4.4. Воспроизводство морских биологических ресурсов

Использование человеком природных экологических систем, в том числе и систем океана, можно осуществлять разными способами. Крупнейший эколог Ю. Одум пишет: "...стратегия "наибольшей защиты", т. е. стремление достигнуть максимальной поддержки сложной структуры биомассы, ...часто вступает в противоречие со стремлением получить наивысший возможный урожай" [40]. Сейчас определились два основных направления: многоцелевое использование и стратегия "расчленения", при которой на одних участках искусственно поддерживается высокопродуктивный тип, а на других - охраняемый. При использовании экологических систем суши давно выявились преимущества тактики "расчленения", тогда как при использовании морских экосистем она только начинает развиваться в виде управляемых морских хозяйств и других форм марикультуры.

Под термином марикультура (морская аквакультура) подразумевается разведение и выращивание растений, беспозвоночных животных и рыб в морских и солоноватых водах под контролем человека. Сейчас наметились три главных направления марикультуры: товарное выращивание, получение в искусственных условиях и выпуск в водоемы молоди и мелиорация районов естественного воспроизводства промысловых и других ценных животных и растений. В направлении товарного выращивания можно выделить морские хозяйства пищевого, кормового, технического, фармакологического и других типов. В последние годы все отчетливее проявляется тенденция к организации хозяйств комплексного многоцелевого использования.

Марикультура может осуществляться экстенсивными и интенсивными методами (рис. 4.9). Экстенсивное культивирование, основанное на применении естественных водоемов и естественных пищевых организмов, характеризуется низким уровнем контроля, начальных затрат и технологии, а следовательно, и низкой эффективностью, обусловленной помимо указанных факторов зависимостью от местного климата и качества воды. Для интенсивного культивирования, использующего как естественные, так и искусственные системы, характерны высокий уровень контроля, начальных затрат, технологии [93]. Наиболее распространенной формой марикультуры являются подводные хозяйства, которые можно подразделить на фермы для выращивания беспозвоночных и рыб и плантации для культивирования водорослей.

Рис. 4.9. Принципиальные типы марикультуры морских животных

Выделим самые общие технологические операции, характерные для марикультуры.

Подбор и оценка участков. Участки для искусственного выращивания морских организмов должны отвечать ряду требований, зачастую противоречивых. Важнейшее из них - обеспечение оптимальных условий выращивания. Размеры акваторий, на которых возможно создание тех или иных плантаций, и площади дна с благоприятными условиями для расселения и последующего роста и развития молоди культивируемых объектов определяют потенциальную мощность морских хозяйств [3]. Возможны два принципиально различных подхода к оценке участков. При одном стремятся подобрать среду обитания (биотоп) и донные сообщества, максимально приближающиеся к природным, в которых наиболее высока численность и биомасса интересующих человека видов. При втором подходе как бы абстрагируются от естественного окружения культивируемых организмов и заботятся преимущественно об удовлетворении их биологических потребностей и удобстве проведения технологических операций. Первый подход характерен для хозяйств экстенсивного типа, второй - интенсивного.

Для осуществления отдельных стадий технологического процесса выращивания требуются разные типы участков. Например, при культивировании гребешка необходимо иметь три типа участков: для сбора молоди с помощью искусственных субстратов (коллекторов), временного подращивания или выращивания молоди до товарного размера и товарного выращивания гребешка на дне. На первом участке должна быть обеспечена высокая численность спата (осевшей молоди гребешка) на коллекторах; на втором - соответствующие гидрологические условия в толще воды и на третьем - необходимые глубина, топография и характер грунта. Важное значение имеют и экономические критерии. Так, при выращивании ламинарии глубина в местах размещения установок в принципе не ограничивается, но для экономичного расходования материалов оптимальными следует считать глубины 15-25 м [8].

Предварительное инженерное обследование участков позволяет провести расчет общего количества выращиваемых организмов на основании учета ряда факторов, из которых важнейшими являются обеспечение животных кислородом и пищей. При этом для разных организмов лимитирующие факторы также различны. Например, для животных-фильтраторов (гребешок, мидии, устрицы) важно, чтобы в воде было достаточное количество взвешенных питательных веществ. В этом случае они могут располагаться почти вплотную друг к другу. При выращивании же дальневосточного трепанга необходима определенная минимальная площадь грунта, при недостатке которой трепанг не будет нормально питаться даже при больших запасах пищи.

В расчетах необходимо учитывать, что сами культивируемые организмы в значительной степени трансформируют среду своего обитания. Так, огромные массы фекалий на дне приводят к уменьшению содержания кислорода и выделению сероводорода, который, растворяясь в воде, повреждает раковины моллюсков.

Подготовка акватории. В зависимости от предполагаемого использования участков степень подготовки дна может варьироваться от весьма незначительной до сложной технической и биологической мелиорации. Наибольший объем мероприятий осуществляется на участках донного выращивания, где удаляются препятствия, мешающие обслуживанию установок и сбору "урожая", производится планирование дна с помощью землечерпательных снарядов и подводных бульдозеров. С этой же целью удаляются макрофиты. В некоторых случаях применяется вспашка дна для полного уничтожения врагов и конкурентов культивируемых организмов. При вспашке вредные организмы погибают под слоем песка и ила толщиной 6 см за 5-50 дней. В необходимых случаях возводятся искусственные сооружения, служащие для общего улучшения гидрологической обстановки - волноломы, плавающие гасители волн, сооружения, регулирующие приливные течения, насосы для откачки донных вод.

