Работа 20. Искусственные рифы с зарослями водорослей для улучшения качества среды обитания на морских побережьях

 

Материал: данные по биоремедиации морских прибрежных экосистем с использованием искусственных рифов, представленные в научной статье (Капков и др., 1916).

Задание

Предложите схему создания исскуственного в бухте на побережье Черного моря (с учетом течений, глубины, площади, используемого субстрата для создания рифа и пр.).

Ход работы

1. Используя данные таблицы 9, обоснуйте размещение искусственных рифов на определенной глубине с двух точек зрения: 1) создания максимальной поверхности водорослей, как обменной поверхности для очистки воды; 2) максимальной биомассы цистозиры, которая используется для получения альгинатов.

Проведены исследования формирования рифового биоценоза с целью выявления экологической роли гидробионтов, обеспечивающих процесс биологической очистки прибрежных морских экосистем Черного моря.

Через 12 месяцев экспозиции начал формироваться многоярусный фитоценоз с видом - эдификатором цистозира (Cystoseira). Хотя данный биоценоз отличался от зрелого по видовому разнообразию и биомассе водорослей, в реальности он представлял собой сложное сообщество с большой активной поверхностью за счет микро- и макроэпифитов, поселившихся на субстрате и слоевищах водорослей. С увеличением глубины, на которой сооружался риф, биомасса бурой водоросли цистозиры на рифе заметно падала, а красных водорослей и эпифитов – возрастала(табл. 9).

                            Таблица 9

Биомасса и площадь поверхности талломов водорослей фитоценоза Cystoseiracrinita

Глубина, М	Cystoseira crinita		Водоросли нижних ярусов		Водоросли – эпифиты слоевищ
	Биомасса г/м²	Площадь талломов, м²	Биомасса, г/м²	Площадь талломов, м²	Биомасса, г/м²	Площадь талломов, м²
1	6920±84	65,7	754±15	7,5	311±12	31,8
3	8163±88	77,5	609±12	35,2	2032±29	56,7
5	8609±53	81,7	910±16	12,8	3109±33	77,3
7	2845±41	27,0	816±18	9,1	4211±48	81,5

 

Задачи

Задача 21. Растворённые углеводороды являются частью глобального нефтяного загрязнения. В связи с токсическим действием нефтяного загрязнения на биологические объекты для рыбохозяйственных водоёмов установлены предельно допустимые концентрации (ПДК). Среднее содержание нефтяных углеводородов в поверхностном слое воды Кольского залива (Семенов и др., 2009) составляет 0,03-0,07 мг/л (выше ПДК) и значительно возрастает – до 0,27 мг/л (выше ПДК в 5 раз) – в районе водного поста, расположенного в торговом порту. Максимальные разовые концентрации нефтеуглеводородов в торговом порту достигают значений выше 1,0 мг/л, что выше ПДК в 20 и более раз (рис. 18). Устойчивое загрязнение залива нефтяными углеводородами в поверхностном слое – около ПДК. Донные осадки залива также загрязнены нефтепродуктами. На станциях в южном колене среднее содержание нефтяных углеводородов может достигать 2,6-3,0 мг/г сухого грунта.

Рис. 18. Среднее содержание нефтяных углеводородов в Кольском заливе в воде и в донных отложениях. Станции: 1-7 – южное колено, 8-11 – среднее колено, 12-16 – северное колено (Семенов и др., 2009).

Задание. Угрожающим источником нефтяного загрязнения является морская транспортировка, возрастающая в связи с перераспределением объёмов перевозок и увеличением добычи в арктических районах. Что опаснее: нефтяные углеводороды в поверхностном слое воды или в донных осадках? Сравните уровни загрязнения нефтеуглеводородами в северном, среднем и южном колене Кольского залива. За последние десять лет объём сбросов уменьшился вдвое, но улучшения качества морской воды и донных отложений не отмечено. Как это можно объяснить? Какие меры следует предпринять для улучшения ситуации в Кольском заливе?

