CC BY
36
УДК: 597-152.412(261.74):681.3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ РАННИХ СТАДИЙ РАЗВИТИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРАЛЬНО-ВОСТОЧНОЙ
АТЛАНТИКИ
Р. А. Пак, Ф. В. Коломейко, А. Г. Архипов
USE OF MODERN GEOINFORMATIONAL TECHNOLOGIES IN THE COURSE OF RESEARCH OF EARLY STAGES OF COMMERCIAL FISH DEVELOPMENT IN THE NORTHERN PART OF THE EASTERN CENTRAL ATLANTIC
R. A. Pak, F. V. Kolomeyko, A. G. Arkhipov
Проведён анализ распределения и оценена численность массовых видов рыб на ранних стадиях их развития в акватории южной части Марокко (северная часть Центрально-Восточной Атлантики - ЦВА). Для этого использовались геоинформационные технологии и база данных «Ихтиопланктон океанических районов». Массовыми представителями ихтиоценоза ЦВА являются: европейская сардина Sardina pilchardus, европейская ставрида Trachurus trachurus, круглая сардинелла Sardinella aurita и западноафриканская ставрида Trachurus trecae, икринки и личинки которых составляют основу ихтиопланктона. Для картирования и пространственного анализа данных по ихтиопланктону использовалась корпоративная геоинформационная система АтлантНИРО, которая функционирует на основе информационных web-технологий с открытым исходным кодом. Икринки и личинки видов тропической и субтропической фауны были зафиксированы на большей части рассматриваемой акватории, причём ранние стадии развития круглой сардинеллы и европейской сардины встречались значительно чаще, чем западноафриканской и европейской ставрид. В целом районы основных нерестилищ и нагула молоди массовых неритических рыб часто совпадали или располагались близко друг от друга. Был произведен расчет общей численности икринок и личинок массовых видов рыб двумя способами. Первым, традиционным, способом подсчитывалась суммарная численность икринок и личинок под 1 м2 на ихтиопланктонных станциях и определялись относительные индексы численности рассматриваемых видов; вторым - абсолютная численность икринок и личинок этих же видов для всей исследуемой акватории (от побережья до изобаты 1000 м) с использованием ГИС-технологий. Абсолютные значения численности икринок и личинок были более показательны для характеристики нерестовой активности рыб и точнее отражают динамику численности промысловых видов на ранних стадиях их развития, так как рассчитаны для всей исследуемой акватории.
ихтиопланктон, геоинформационные технологии, базы данных, икринки и личинки рыб, ранний онтогенез
The paper deals with the analysis of distribution and estimation of the abundance of common fish species at the early stages of their development in the waters of the southern part of Morocco (the northern part of the Eastern Central Atlantic - ECA). In order to do this, geoinformational technologies and database "Ichthyoplankton of the oceanic areas" were used. The mass representatives of ichthyocenosis in the ECA are: pilchard Sardina pilchardus, horse mackerel Trachurus trachurus, round sardinella Sardinella aurita and cunene horse mackerel Trachurus trecae, which eggs and larvae form the basis of ichthyoplankton. For mapping and carrying out the spatial analysis of the data on ichthyoplankton the corporate geoinformational system of AtlantNIRO was used. It runs on the information web-technologies with the open source code. Eggs and larvae of tropical and subtropical fauna species were recorded in most parts of the considered water area, with the early stages of development of round sardinella and sardine that occurred more frequently than the ones of cunene and horse mackerel. In general, major areas of spawning and nursery grounds of mass neritic fish often coincided or were located close to each other. Calculation of the total abundance of fish species eggs and larvae was performed using two methods. By means of the first traditional method the total abundance of eggs and larvae by m at ichthyoplankton stations was calculated. The relative indices of considered species abundance were determined. The second method, with the help of GIS technology, was used to determine the absolute abundance of eggs and larvae of the same species for the entire survey area (from the coast to 1000 m isobath). The absolute values of eggs and larvae abundance were more indicative for characteristics of fish spawning activity, they reflect the abundance dynamics of the target species in the early stages of their development more accurately as they are calculated for the entire survey area.
ichthyoplankton, geoinformational technologies, data bases, eggs and larvae, early ontogenesis
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что основные параметры численности поколений рыб закладываются в течение ранних периодов жизни (эмбриональном, личиночном и мальковом), поэтому исследование динамики численности рыб невозможно без выяснения закономерностей их развития в раннем онтогенезе. Способность вида расширять свой ареал, приспосабливаться к новым условиям среды также в определённой степени зависит от состояния популяции в раннем онтогенезе [1-3].
