в морских осадках: кислородное дыхание, разложение сульфатов, и продукцию метана. Измерения проводят в воде поверх образца и в толще осадка на 2 см глубине. Исходя из полученных усредненных значений рН и Eh по шкале представленной на рис. 1.7 находят соответствующий уровень загрязнения и выставляют балл: 0, 1, 2, 3 или 5.
Третья группа. В качестве сенсорных параметров увеличения органического загрязнения используются: цвет, запах, консистенция, газовые пузыри, толщина ила на поверхности естественного осадка. Выставление баллов. Цвет: 0 - светлый, 1 - серый или коричневый, 2 - черный или темно коричневый. Запах: 0, 2 или 4. Газовые пузыри в осадках: 0 если нет и 4 если есть. Толщина ила: максимум 4 балла, если толщина более 8 см.
На рис. 1.8 представлена блок-схема иллюстрирующая последовательность исполнения В-иследования.
С-исследование изучает структуру бентосного сообщества вдоль трансекты через рыбоводную ферму или чувствительную часть промежуточной и региональной зон. Выбираются три станции. Одна внутри фермы, одна в наиболее глубоком месте вокруг, и одна между ними. Бентосная инфауна чувствительна к органическому загрязнению и исследование структуры бентосного сообщества может быть широко использовано для оценки эффектов воздействия органических веществ от рыбных ферм и дает обоснованную, чувствительную, достаточную возможность определять наиболее тонкие воздействия. Однако с-исследование всеобъемлюще, требует квалифицированного таксономиста и, следовательно, весьма дорогостояще. С-исследования обычно используются в промежуточной и региональной зонах,
Абиотические характеристики осадков в акватории мидиевых хозяйств
После оседания на дно взвешенные органические вещества подвергаются процессам деструкции и частично могут депонироваться в толще донных осадков.
Деструкция органических веществ в донных системах протекает в ходе прямого химического окисления, как правило, за счет кислорода, и в ходе потребления органических веществ организмами бентоса для поддержания своей жизнедеятельности. Из всех бентосных организмов мы отдельно рассматривали потребление органических веществ макрозообентосом, поскольку обладали подробными количественными данными о его структуре. Эти результаты будут приведены в соответствующем разделе касающемся макрозообентоса. Все же остальные процессы минерализации органических веществ, включая потребление их мейо и микробентосом мы рассматривали под обшей «шапкой» - биохимическое окисление.
Для оценки процессов биохимического окисления мы применяли две методики: определение биохимического потребления кислорода донными осадками и измерение окислительно-восстановительного потенциала осадков.
Биохимическое потребление кислорода осадками. Определение биохимического потребления кислорода донными осадками было проведено і нами в ходе эксперимента в 1998 г. Пробы грунта отбирались на трех станциях, рис. 1.1: OsD - контрольная станция вне зоны действия мидиевых хозяйств, D — станция под бывшим участком мидиевого хозяйства (участок был ликвидирован в 1993 г) и Y - станция под действующим участком мидиевого хозяйства. В эксперименте определяли потребление навеской грунта кислорода из воды за 5 дней. Надо оговорится, что по ряду причин эксперимент был поставлен с небольшим количеством повторностей, как правило, двумя, и в двух случаях (станции D и OsD, температура экспозиции 4С) мы не можем привести ошибки средних, так как по одной из двух повторностей были безвозвратно загублены в ходе определения кислорода по способу Винклера. Содержание кислорода в воде использованной для эксперимента (поверхностная морская вода) составляло 9,21 ± 0,09 мг 02 /л. Потребление кислорода в этой воде без грунта за 5 суток составило: 1,03 мг 02 /л при температуре 4С и 1,43 мг 02/л при 20С.