Задача 22. Большинство устьевых областей рек и прилегающих прибрежных зон Балтийского моря находятся в кризисном состоянии, вызванном, прежде всего, хозяйственной деятельностью человека. Особого внимания требует устье такой крупной реки как Нева, являющейся, с одной стороны, мощным источником поступления в море загрязняющих веществ, а с другой – районом проживания и деятельности многомиллионного населения (Иванов и др., 2004). Преобладающими загрязняющими веществами, содержание которых чаще других превышает ПДК на речной границе устьевой области реки Нева (у дер. Новосаратовка), являются фенолы, соединения меди, нефтяные углеводороды, соединения железа, марганца, ртути, легкоокисляемые органические вещества и взвешенные вещества. Частота встречаемости значений концентрации, превышающих ПДК, за исследуемый период колебалась от 10 % для взвешенных веществ до 93 % для фенолов (табл. 10).

Таблица 10

Преобладающие загрязняющие вещества в воде реки Нева

у деревни Новосаратовка, мг/л (Иванов и др., 2004)

Вещество	Диапазон высоких концентраций	ПДК	Процент высоких концентраций
Фенолы	0,01-0,04	1,0-40	93
Соединения меди	0,001-0,01	1,0-10	51
Нефтяные углеводороды	0,05-4,2	1,0-84	43
Соединения ртути	0,0002-0,00007	2,0-7,0	40
Соединения железа общего	0,10-0,37	1,0-3,7	24
Соединения марганца	0,010-0,058	1,0-5,8	2,0
Легкоокисляемые органические вещества по БПК5	2,0-8,52	1,0-4,3	18
Взвешенные вещества	12,0-47,2	1,2-4,8	10
Азот аммонийный	0,40-1,89	1,0-4,8	5,3
Азот нитритный	0,019-0,080	1,0-4,0	2,4

Для многих из перечисленных выше загрязняющих веществ наметилась заметная тенденция снижения концентрации с начала 1990-х годов, связанная в первую очередь, с сокращением производства и уменьшением сбросов промышленных стоков.

Задание. Оцените состояние северных рек. Что вы можете сказать об участии северных рек в загрязнении прибрежных участков моря? Объясните роль эстуария как биологического фильтра.

Задача 23. Существуют, по меньшей мере, пять путей поступления загрязняющих веществ в морскую среду: выпадение из атмосферы на водную поверхность; поступление с речным стоком; сбросы коммунально-бытовых и промышленных стоков от прибрежных источников; сброс загрязненных вод и твердых отходов с морских судов и стационарных сооружений в открытом море; поступление загрязнений из недр морского дна и донных осадков (при добыче полезных ископаемых, проведении дноуглубительных работ, намыве грунта и других антропогенных воздействиях). За последние годы объем сточных вод, сбрасываемых в Кольский залив остается стабильным (Вирин, Дженюк, 2009): в 1990 г. - 126,2 млн м³, в 1996 г. – 119,5 млн м³, несмотря на спад промышленного производства и некоторое сокращение численности населения. Эта величина составляет несколько более 1 % среднегодового речного стока или около 1 % объема водной массы залива, однако условия разбавления стоков определяются не столько этими средними показателями, сколько интенсивностью локального водообмена. Из общего объема сточных вод непосредственно в залив сбрасывается 82,4 млн м³ (69 %), в том числе 62,5 млн м³ – загрязненных без очистки, 4,2 млн м³ – недостаточно очищенных и 12,3 млн м³ – нормативно чистых. На бассейн реки Кола приходится 16,9 млн км³ (14 %), на бассейн Туломы – 19, 1 млн км³ (16 %), еще около 1 % стоков поступает в реки и ручьи, впадающих в залив в черте Мурманска и его пригородов.

В свою очередь, доля сбросов, поступающих непосредственно в залив, распределяется между территориями, подчиненными Мурманской (55,7 млн км³, 43 %), Североморской (16,6 млн км³, 13 %) и Полярнинской (10,3 млн км³, 8 %) городским администрациям. Это территориальное деление в основном совпадает с разделением акватории на южное, среднее и северное колено. Поэтому основываясь на сведения об объеме воды в соответствующих частях залива (табл. 11), можно оценить соотношение между антропогенными нагрузками на них. Если принять отношение объёма сбросов к объёму водной массы в южном колене за 1, то для среднего колена оно составит - 0,011, а для северного - 0,0035.

