CC BY
40
Д.И.Вышкварцев,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии шельфовых сообществ ИБМДВО РАН;
Е.Б.Лебедев,
младший научный сотрудник ДВГМЗ
БИОТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ ПРИБРЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННЫХ РИФОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
Экологические программы развивающихся стран Тихоокеанского региона не предусматривают защиту прибрежных морских экосистем от антропогенного воздействия. Точечный характер источников загрязнений позволяет за счет модифицированной биотехнологии аква-кулътуры и пространственного размещения гидротехнических сооружений ограничить и локализовать повреждающее воздействие на прибрежные экосистемы.
В связи с падением уловов рыбы в открытых водах Тихого океана все большее значение приобретают биоресурсы прибрежных акваторий. Для стран и регионов, ранее ориентированных на рыболовство в открытых водах, переход на прибрежные промыслы осложняется последствиями исторически недальновидной стратегии приоритета наземного arpo-промышленного комплекса над прибрежко-морским. И, как следствие этого, незащищенность и деградация прибрежных экосистем от поступления вредных и загрязняющих веществ, различающихся как по химическому составу, так и по степени оформленности. Около крупных городов и промышленных центров наиболее велика степень деградации прибрежных экосистем, восстановление которых потребует значительных материальных затрат и времени.
Вдоль побережий стран Тихоокеанского региона наблюдается рост небольших поселений, ориентированных не только на прибрежные промыслы и марикультуру, но и на разработку полезных ископаемых на мелководьях шельфа. В процессе их развития площадь деградирующих прибрежных экосистем возрастает. Небольшие прибрежные поселения, как правило, обладают рядом особенностей: они располагаются в местах с достаточно высокой степенью защищенности от волнения; экстенсивность рыбных промыслов компенсируется интенсивностью прибрежных
марикультурных хозяйств; источники загрязнений имеют точечный характер. Величина и пространственное расположение деградирующих участков прибрежных экосистем определяются направлением и скоростью ветровых и приливо-отливных течений. Даже при самом слабом перемещении водных слоев, со скоростью всего 1-2 см/с, поступившие тонкодисперсные и растворенные вещества перемещаются за сутки на расстояния 0,8-1,7 км. Таким образом, из полузакрытых бухт (где, как правило, и располагаются небольшие предприятия и поселения людей) поступающие со стоком вещества менее чем за сутки попадают в сложную систему течений, формирующихся вдоль побережий [6, 10], и вызывают биодеградацию на больших пространствах. Любое ограничение пространственного разноса этих веществ позволит минимизировать экологический ущерб.
К одному из таких регионов на Дальнем Востоке России может быть отнесен Приморский край с наиболее развитой промышленностью и примыкающая к нему северо-западная часть Японского моря.
В экологической программе охраны природы до 2005 года [7] констатируется, что антропогенный пресс загрязнений на большую часть водоисточников (за исключением бассейнов рек восточного склона Си» хотэ-Алинского хребта, рек Большой Уссурки и Бикипа) превышает предельно допустимые нормы в 10-100 раз. С терригенным и речным стоком все эти вещества, в конечном итоге, поступят в воды прибрежных акваторий. Однако в этой программе не рассматривается вопрос о необходимости и способах защиты прибрежных акваторий и экосистем от антропогенного к агропромышленного влияния,
По степени антропогенного и промышленного влияния прибрежные воды Приморья могут быть разделены на 3 района - Северный, Центральный и Южный [8]. Для прибрежных вод Центрального района, от мыса Гамова до мыса Поворотного, вмещающих терригенные стоки наиболее развитых в индустриальном и сельскохозяйственном отношении районов Приморского края, характерно сплошное, достаточно равномерное загрязнение, превышающее в десятки раз предельно допустимые концентрации многих вредных и токсических веществ. Для Северного и Южного районов характерна, в основном, точечная локализация источников загрязнения от поселков и портов. Перемещение поступающих веществ определяется в Северном районе холодным Приморским, а в Южном - дрейфовыми и компенсационными течениями [5] по направлению к Центральному району прибрежных вод Приморья.
Использование функциональных особенностей биоты
Наиболее простым способом защиты экосистем мелководных бухт в сложившихся ситуациях следует признать использование заселенных биотой гидротехнических сооружений в целях так называемой защитной марикультуры (Protective aquaculture), смысл которой заключается в ис-
пользовании способности морских организмов поглощать, концентрировать в своих телах и осаждать практически все виды загрязнений [9,12].