Изучение ранних стадий развития промысловых рыб в АтлантНИРО проводится многие годы. Один из основных районов исследований института -Центрально-Восточная Атлантика. В водах северной части ЦВА по данным разных авторов обитает от 800 до 1000 видов рыб, в основном представители тропической и субтропической фауны [4, 5]. В верхнем 100-метровом слое над шельфом отмечается более 100 видов пелагических икринок и личинок рыб [6]. Здесь проходит нерест неритических рыб и нагул их молоди. Массовыми представителями ихтиоценоза ЦВА являются: европейская сардина Sardina pilchardus, европейская ставрида Trachurus trachurus, круглая сардинелла Sardinella aurita и западноафриканская ставрида Trachurus trecae, икринки и личинки которых составляют основу ихтиопланктона [4, 6].
Цель предлагаемой статьи - провести анализ распределения и оценить численность массовых видов ихтиопланктона акватории южной части Марокко (северная часть ЦВА) с использованием геоинформационных технологий и базы данных «Ихтиопланктон океанических районов», сформированной на сервере баз данных АтлантНИРО.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В АтлантНИРО собран большой объём промыслово-биологической, гидробиологической и гидрологической информации по многим районам Мирового океана, которая сформирована в постоянно пополняемые электронные базы данных (БД). Для картирования и пространственного анализа данных по ихтиопланктону использовалась корпоративная геоинформационная система (ГИС) АтлантНИРО, которая функционирует на основе информационных web-технологий и частично - облачных вычислений (cloud computing). Облачные вычисления в настоящее время активно развиваются и представляют собой технологию обработки данных, в которой компьютерные ресурсы и мощности предоставляются пользователю как сетевой сервис. ГИС обеспечивает хранение, обработку, визуализацию и распространение пространственных данных и включает в себя систему управления базами данных (СУБД), редакторы растровой и векторной графики и разнообразные аналитические расчеты [7, 8].
При создании ГИС АтлантНИРО использовано программное обеспечение с открытым исходным кодом (open-source software) Существующие коммерческие (проприетарные) ГИС имеют высокую стоимость с обязательными ограничениями на копирование, модификацию, коммерческую тайну, авторское право и патенты. Поэтому использование коммерческого программного обеспечения (ПО) оказывается далеко не всегда целесообразным, удобным, материально доступным и эффективным.
С учетом специфики исследований водных биоресурсов в ГИС АтлантНИРО использован корпоративный подход, который выражается в следующем:
- система позволяет решать масштабные задачи, в которых задействовано несколько БД;
- работа системы может осуществляться одновременно в различных структурных подразделениях АтлантНИРО, при этом используется централизованная и унифицированная рабочая среда.
В статье рассматриваются результаты четырех типичных ихтиопланктонных съёмок (июль-август 2008 г.; декабрь 2008 - январь 2009 г.; ноябрь-декабрь 2013 г. и август-сентябрь 2014 г.) в южной (28-21°с.ш.) части Марокко (Западная Сахара). Материалы собирались в разные (тёплый, холодный) сезоны года на 30-40 комплексных станциях над глубинами от 20 до 1000 м. Использовались планктоносборщики «Бонго-20» с газом №17-21. Осуществлялся ступенчато-косой лов на горизонтах 100, 50, 35, 25, 10 и 0 м по 1,5-3 мин на каждом при скорости судна 2,0-3,0 узл. [9]. Дальнейшая обработка материалов велась в лабораторных условиях под бинокулярными микроскопами МБС-10 (увеличение 8 х 2, 8 х 4). В ходе камеральной обработки определялся видовой и количественный состав икринок и личинок рыб. Расчёт их численности проводили методом площадей [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Состав ихтиопланктона в районе южной части Марокко отражает фаунистическую принадлежность района. Здесь смешиваются субтропическая фауна, типичными представителями которой являются икринки и личинки европейской сардины и европейской ставриды, и тропическая фауна, её типичные представители - икринки и личинки круглой сардинеллы и западноафриканской ставриды. Эти виды в ихтиопланктоне, как правило, являются наиболее массовыми в зависимости от периода года [3].
Для визуализации, интерполяции и оценки численности ихтиопланктона применялся метод обратно взвешенных расстояний. Расчёт велся по каждому пикселю карты с учётом его геодезического размера в метрах на рассматриваемой акватории. Полученные результаты представлены на рис. 1-8.