Таблица 11

Распределение площади поверхности и объема на участках Кольского залива по ступеням глубины на фазе отлива (Вирин, Дженюк, 1997)

Участок залива	Площадь, км2	Объем, км3
Южное колено	20,353	0,279
Среднее колено	58,371	4,456
Северное колено	96,571	10,759
Всего	175,295	15,494

Задание. Представьте наглядно данные о поступлении загрязняющих веществ в Кольский залив в виде диаграмм или графиков. Вы – житель города Мурманска, каким вы хотите видеть Кольский залив а) с точки зрения промышленного развития Мурманского побережья; б) с точки зрения использования побережья Кольского залива как зоны отдыха. Что нужно предпринять, чтобы Кольский залив как зона жизнедеятельности была экологически чистой?

 

Контрольные вопросы к главе 6

 

1. С какой целью создаются искусственные рифы на морском побережье?

2. С чем связана высокая биологическая продуктивность сообществ искусственных рифов?

3. Из каких материалов следует делать искусственные рифы?

4. Расскажите о последовательности развития сообществ на искусственном субстрате?

5. Объясните важную роль сообществ искусственных рифов в очищении воды в прибрежной зоне.

 

Списоклитературы

 

FAO. 2014. The State of World Fisheries and Aquaculture 2014. - Rome, 2014, 223 p.

FAO. 2015. Yearbook of fishery statistics, 2015. - Rome, 2015, 250 p.

Hoek, Van den, C. Algae. An introduction to phycology / C. Van den Hoek, D. G. Mann, H. M. Jahns. – London: Cambridge University Press, 1995. – 614 pp.

Lüning, K. Seaweeds. Their Environment, Biogeography, and Ecophysiology / K. Luning. – New York: John Wiley, 1990. – 527 pр.

Белякова, Г. И. Ботаника: в 4-х томах. Т. 1. Водоросли и грибы: учебник для высших учебных заведений / Г. И. Белякова, Ю. Т. Дьяков, К. Л. Тарасов. – М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 320 с.

Белякова, Г. И. Ботаника: в 4 т. Т. 2. Водоросли и грибы: учебник для высших учебных заведений / Г. И. Белякова, Ю. Т. Дьяков, К. Л. Тарасов. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 320 с.

Биоресурсы и аквакультура в прибрежных районах Баренцева и Белого морей. – Мурманск: ПИНРО, 2002. – 206 с.

Блинова Е. И. Биологические основы марикультуры. – М.: Изд–во ВНИРО, 1998. – 40 с.

Блинова Е. И. Водоросли–макрофиты и травы морей европейской части России (флора, распространение, биология, запасы, марикультура). – М.: Изд–во ВНИРО, 2007. – 114 с.

Блинова Е. И. Ресурсы морских водорослей // Биологические ресурсы океана. - М.: Изд-во ВНИРО,1985. – С. 233-240.

Блинова Е. И., Макаров В. Н. Инструкция по биотехнике культивирования ламинарии сахаристой в двухгодичном цикле в Баренцевом море // М.: Изд–во ВНИРО, 1987. – 34 с.

Блинова. Е. И., Моисеев П. А., Карпевич А. Ф., Романычева О., Сальников Н. Морская марикультура: учебник // М.: Агропромиздат, 1985. – С.102-135.

Вассер С. П., Кондратьев Н. В., Масюк Н. П. и др. Водоросли. Справочник. – Киев: Наукова Думка, 1989. – 608 с.

Винберг Г. Г. Первичная продукция водоемов. – Минск: Изд-во АН БССР, 1960. – 329 с.

Вирин, А. И. Источники химического загрязнения / А. И. Вирин, С. Л. Дженюк // Кольский залив: освоение и рациональное природопользование. - М.: Наука, 2009. - С. 161-166.

Воскобойников Г. М. Технология создания плантации–биофильтра для защиты прибрежной зоны от нефтяного загрязнения // Морские нефтегазовые разработки и рациональное природопользование на шельфе. – Ростов н/Д.: Изд–во ЮНЦ РАН, 2009. – С. 262–282.