Результаты потребления кислорода донными осадками выглядят следующим образом:- в естественных придонных условиях (4С) менее всего кислород был использован в бутылях с контрольной станции OsD - 0,1 мг 02/л за 5 суток, примерно в три раза больше - 0,28 ±0,13 мг 02/л за 5 суток было использовано донными осадками со станции Y, более всего кислорода было истрачено осадками со станции D - 0,59 мг 02/л за 5 суток, рис. Ш.З.- в лабораторных условиях (20С) количество использованного осадками кислорода за 5 суток составило: 1,94 ± 0,29 мг 02/л в осадках со станции OsD, 2,24 ± 0,18 мг 02/л в осадках со станции Y и 2,09 ±0,13 мг 02/л на станции D, рис. Ш.4. Значимых отличий не наблюдается.
Можно отметить, что в естественных условиях на дне, при относительно низких температурах окислительные процессы протекают гораздо медленней, чем при повышенных температурах, порядка 20 С. Причем прирост потребления кислорода происходит в основном за счет донных осадков -разница между потреблением кислорода водой при 4 С и 20 С составляет 0,4 мг Ог /л, а разница между средним потреблением кислорода донными осадками при 4 С и 20 С составляет - 1,76 мг 02 /л.
Таким образом, в реальных условиях на дне потребление кислорода осадками модифицированными мидиевой культурой оказалось значимо выше.
Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) донных осадков. Для относительной характеристики активности окислительных процессов и наличия свободного кислорода в верхнем слое донных осадков на исследованных станциях, мы измеряли окислительно-восстановительный потенциал (Eh) донных осадков в слое 0-5 мм от поверхности. В табл. Ш.З. приведены величины Eh на изученных станциях.
Для разбиения всего массива данных о величинах Eh на группы, мы применили формальную процедуру - кластерный анализ, рис. III.5. По его результатам можно выделить два кластера, на которые распадаются данные. В первый входят фоновые станции, а во второй - станции расположенные под действующими участками мидиевого хозяйства и станции расположенные под ранее действовавшими участками. Исключение составляет только одна станция Х2001, которая, являясь фоновой, попала в кластер к станциям, подверженным воздействию мидиевого хозяйства.
Исходя из наших данных, значения Eh поверхности донных осадков ка фоновых станциях составляет в среднем 396 ± 16 мВ, что значительно выше, чем на станциях под мидиевым хозяйством - 194 ± 14 мВ. Это свидетельство того, что в осадках под мидиевыми хозяйствами процессы биохимического потребления кислорода идут более интенсивными темпами. Тем не менее, даже на станциях под действующими участками мидиевого хозяйства значения Eh на поверхности осадков не опускаются ниже 100 мВ, что говорит о наличии достаточного количества свободного кислорода. Различий между значениями окислительно-восстановительного потенциала поверхности осадков под действующими и уже недействующими участками мидиевого хозяйства нами не наблюдалось - 192 ± 18 мВ и 198 ± 24 мВ соответственно.
Роль разных форм органических веществ в воздействии марикультуры на среду
В процессе своей жизнедеятельности мидии выделяют в воду как взвешенные органические вещества (ВОВ), так и растворенные органические вещества (РОВ). Следует сразу оговорить, что растворенные органические вещества оказались за пределами нашего внимания в данном исследовании. Вопросы продуцирования РОВ MX и их влияния на окружающую среду достаточно глубоко освещены как в условиях Белого моря (Галкина, 1978; Галкина, Кулаковский, Кунин, 1982; Кулаковский, 2000), так и на других акваториях (Агатова, 1980; Хайлов, 1985). Для нас важно, что повышенные концентрации РОВ отмечались по близости от субстратов марикультуры и в верхнем слое воды. По мнению этих авторов, достаточно большая часть выделенных мидиями РОВ окисляется и ассимилируется бактериопланктоном, находящимся в этих водах, который в свою очередь, вновь служит пищей для моллюсков-фильтраторов. Таким образом, налицо некоторый рециклинг в утилизации РОВ мидиями. Остальная часть РОВ, продуцируемые MX, уже в силу своей растворимости разносится с течениями на большие расстояния, хорошо перемешивается и разбавляется менее богатой РОВ водой. Какследствие этого, эффект их воздействия оказывается "размазан" по территории на порядки превышающей площадь занимаемую самим MX. Большинство исследователей марикультуры сходится во мнении, что негативное воздействие промышленного культивирования на пелагические системы незначительно (Кулаковский, 2000; Hansen, 2001; Carroll et al. 2003).