Установка технологических сооружений. К технологическим установкам относятся устройства для осаждения личинок (коллекторы), выращивания и содержания взрослых организмов. Конкретные требования к таким устройствам определяются избранной технологией и условиями акватории, но все технологические сооружения должны отвечать таким требованиям, как удобство обслуживания, волно-, ветро- и льдоустойчивость, прочность, долговечность, ремонтоспособность и др. На выполнение этих требований большое влияние оказывают гидрологические условия в месте размещения установок. В связи с этим в несущих конструкциях устройств, предназначенных для культивирования разных организмов, но работающих в сходных гидрологических условиях, могут применяться сходные конструктивные решения [36].

В качестве примера можно привести установки для выращивания ламинарии и размещения коллекторов и садков для выращивания гребешка (рис. 4.10). Основная структурная единица этих установок - несущий канат с прикрепленной к нему серией поплавков (кухтылей). Концы канатов присоединяются к бетонным якорям или к периферийной раме. Канаты образуют гибкую систему, противостоящую волновому воздействию, поэтому такие установки можно размещать в открытых местах.

Рис. 4.10. Принципиальная схема установки для сбора личинок и подращивания молоди гребешка

Детали конструкции рабочих частей технологических установок и материал, из которого они изготавливаются, в значительной степени определяют успех применения подобных установок.

Уход за установками и контроль процессов выращивания. Технологические операции, осуществляемые в процессе выращивания, чрезвычайно разнообразны и полностью определяются видом культивируемых объектов. При использовании личинок, развивающихся в море, определяющее значение имеют сроки выставления сооружений. При поздней установке коллекторов не произойдет полного оседания личинок, при слишком ранней - на коллекторы осядут личинки конкурирующих непромысловых видов.

Детальный обзор технологических операций культивирования выходит за пределы задач настоящей книги, поэтому здесь лишь отметим, что при эксплуатации технологических установок подводных хозяйств ярко проявляется общая тенденция производственной деятельности человека на малых глубинах - стремление максимально ограничить применение собственно подводной техники и проводить технологические операции с поверхности. Водолазный труд, как труд высококвалифицированный и дорогой, используется только в совершенно необходимых случаях. К таковым относятся осмотр и ремонт подводных установок, периодические наблюдения за развитием культивируемых организмов, операции по борьбе с хищниками и конкурентными организмами. Для борьбы с вредными организмами донные участки обрабатывают различными химическими веществами, для борьбы с морскими звездами используют сети, формалин, электрорешетки и воздушно-пузырьковые завесы. Недавно японские ученые предложили прокладывать по дну микроперфорированные, виниловые трубки, наполненные минерально-гелевой смесью, содержащей 40 % сульфата меди. Морские звезды, переползающие через эти трубки, погибают в течение нескольких суток.

Большой вред при искусственном выращивании водорослей наносят растительноядные организмы. Для предотвращения выедания предлагаются такие меры, как сбор или уничтожение хищников; внесение дополнительной пищи, отвлекающей хищников от культивируемых водорослей; защита искусственных субстратов сетчатыми оградами. В Японии разработана конструкция закрытого сетчатого садка для водорослей, в стенке которого имеется отверстие для водолазов, снабженное застежкой "молния".

Сбор. Сбор товарной продукции производится преимущественно с надводных плавсредств, эстакад и подобных сооружений.

Важнейшим вопросом марикультуры является регулирование поступления питательных веществ. Так, увеличение количества сточных вод вызывает "цветение" фитопланктона, снижает содержание растворенного кислорода и увеличивает концентрацию бактерий. Усиливается также обрастание технологических установок марикультуры. Обрастатели конкурируют за субстрат, корм и кислород с выращиваемыми организмами, понижают их кондицию, забивают сетки садков. С другой стороны, приходится бороться с недостатком питательных веществ. Известны опыты выращивания лангустов и камбалы в садках, вода в которые подавалась насосами с глубины 40 м. На глубине водозабора устанавливались сетчатые контейнеры с органическими остатками (отбросами), способствующими развитию фито- и зоопланктона. Но наибольший интерес представляет использование неисчерпаемых запасов биогенных элементов в глубинах океана. Уже сейчас имеются примеры создания искусственного апвеллинга^* и доказывается принципиальная возможность его использования.

^* (Апвеллинг - подъем глубинных вод, обогащенных биогенными элементами.)

При традиционных методах марикультуры садки для содержания организмов и другие технологические установки располагают в приповерхностном слое воды в прибрежной зоне. Наряду с достоинством такого размещения - удобством обслуживания - следует отметить и его недостатки: легкую повреждаемость штормами и льдами, забивание стенок садков водорослями и мусором, уязвимость к воздействию загрязнений. Сетки садков, сильно повреждаемые при соприкосновении с дном, приходится менять каждые шесть месяцев. И, тем не менее, в странах, где марикультура развивается особенно интенсивно (например, в Японии), большинство удобных участков мелководья уже заняты и остро встает вопрос о расширении районов культивирования.