Рис. 1. Распределение икринок (а) и личинок (б) круглой сардинеллы в тёплый
период 2008 г.
Fig. 1. Eggs (а) and larvae (б) distribution of round sardinella in the warm period
of2008
0-10 шт (экз) О 10-100 шт (экз) и 100-1000 шт (экз)
Рис. 2. Распределение икринок (а) и личинок (б) круглой сардинеллы в тёплый
период 2014 г.
Fig. 2. Eggs (а) and larvae (б) distribution of round sardinella in the warm period
of2014
ШМШ -> -12-OffW ■ и-.,п*
a
б
0-5 шт(экз) ш 5-10 шт(экз) □ 10-100 шт (экз)
Рис. 3. Распределение икринок (а) и личинок (б) западноафриканской ставриды в
тёплый период 2008 г. Fig. 3. Eggs (а) and larvae (б) distribution of cunene horse mackerel in the warm period
of2008
а б
Рис. 4. Распределение икринок (а) и личинок (б) западноафриканской ставриды
в тёплый период 2014 г. Fig. 4. Eggs (а) and larvae (б) distribution of cunene horse mackerel in the warm period
of2014
pi M -г2в WN
|| 26'00'N
r Ж \ ь ^P Западная Сахара 24'00'N
Г 22!00'N
m I
FVAMlOO'W iИ,
а б
Рис. 5. Распределение икринок (а) и личинок (б) европейской сардины в холодный
период 2008, 2009 гг. Fig. 5. Eggs (а) and larvae (б) distribution of pilchard in the cold period of 2008/09
Рис. 6. Распределение икринок (а) и личинок (б) европейской сардины в холодный
период 2013 г.
Fig. 6. Eggs (а) and larvae (б) distribution of pilchard in the cold period of 2013
а б
Рис. 7. Распределение икринок (а) и личинок (б) европейской ставриды в холодный период 2008, 2009 гг. Fig. 7. Eggs (а) and larvae (б) distribution of horse mackerel in the cold period
of 2008/09
OffW V4 OffW 12 OO'W веет
a
б
0-5шт(экз) О 5-10 шт(экз)и 10-100 шт (экз)
Рис. 8. Распределение икринок (а) и личинок (б) европейской ставриды в
холодный период 2013 г. Fig. 8 Eggs (а) and larvae (б) distribution of horse mackerel in the cold period of 2013
a
Икринки и личинки летненерестующих видов тропической фауны (круглой сардинеллы и западноафриканской ставриды) были отмечены на большей части рассматриваемой акватории, причём ранние стадии развития круглой сардинеллы встречались значительно чаще, чем западноафриканской ставриды (рис. 1-4).
Икринки и личинки зимненерестующих видов субтропической фауны (европейская сардина и европейская ставрида) также распределялись практически на всей исследуемой акватории со значительным преобладанием в ихтио-планктоне европейской сардины (рис. 5-8).
Следует отметить, что икринки и личинки сельдевых рыб (круглая сардинелла и европейская сардина) отмечались ближе к берегу, а ставридовых (западноафриканская и европейская ставриды) - в более мористых районах.
В целом, как видно из рис. 1-8, районы основных нерестилищ и нагула молоди массовых неритических рыб часто совпадают или расположены близко друг от друга. Обычно они находятся южнее крупных мысов, в зоне подводных каньонов. Это районы, где происходят подъём глубинных вод, интенсивные процессы перемешивания, образуются разномасштабные круговороты и градиентные зоны, обусловленные системой потоков постоянных поверхностных течений, ветров и орографическими особенностями континентальной отмели [4, 6].
Далее был произведен расчет общей численности икринок и личинок массовых видов рыб двумя способами. Первым, традиционны, способом [10] подсчитывалась суммарная численность икринок и личинок под 1 м2 на ихтиопланктонных станциях и определялись относительные индексы численности европейской сардины, круглой сардинеллы, европейской ставриды и западноафриканской ставриды, используемые нами для качественного и количественного анализов интенсивности нереста промысловых видов рыб и изучения динамики их численности в раннем онтогенезе. Вторым способом определялась абсолютная численность икринок и личинок этих же видов для всей исследуемой акватории (от побережья до изобаты 1000 м) с использованием ГИС-технологий. Результаты расчёта представлены в таблице.