Загрязнения (независимо от их происхождения и состава) распространяются в водной экосистеме по трем путям: в поверхностных слоях и в толще воды в растворенном состоянии, в виде тонкодисперсных взвесей, с донными осадками в виде оформленных частиц (рис. 1).
з
Рис. 1 Использование различных типов гидротехнических сооружений (1-4) для целей защитной марикультуры: 1 - донные рельефо-образующие; 2 - вертикальные многоярусные; 3 - плавающие на поверхности; 4 - сетчатые накопители осадков. Стрелки указывают пути распространения загрязняющих веществ в толще воды
Для защиты от поверхностного разноса веществ, таких как нефтяные, необходимы плавучие заграждения, преграждающие растекание, с организмами на них, обеспечивающими деструкцию и ассимиляцию загрязнений. Конструктивно эта задача может быть решена в виде плоских плавающих объектов из различного материала, на которые осаждается молодь моллюсков (например, мидии), полностью покрывающая объект со стороны, погруженной в воду. При ширине полосы этих загрязнений в несколько метров поверхностные нефтепродукты будут пропущены через мощный фильтрующий аппарат моллюсков и будут частично преобразованы и седиментированны.
Разнос растворенных органических веществ, находящихся в толще воды, может быть предотвращен за счет их ассимиляции водорослями-макрофитами и альгобактериальными матами, размещенными на гидротехнических сооружениях с большой площадью поверхности, которые обеспечивают контакт водорослей с водой во всей толще от поверхности до дна. К таким сооружениям могут быть отнесены различного типа многоярусные коллекторы с водорослями. Ширина этих заграждений определяется после экспериментальных наблюдений и зависит от состава веществ, состояния и экологической совместимости сформированного на них сообщества. Эффективная седиментация взвесей из воды может осуществляться с использованием фильтрационной способности дву-
створчатых моллюсков для питания и, в случае избыточных концентраций частиц, для образования псевдофекалий.
Придонный разнос оформленных веществ в виде взвесей, поступающих в водоем, может быть ограничен в пространственном распространении за счет уменьшения скорости их перемещения и переработки организмами-седиментаторами и детритофагами. Это может быть достигнуто за счет формирования рельефа дна в районе поступления веществ в водоем: дно должно иметь складчато-бугорчатый рельеф. Во-первых, для замедления перемещения и увеличения времени оседания частиц, во-вторых, для поселения и развития организмов, утилизирующих органические остатки. К таким могут быть отнесены полихеты-серпулиды и различные представители ракообразных, которыми могут быть заселены своеобразные по конструктивным особенностям гидротехнические сооружения. Подобная защита может быть достигнута с помощью отдельных рифовых модулей, имеющих высоту 0,5-1,5 м.
В придонных слоях, в толще воды и под организмами-седиментаторами может производиться аккумуляция седиментированных биотой частиц в гидротехнических конструкциях пористого типа. В качестве простого прототипа могут служить мешки из крупноячеистой дели заполненные мелкоячеистой полиэтиленовой сеткой.
Подобная защита может быть достигнута с помощью отдельных искусственных рифовых модулей, имеющих зысоту 0,5-1,0 м. Поселение организмов на этих модулях может производиться на иных биотопах с максимально высокой скоростью заселения, после чего они могут быть переставлены в участки санитарно-заградительной марикулыуры.
Экспериментальная разработка
Из прибрежных районов Приморья наибольшую ценность имеет биоресурсный потенциал самого Южного - от мыса Гамова до устья реки Туманная (Туманган) - залив Посьета. Мелководные бухты залива относятся к наиболее крупным на побережье Тихого океана, характеризуются специфическим водообменом [2, 3], малой степенью загрязненности, отличаются высоким продукционным потенциалом - синтезом 430 ООО т органического вещества в год [3] и высоким видовым разнообразием биоты [11].
На акватории залива Посьета располагается самое крупное в стране хозяйство по воспроизводству беспозвоночных. Особенно успешно оно функционирует как производитель спата и молоди гребешка приморского. Производственные мощности достигают 24-30 млн экз. в год, потенциальные возможности до 100 млн экз. в год (устное сообщение Д.Д.Габаева). Здесь же возможно воспроизводство в больших масштабах моллюсков (Mollusca): Mytilus trossulus, Crenomytilns grayanus, Spisula sachalinensis, Mactra chinensis, Anadara broughtoni, Corbicula japonica, ракообразных (Crustacea): Paralithodes camtschatica, иглокожих (Echinodermata): Strongylocentrotus intermedius, St. nndus, Apostychopus
japonicus, различных видов рыб (Pisces): Clupea harengus pallasi, Oncorhynchus gorbuscha, Osmerus eperlanus dentex, Liza so-iuy, Pleuronectidae, различных видов водорослей (Algae): Agarum cribrosum, Laminaria japonica, L. cichorioides, Gracilaria verrucosa, Ahnfeltia tobuchiensis, морских трав (seagrasses) и многих других организмов, имеющих не только пищевое значение, но и использующихся как сырье для лекарственных и биохимических препаратов в масштабах, способных удовлетворить все хозяйства по выращиванию беспозвоночных в других районах Приморья.