Воскобойников Г. М., Макаров В. Н., Макаров М. В., Шошина Е. В. Технология культивирования и перспективы рационального использования ламинариевых водорослей // Современные технологии и прогноз в полярной океанологии и биологии. – Апатиты: Изд–во КНЦ РАН, 1999. – C. 100–123.

Воскобойников Г. М., Макаров М. В., Пантелеева Н. Н. Проблемы и перспективы биотехнологии культивирования бурых водорослей в Баренцевом море // Современные информационные и биологические технологии в освоении ресурсов шельфовых морей. – М.: Наука, 2005. – С. 256–274.

Воскобойников Г. М., Макаров М. В., Рыжик И. В. Теоретические основы и перспективы использования плантации-биофильтра для очистки морской акватории от нефтяного загрязнения // Комплексные исследования больших морских экосистем России. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2011. – С. 202-234.

ГОСТ 26185–84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки.

Жизнь растений: в 6 томах. Т. 3. Водоросли. Лишайники / Под ред. М. М. Голлербаха. – М.: Просвещение, 1977. – 487 с.

Зиланов В. К., Лука Г. И. Аквакультура в Норвегии. – Мурманск: Изд–во ПИНРО, 2009. – 187 с.

Зиланов В. К., Лука Г. И. Зеленцов А. В. Рыбная промышленность Норвегии в XXI веке: от морского рыболовства к марикультуре. – М.: Изд–во ВНИРО, 2008. – 313 с.

Зинова А. Д. Определитель бурых водорослей северных морей СССР. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1953. – 224 с.

Зинова А. Д. Определитель красных водорослей северных морей СССР. – М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1955. – 220 с.

Иванов В. В., Брызгало В. А., Замятин В. Ю. Оценка уровня загрязненности вод Балтийского моря на речных границах устьевых областей рек // Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов российских морей Северо-Европейского бассейна. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2004. – С. 475-486.

Казакова Г. Б. Статистика. Часть 1.: учебное пособие. – Мурманск: Изд–во МГТУ, 2008. – 82 с.

Капков В. И., Шошина Е. В., Беленикина О. А. Биоремедиация морских прибрежных экосистем: использование искусственных рифов // Вестник МГТУ. - 2016. -№ 1. – с. 25-30.

Кизеветтер И. В., Грюнер В. С., Евтушенко В. А. Переработка морских водорослей и других промысловых водных растений. - М.: Пищевая промышленность,1967. - 414 c.

Ким Г. Н., Лескова С. Е., Матросова И. В. Марикультура: учебное пособие. – М.: МОРКНИГА, 2014. - 206 с.

Константинов, А. С. Общая гидробиология – М.: Высшая школа, 1986. – 472 с.

Кулаковский Э. Е. Исследования по марикультуре мидий Белого моря // Гидробиологические и ихтиологические исследования на Белом море. - Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, 1987. - С. 64-76.

Лавровская Н. Ф. Выращивание водорослей и беспозвоночных в морских хозяйствах. - М.: Пищевая промышленность, 1979. – 124 с.

Макаров В. Н. Инструкция по биотехнике культивирования ламинарии сахаристой в двухгодичном цикле в условиях Белого моря. – Мурманск: Изд-во ПИНРО, 1982. – 60 с.

Макаров В. Н.Полярная марикультура водорослей // Результаты и перспективы исследований ММБИ в области полярной марикультуры. –Апатиты, 1987. – С. 3–7.

Макаров В. Н. Современное состояние марикультуры водорослей // Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. – Апатиты: Изд–во КНЦ РАН, 1998. – С. 295–299.

Макаров В. Н., Воскобойников Г. М., Шошина Е. В. Биотехнология искусственного выращивания морских водорослей и создание водорослевых плантаций // Каталог новых технологий и изобретений. –Мурманск, 1996. – C. 22.

Макаров В. Н., Джус В. Е., Матишов Г. Г., Хохряков К. Б., Воскобойников Г. М., Денисенко Н. В., Шошина Е. В. Научно–практические аспекты культивирования ламинарии сахаристой в Баренцевом море. – Апатиты: Изд–во КФ АН СССР, 1987. – 35 с.