Поэтому все активнее разрабатывается технология культивирования организмов на больших глубинах Мирового океана. Несмотря на техническую сложность и высокую стоимость таких устройств, их разработка и опытная эксплуатация уже началась. Установки представляют собой комплекс садков или открытых платформ, автоматических кормораздатчиков и устройств, обеспечивающих регулирование глубины постановки всей системы. Это могут быть либо емкости, продуваемые воздухом (заполняемые водой) по акустическому или радиосигналу, либо специальные лебедки, заглубляющие систему во время шторма и в других необходимых случаях.

Помимо марикультуры, которая, как правило, предполагает изъятие (прямое или косвенное) организмов, полученных в процессе культивирования, в настоящее время все более заметную роль начинает играть технология воспроизводства морских животных и растений, оказывающих полезное воздействие на окружающую среду самим процессом своей жизнедеятельности. Так очень велико значение многих организмов в гидродинамической защите береговой полосы и искусственных сооружений (каналов, морей, водохранилищ).

Сейчас, при катастрофическом росте загрязнения и эвтрофикации водоемов, самое серьезное внимание уделяется изучению деятельности прибрежных организмов-фильтраторов. Во многих районах из-за недостаточного биологического самоочищения складывается напряженная санитарно-гидробиологическая обстановка, заставляющая проводить гидробиологическую мелиорацию. И здесь помимо подводных сооружений целесообразно создавать специальные поверхности на гидротехнических сооружениях (бунах, траверсах, волноломах), способствующие усилению пояса биофильтраторов.

Из способов мелиорации подводных участков с целью воспроизводства морских организмов наиболее широкое распространение получило сооружение искусственных рифов. В странах, имеющих развитое рыболовство, строительство рифов приобретает огромные масштабы. В Японии они протянулись уже на тысячи километров, и это позволило японцам существенно стабилизировать уловы ряда рыб и беспозвоночных животных. Человек уже давно заметил, что затопленные конструкции привлекают к себе рыб и других животных. Существует мнение, что искусственные рифы не увеличивают общую численность рыб в районе их установки, а лишь перераспределяют, концентрируют их. По-видимому, это справедливо только для небольшого отрезка времени после установки рифа: через некоторое время численность рыб, нашедших на рифах надежное убежище, возрастает как из-за увеличения срока жизни взрослых особей, так и благодаря лучшему выживанию молоди.

Конструкции искусственных рифов чрезвычайно разнообразны. Широко распространены рифы из изношенных автомобильных покрышек. Последние либо просто стягивают тросами в группы, либо соединяют шпильками в длинные цилиндры, разрезают пополам и заливают в бетонные плиты, монтируя в сложные пространственные фигуры. Достоинство рифов из покрышек - удобство монтажа и дешевизна. Однако только рифы, сооруженные из специально сконструированных элементов, позволяют удовлетворить сложные и часто противоречивые требования, предъявляемые к таким сооружениям. Основное из них - эффективность привлечения рыб. Подводные наблюдения на искусственных рифах, проведенные японскими учеными, показали, что рыбы разных видов ведут себя здесь неодинаково, одни проникают внутрь рифа, другие скапливаются непосредственно возле него, третьи - над рифом. Такие различия можно объяснить условиями добывания корма и формой рифа, в частности влиянием тени от него. Поэтому форма и конструкция рифов должны быть строго продуманы. За рубежом уже разработаны рифы, конфигурацию которых можно менять применительно к виду рыб и характеру течений. Они сооружаются из панелей в виде равносторонних треугольников семи различных типов со стороной от 2,5 до 10 м, позволяющих создавать объемы до 210 м³.

Очень важно, чтобы рифы не мешали другим видам деятельности человека в море, в частности рыболовству. В этом смысле удобна конструкция, выполненная в виде сферы (или полусферы) с проемами. Такое устройство, разработанное японскими специалистами, устойчиво к волнению, не засоряется и не рвет тралы.

Создание искусственных рифов - относительно недорогое и в то же время действенное мероприятие, и масштаб этих работ непрерывно расширяется. Однако магистральный путь освоения морских биологических ресурсов как естественных, так и воспроизведенных при участии человека - это комплексный подход к их использованию. Любой вид биологических ресурсов многосторонен, и, включая его лишь в одноцелевые технологические цепи, общество несет огромные материальные потери.

Комплексное использование биологических ресурсов - технически чрезвычайно сложная задача, здесь пока нет технологических традиций и устоявшихся приемов. Пионерами на этом пути станут, несомненно, хозяйства марикультуры. Именно в таких хозяйствах, где все основные технологические операции контролируются человеком, комплексная технология использования сырья наиболее эффективна [91].

Последовательное применение принципа комплексности подводной технологии позволит направленно изменять потоки вещества и энергии в отдельных блоках экосистемы Мирового океана для обеспечения максимально полного использования ресурсов биосферы.