Именно как место воспроизводства и питомник молоди экосистема мелководных бухт залива Посьета требует самых серьезных мер по ее защите от загрязнений.
Поскольку самый эффективный способ защиты прибрежных экосистем заключается в установке высокоэффективных очистных сооружений, но в настоящее и ближайшее время в связи с экономическими трудностями в развивающихся странах он не осуществим, можно использо-
" гирлянда" "мешок" "тетраэдр" "пирамида" "сотое"
Рис. 2. Конструктивные особенности гидротехнических сооружений
В качестве наиболее дешевых конструкций, обеспечивающих оформленный субстрат для поселения организмов в толще воды от дна до поверхности, могут быть использованы искусственные рифы из изношенных автомобильных шин, соединяемых различными способами [1], либо другие.
Опыт установки таких конструкций в бухте Постовой залива Посьета, куда сливаются стоки цеха Рыбобазы "Посьет", показывает, что на второй год экспозиции на конструкции из 24 покрышек обнаруживается 51 вид организмов.
Распределение организмов в целом по сооружению показывает, что доминирующее положение по биомассе (70,6 кг) занимали полихеты-серпулиды - 27,9% общей биомассы и мшанки Celleporina irregularis (60,8 кг) - 24% общей биомассы. Следующими по значимости являлись Mytilus trossulus (49,4 кг) и бурая водоросль Laminaria cichorioides (46,4
кг), их доли составляли 19,5 и 18,3% соответственно. Среди макрофитов на долю ламинарии приходилось 16,9% общей биомассы. Роль остальных организмов не столь велика, однако заползшие иглокожие составляли 6,7% общей биомассы, доля устрицы Crassostrea gigas - 1,6%.
Суммарная биомасса организмов на рифе составила 252,9 кг, что на единицу поверхности сооружения составило - 6,12 кг/м2, на единицу площади проекции сооружения на дно - 49,5 кг/м2.
На конструкции, представляющей собой гирлянду пластмассовых коллекторов, подвешенных от поверхности до дна, ко 2-му году экспозиции суммарная биомасса организмов увеличилась в 1,6 раза, что на единицу поверхности сооружения составило 5,72 кг/м2 и на единицу площади проекции сооружения на дно - 313,9 кг/м2. Доминирующее положение по биомассе занимали полихеты-серпулиды - 50,4% и мшанки С. irregularis - 24,6%.
На другой конструкции, представляющей собой мешок из крупноячеистой сетки, наполненной мелкоячеистой полиэтиленовой сеткой, установленной в толще воды, ко второму году экспозиции по биомассе на долю двустворчатых моллюсков Chlamys farreri, М trossulus и Musculista senhoiisia приходилось 41%, известковых мшанок - 26,8%, во-дорослей-макрофитов - 13,1% и асцидий Styela clava - 5,9%. Суммарная биомасса организмов увеличилась в 3,6 раза, что на единицу поверхности сооружения составило 4,32 кг/м2 и на единицу площади проекции на дно 45,02 кг/м2.
Искусственные рифы подобного типа или иные гидротехнические сооружения, создавая высокую биомассу разнообразных животных и растений, превышающую на естественных донных биотопах в 10-100 раз, могут использоваться для защиты от распространения загрязнений.
Процесс начального формирования растительных и животных сообществ на различных типах гидротехнических сооружений защитной марикультуры может производиться на любых участках акватории с максимально высокой скоростью заселения, после чего они перемещаются к месту назначения.
Пространственное размещение
Особое значение имеет вопрос пространственного размещения заселенных биотой гидротехнических сооружений, который представляется целесообразным решить путем дугообразного размещения установок вокруг точечного источника выброса загрязнений. При этом (рис. 1) в первых рядах следует размещать донные рельефообразующие конструкции с организмами, способствующими и усиливающими оседание грубых и оформленных частиц, затем конструкции от дна до поверхности с моллюсками-фильтраторами. Далее размещается полоса плавающих на поверхности заграждений с организмами, перерабатывающими поверхностные загрязняющие вещества, и, наконец, зона гидротехнических ус-
тановок с микро- и макроводорослями для тонкой биологической очистки вод.