Макаров В. Н., Кулаковский Э. Е. Возможности культивирования беломорской в условиях бикультуры ламинария-мидия // Повышение продуктивности и рациональное использование биологических ресурсов Белого моря. - Материалы 1-го координационного совещания. - Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, 1982. - С. 54-55

Марковцев В. Г., Брегман Ю. Э., Пржеменецкая В. Ф. и др. Культивирование тихоокеанских беспозвоночных и водорослей. – М.: Агропомиздат, 1987. – 192 с.

Моисеев П. А., Карпевич А. Ф., Романычева О. Д. и др. Выращивание морских водорослей // Морская аквакультура. - М.: Агропромиздат, 1985. - С.142-166.

Национальный обзор аквакультурного сектора (NASO) России. Москва, 2005. - 42 с.

Облучинская Е. Д. Технология лекарственных и лечебно–профилактических средств из бурых водорослей. – Апатиты: Изд–во КНЦ РАН, 2005. – 164 с.

Пельтихина Т. С. Ламинариевые водоросли Баренцева моря и их рациональное использование. – Мурманск: Изд–во ПИНРО, 2005. – 122 с.

Празукин А.В. Экологическая фитосистемология. – М.: Изд-во Перо, 2015. – 375 с.

Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1998. - 628 c.

Пронина О. А. Марикультура водорослей в Белом море: некоторые результаты изучения и перспективы развития // Рыбное хозяйство. – 2009. – N 5. – С. 42–44.

Пронина О. А., Чугайнова Т. А., Михайлова Т. А. Итоги и перспективы развития марикультуры ламинариевых водорослей в Белом море // Состояние и перспективы научно–практических разработок в области марикультуры России. Материалы совещания (Ростов–на Дону, авг.1996). – М., 1996. – С. 250–253.

Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии. – М.: Мир, 1990.– 595 с.

Семенов, А. В. Источники загрязняющих веществ и уровни содержания нефтяных углеводородов и тяжелых металлов / А. В. Семенов, М. Н. Зуева, В. И. Бахарев // Кольский залив: освоение и рациональное природопользование. – М.: Наука, 2009. - С. 285-291.

Силкин В. А., Хайлов К. М. Биоэкологические механизмы управления в аквакультуре. – Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1988. – 230 с.

Тооминг Х. Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 263 с.

Хайлов К. М., Празукин А. В., Смолев Д. М., Юрченко Ю. Ю. Школа биоэкологии. – Севастополь: ЭКОСИ-гидрофизика, 2009. – 325 с.

Хайлов К.М. Что такое жизнь на Земле? – Одесса: Изд-во Друк, 2001. – 238 с.

Халаман В. В., Сухотин А. А. Марикультура // Биологические ресурсы Белого моря: изучение и использование. - Исследования фауны морей 69(77). СПб: 2012. - С. 294-319.

Шилин М. Б., Голубев Д. А., Алексееев А. П., Бугров Л. Ю., Иванов М. В., Хаймина О. В. Прибрежная аквакультура. – СПб: Изд–во РГГМУ, 2009. – 287 с.

Шилин М. Б., Саранчова О. Л. Полярная аквакультура. – СПб: Изд. РГГМУ, 2005. – 172 с.

Шмелева В. Л., Хохряков К. Б., Николаева Е. Н. Макаров В. Н. Морфо–биохимические характеристики ламинарии сахаристой из разных  биотопов // Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. – Апатиты: Изд–во КНЦ РАН, 1998. – С. 115–128.

Шошина Е. В. Красные водоросли // Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. – Апатиты: Изд–во КНЦ РАН, 1998. – C. 187–212.

Шошина Е. В.,Капков В. И. Задачник по морской биологии: учебное пособие. – Мурманск: Изд–во МГТУ, 2014. – 250 с.

Шошина Е. В., Капков В. И. Практикум по морской биологии. Прибрежные экосистемы: учебное пособие. – Мурманск: Изд–во МГТУ, 2011. – 190 с.