Таблица. Численность икринок и личинок (экз. х 109) массовых видов рыб в районе южной части Марокко (28-21 °с. ш.)
Table. Eggs and larvae abundance (spec^ 109) of the mass fish species in southern Morocco (28-21 °N_,_,_,
Период съёмки Численность Sardinella aurita Trachurus trecae
икринки личинки икринки личинки
2008, VII-VIII Относительная 2337,3 2242,7 55,0 70,0
Абсолютная 5840,3 4859 204,5 219,3
2014, VIII-IX Относительная 1794,4 2495,0 284,8 47,0
Абсолютная 2700,0 3800,0 428,0 61,0
Период съёмки Численность Sardina pilchardus Trachurus trachurus
икринки личинки икринки личинки
2008, XII-2009, I Относительная 6838,3 3943,8 39,0 5,4
Абсолютная 21629,4 9673,0 78,6 19,9
2013, XI-XII Относительная 7355,9 3924,4 72,7 22,0
Абсолютная 36000,0 18000,0 221,3 87,4
Анализируя полученные результаты, отметим, что численность сельдевых рыб на ранних стадиях их развития значительно превышала таковую ставридовых. Значения относительной численности икринок колебались от 39,0 до 7355,9 шт. х 109, личинок - от 5,4 до 3943,8 экз. х 109. Абсолютная численность икринок изменялись от 78,6 до 36000,0 шт. х 109, личинок от 19,9 до 18000,0 экз. х 109. Из таблицы видно, что абсолютная численность ихтиопланктона превышает относительную в 1,3-4,9 раз. Тенденции колебаний относительной и абсолютной численности рассматриваемых рыб в раннем онтогенезе по годам одинаковы. Однако абсолютные значения численности икринок и личинок более показательны для характеристики нерестовой активности рыб и более точно отражают динамику численности промысловых видов на ранних стадиях их развития, так как рассчитаны для всей исследуемой акватории.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, применение современных геоинформационных технологий в исследованиях массовых видов ихтиопланктона позволяет не только наглядно визуализировать имеющуюся в базе данных информацию, но и более точно рассчитать численность икринок и личинок промысловых видов рыб с учётом плотности распределения на всей рассматриваемой акватории, а также -корректнее анализировать динамику их численности в раннем онтогенезе. Дальнейшее развитие и совершенствование ГИС АтлантНИРО, добавление новых функций для пространственного и математического анализа позволят значительно повысить автоматизацию обработки данных по ихтиопланктону тех акваторий, в которых институт проводит исследования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Дехник, Т. В. Значение ранних стадий развития в формировании численности поколений / Т. В. Дехник, В. П. Серебряков, С. Г. Соин // Теория формирования численности и рационального использования стад промысловых рыб. - Москва: Наука, 1958. - С. 56-72.
2. Архипов, А. Г. Применение результатов изучения раннего онтогенеза морских промысловых рыб в рыбохозяйственной деятельности / А. Г. Архипов // Труды ВНИРО. - 2015. - Т. 156. - С. 14-35.
3. Ahlstrom, E. N. Eggs and Larvae of Fishes and Their Roles in Systematic Investigations and in Fisheries / E. N. Ahlstrom, H. G. Moser // Rev. Trav. Inst. Peches Mar. Vol. 40. № 3- 4. 1976. Р. 379- 398.
4. Доманевский, Л. Н. Рыбы и рыболовство в неритической зоне Центрально-Восточной Атлантики / Л. Н. Доманевский. - Калининград: АтлантНИРО, 1998. - 195 с.
5. Blache, J. Faune tropicale / J. Blache, J. Cadenat, A. Stauch // XVIII Cles de determination des poissons de mer signales dans l'Atlantique oriental. - Paris: ORSTOM, 1970. - 479 p.
6. Архипов, А. Г. Динамика численности икринок и личинок массовых видов рыб северной части Центрально-Восточной Атлантики / А. Г. Архипов // Вопросы ихтиологии. - 2015. - Т. 55, № 2. - С. 173-179.
7. Станек, У. Р. Microsoft SQL Server 2005. Справочник администратора / У. Р. Станек. - Москва: Русская Редакция, 2008. - 544 с.
8. Коломейко, Ф. В. Географические информационные системы на основе программного обеспечения с открытым исходным кодом (open source) и базы данных в научных исследованиях водных биоресурсов / Ф. В. Коломейко // Водные биоресурсы, аквакультура и экология водоёмов: труды науч. конф. / КГТУ. - Калининград, 2013. - С. 69-72.