Фаза экскавации
Безусловно, что утилизируемые живыми организмами загрязняющие вещества аккумулируются в этих организмах, и из-за токсичности этих веществ или в случае естественного отмирания прекратят свою деятельность и начнут разрушаться сами. Часть не переработанных веществ, аккумулированных в тканях, в ходе разрушения самого организма поступит в окружающую среду и, таким образом, вторично может стать фактором загрязняющим экосистему. Этот цикл может повторяться не один раз. Следовательно, животные, растения и седиментированные взвеси должны быть удалены из зоны, окружающей источник загрязнений. Если технологические процессы изъятия из водоема гидротехнических сооружений аквакультуры и отделение от них организмов легко решаемы, то ликвидация организмов с аккумулированными в них загрязняющими веществами практически не разработанная область.
Сброс организмов на глубоководные свалки (дампинг) не является экологическим решением проблемы, лишь микробиологическая утилизация органической составляющей организмов на биогаз и захоронение остатков в наземных могильниках представляются приемлемыми решениями.
Биологическая и экономическая целесообразность любой тактики защиты экосистем несомненна, поскольку затраты на восстановление разрушенной экосистемы в 1000 раз выше, чем поддержание ее в стабильном состоянии Пожертвовав частью искусственно создаваемых сообществ, можно сохранять прибрежные экосистемы как единое целое.
Литература
1. Авторское свидетельство 995717. Искусственный риф // Д.И. Выш-кварцев, Т.Б. Семочкина. 1983. 9 с.
2. Вышкварцев Д.И. Особенности продукционных процессов в мелководных бухтах залива Посьета (Японское море) // Автореф. дис. канд. биол. наук. Владивосток. 1979. 22 с.
3. Вышкварцев Д.И. Физико-географическая и гидрохимическая характеристики мелководных бухт залива Посьета // Гидробиологические исследования заливов и бухт Приморья. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1984. С. 4-11.
4. Вышкварцев Д.И., Коновалова Г.В. О механизмах "цветения" микроводорослей в водах залива Посьета (Японское море) // Биол. моря. 1979. № 1. С. 72-73.
5. Вышкварцев Д.И., Лебедев Е.Б. Риф "Сотое" в водах залива Посьета (Японское море). // Тез. докл. Всес. конф. "Искусственные рифы для рыбного хозяйства". М.: ВНИРО. 1987. С. 31-32.
6. Вышкварцев Д.И., Лебедев Е.Б. Проект экономического развития реки Туманган (TREDA) - угроза экосистеме мелководных бухт залива Посьета Японского моря // Биол. моря. 1997. Т. 23. № 1. С. 51-55.
7. Гидрохимический очерк бухты Рейд Паллада залива Посьета // Отчет: Проведения комплексных гидрометеорологических, гидрохимических, включая загрязнение, исследований в районах расположения объектов марикультуры прибрежной зоны Японского моря. Владивосток: ДВНИГМИ. 1990. 206 с.
8. Долговременная программа охраны природы и рационального использования природных ресурсов Приморского края до 2005 года (Экологическая программа). Владивосток: ДВО РАН 1993. Ч. I. 349 с.
9. Кусакин О.Г., Кубанин А.А, Брегман Ю.Э. и др. Рыбохозяйственный и прибрежно-морской комплекс // Долговременная программа охраны природы и рационального использования природных ресурсов Приморского края до 2005 года (Экологическая программа). Часть I. Владивосток: Дальнаука. 1993. С. 229286.
10. Миронов О.Г. Взаимодействие морских организмов с нефтяными углеводородами. Д.: Гидрометеоиздат. 1985. 127 с.
И. Новожилов A.B., Григорьева Н.И., Вышкварцев Д.И., Лебедев Е.Б. Течения и горизонтальная турбулентность в бухтах залива Посьета (Японское море). // Сб. тез. и докл. конф. "Рациональное использование биоресурсов Тихого океана". ТИНРО. Владивосток. 1991 С. 61-63.
12. Скарлато O.A., Голиков А.Н., Грузов E.H., Василенко C.B., Несис К.Н., Цветкова Н.Л. Состав, структура и распределение донных биоценозов в прибрежных водах зал. Посьета (Японское море) // Исслед. фауны морей. Вып. 5(13). 1967. С. 5-61.
13. Христофорова Н.К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. Л.: Наука, 1989. 192 с.
14. Bohnsack J.F. and Sutherland D.L Artificai reef research: a review with recomendations for future priorities // Bull, of Mar. Sei 1985. 37(1); P. 11-39.