Напротив, взвешенные органические вещества, выделяемые MX, имея отрицательную плавучесть, будут оседать поблизости от них. На близлежащие бентосные сообщества создается нагрузка дополнительными органическими веществами, ранее не свойственная этим системам.
Можно утверждать, что основным фактором воздействия различных предприятий марикультуры на бентосные сообщества являются взвешенные органические вещества. Этот тезис подтверждается в многочисленных работах направленных на изучение хозяйств по выращиванию моллюсков, где основу ВОВ составляют отходы жизнедеятельности организмов (Андреева, Агатова, 1981; Dahlback, Gunnarson, 1981; Tenore et al. 1982; Matisson, Linden, 1983; Kaspar et al. 1985; Гальцова и др., 1986; Veer Henk W. van der., 1989; Baudinet et al. 1990; Grenz et al. 1990; Spencer et al. 1996; Gilbert, 1997; Sorokin et al. 1999; Stenton-dozey et al. 1999; Holmer et al. 2001).
To же самое можно сказать и про выращивание рыб в марикультуре, только в этом случае значительную долю органических веществ составляет не потребленный корм (Martens, Klump, 1984; Brown et al. 1987; Samuelsen, 1992; Hargrave et al. 1993; Wu et al. 1994; Findlay et al. 1995; Tsutsumi, 1995; Wu, 1995; Axler et al., 1996; Holmer, Christensen, 1996; Hargrave et al. 1997; Hansen, 2001; Yokoyama, 2002; Carroll et al. 2003; Crawford, 2003; Yokoyama, 2003).
Нагрузка органическими веществами от марикультуры увеличивается в первые 3-4 года, затем стабилизируется. Максимальные нагрузки достигаются значительно позже, чем для марикультуры в более южных акваториях. Основа ВОВ — фекалии и псевдофекалии мидий. Два независимых способа оценки количества выделяемых ВОВ дают близкие результаты. Один гектар мидиевых хозяйств выделяет около 60 кг сухих ВОВ в сутки. Оседание ВОВ вокруг хозяйств марикультуры локально. Основная роль в разносе ВОВ от марикультуры в Белом море принадлежит приливо-отливным течениям. Осадконакопление под беломорскими мидиевыми хозяйствами минимальное.
Как же будет выглядеть в динамике поступление дополнительных органических веществ от мидиевых хозяйств в окружающие экосистемы? Неоднократно было показано, что экскреторная активность моллюсков напрямую зависит от их массы (Sukhotin, 1992; Максимович и др., 1993; Миничев, Максимович, 2000). Таким образом, по мере роста биомассы мидий на субстратах будет увеличиваться и нагрузка на бентосные сообщества. Для Беломорских мидиевых хозяйств этот период практически линейного прироста биомассы составляет 3-5 лет (Кулаковский, Сухотин, 1986; Максимович и др., 1993; Кулаковский, 2000; Suchotin, Kulakowski, 1992; наши данные). При дальнейшей экспозиции субстратов общая биомасса мидий на них не увеличивается. Именно по этому рекомендуемый по биотехнологии срок выращивания мидий в Белом море составляет 4 года (Кулаковский, Кунин, 1982). Для нашего исследования важно, что в условиях Белого моря увеличение поступления органических веществ в экосистемы бентоса будет происходить практически линейно в первые 3-4 года функционирования марикультуры. При более длительной эксплуатации участка марикультуры или постоянной частичной смене снятых участков новыми нагрузка органическими веществами на акваторию стабилизируется.По-видимому, наиболее резкие изменения в бентосных сообществах происходят как раз в период увеличения поступления органических веществ (в