9. Методические указания по сбору проб зоо- и ихтиопланктона планкто-носборщиком «Бонго» и их обработке. - Калининград: АтлантНИРО, 1983. - 36 с.
10. Аксютина, 3. М. Элементы математической оценки результатов наблюдений в биологических и рыбохозяйственных исследованиях / 3. М. Аксютина. - Москва: Пищ. пром-сть, 1968. - 289 с.
REFERENCES
1. Dehnik T. V., Serebrjakov V. P., Soin S. G. Znachenie rannih stadij razvitija v formirovanii chislennosti pokolenij [Importance of early stages of development in formation of number of generations]. Teorija formirovanija chislennosti i racional'nogo ispol'zovanija stad promyslovyh ryb. Moscow, Nauka, 1958, pp. 56-72.
2. Arhipov A. G. Primenenie rezul'tatov izuchenija rannego ontogeneza morskih promyslovyh ryb v rybohozjajstvennoj dejatel'nosti. Trudy VNIRO. 2015, vol. 156, pp. 14-35.
3. Ahlstrom E. N., Moser H. G. Eggs and Larvae of Fishes and Their Roles in Systematic Investigations and in Fisheries. Rev. Trav. Inst. Peches Mar. 1976, vol. 40, no. 3-4, pp. 379- 398.
4. Domanevskij L. N. Ryby i rybolovstvo v neriticheskoj zone Central'no-Vostochnoj Atlantiki [Fish and fishery in the neritic zone of the Eastern Centralal Atlantic]. Kaliningrad, AtlantNIRO, 1998, 195 p.
5. Blache J., Cadenat J., Stauch A. Faune tropicale XVIII Cles de determination des poissons de mer signales dans l'Atlantique oriental. Paris, ORSTOM, 1970, 479 p.
6. Arhipov A. G. Dinamika chislennosti ikrinok i lichinok massovyh vidov ryb severnoj chasti Central'no-Vostochnoj Atlantiki [Population dynamics of berries and larvae of mass fish species of northern part of the Eastern Central Atlantic]. Voprosy ihtiologii. 2015, vol. 55, no. 2, pp. 173-179.
7. Stanek U.R. Microsoft SQL Server 2005. Spravochnik administratora [Microsoft SQL Server 2005. Reference book for administrators]. Moscow, Russkaja Redakcija, 2008, 544 p.
8. Kolomejko F. V. Geograficheskie informacionnye sistemy na osnove programmnogo obespechenija s otkrytym ishodnym kodom (open source) i bazy dannyh v nauchnyh issledovanijah vodnyh bioresursov [Geographical information systems on the basis of the software with an open source code (open source) and databases in scientific researches of water bioresources]. Trudy nauchnoj konferencii «Vodnye bioresursy, akvakul'tura i jekologija vodoemov». KGTU [Proceedings of the scientific conference "Water Bioresources, aquaculture and ecology of Reservoirs". KSTU]. Kaliningrad, 2013, pp. 69-72.
9. Metodicheskie ukazanija po sboru prob zoo- i ihtioplanktona plankto-nosborshhikom «Bongo» i ih obrabotke [Study guide on samples collecting of zoo - and
ichthyoplankton by the plankton collector "Bongo" and their processing]. Kaliningrad, AtlantNIRO, 1983, 36 p.
10. Aksjutina 3. M. Jelementy matematicheskoj ocenki rezul'tatov nabljudenij v biologicheskih i rybohozjajstvennyh issledovanijah [Elements of mathematical assessment of observation results in biological and fishery researches]. Moscow, Pishhevaja promyshlennost', 1968, 289 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Пак Регина Анатольевна - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры ихтиологии и экологии; E-mail: [email protected]
Pak Regina Anatol'evna - Kaliningrad State Technical University, Postgraduate student of the Department "Ichtiology and Ecology"; E-mail: [email protected]
Коломейко Фёдор Викторович - Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии; заведующий отделом «Региональный центр данных»; E-mail: [email protected]
Kolomeyko Fedor Viktorovich - Atlantic Research Institute of Fishery and Oceanography; Head of Department «Regional Data Center»; E-mail: [email protected]
Архипов Александр Геральдович - Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии; доктор биологических наук, заместитель директора; E-mail: [email protected]
Arkhipov Aleksandr Geral'dovich - Atlantic Research Institute of Fishery and Oceanography; Deputy Director; E-mail: [email protected]
