Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экология морского обрастания в северо-западной части Тихого океана

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Звягинцев, Александр Юрьевич, Владивосток

/ ^-з /г

Институт биологии моря Дальневосточного отделения Российской Академии Наук

На правах рукописи

ЗВЯГИНЦЕВ Александр Юрьевич

ЭКОЛОГИЯ МОРСКОГО ОБРАСТАНИЯ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ

ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА

03.00.18 - гидробиология

диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Владивосток ~ 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................7

1. Проблема морского обрастания................................................................7

2. История изучения морского обрастания..................................................12

3. Цель и задачи работы..............................................................................25

4. Научная новизна........................................................................................26

5. Теоретическое и практическое значение работы....................................26

6. Положения, выносимые на защиту....................................27

ГЛАВА 1. Материал. Методы его сбора, обработки и анализа............28

1.1. Материал..................................................28

1.2. Методы сбора материала................. .......................................34

1.2.1. Исследование обрастания с помощью экспериментальных пластин............................................................................................34

1.2.2. Изучение обрастания судов......................................38

1.2.2.1. Доковые осмотры судов..................................38

1.2.2.2. Сбор материала в вентилируемом водолазном

снаряжении..............................................................................39

1.2.2.3. Сбор материала в автономном водолазном снаряжении.... 40

1.2.2.4. Оценка степени обрастания...........................44

1.2.3. Исследование обрастания гидротехнических сооружений..............45

1.2.4. Изучение эпибиозов............................................................................47

1.3. Камеральная обработка материала..........................................................48

1.4. Анализ результатов.........................................................50

ГЛАВА 2. Таксономический состав обрастания..............................................53

2.1. Список видов............................................................................................53

2.2. Фонообразующие виды............................................................................59

2.3. Роль подвижных форм в сообществах обрастания................................72

2.4. Биогеографический состав обрастания судов........................................80

2.4.1. Промысловые суда...................................... 82

2.4.2. Транспортные суда......................................83

2.4.3. Суда прибрежного плавания............................. 85

ГЛАВА 3. Сообщества обрастания судов прибрежного и портового

плавания........................................... 88

3.1. Выделение сообществ обрастания и бентоса..................... 88

3.2. Сообщества обрастания судов прибрежного и портового плавания

в районе Приморья и Сахалина................................92

3.3. Районирование сообществ обрастания судов прибрежного

плавания................................................. 123

3.4. Сообщества обрастания судов у побережья Вьетнама..............134

ГЛАВА 4. Сообщества обрастания судов дальнего плавания............ 138

4.1. Сообщества обрастания судов промыслового флота...............140

4.2. Сообщества обрастания судов основных транспортных линий......144

ГЛАВА 5. Обрастание гидротехнических сооружений..................156

5.1. Сообщества обрастания причальных сооружений в западной части залива Петра Великого Японского моря.......................... 157

5.2. Обрастание гидротехнических сооружений и затонувших судов

в Тауйской губе и на о-ве Завьялова (Охотское море)............172

5.3. Обрастание пирсов и причалов в Авачинской губе (п-ов Камчатка) 174

5.4. Обрастание гидробиотехнических установок у побережья

Приморья..................................................175

5.4.1. Обрастание установки для культивирования приморского гребешка в заливе Петра Великого..........................176

5.4.2. Обрастание установок для культивирования и эпифитон ламинарии на юге Приморья...............................179

5.4.3; Обрастание установок марикультуры и эпифитон грацилярии

в заливе Посьета Японского моря...........................185

5.5. Сообщества обрастания гидротехнических сооружений Вьетнама. ... 190

5.6. Обрастание опор нефтедобывающих платформ СП "Вьетсовпетро" . .201

5.7. Искусственные рифы как способ рационального использования морского обрастания........................................206

ГЛАВА 6. Обрастание навигационного ограждения....................210

6.1. Обрастание буев в северо-западной части Японского моря.........210

6.2. Обрастание буев в Авачинском заливе 216

6.3. Обрастание буев в Южно-Китайском море......................217

ГЛАВА 7. Сукцессия сообществ обрастания антропогенных субстратов

разного типа...........................................221

7.1. К изучению сукцессии сообществ обрастания в сравнении

с наземными фитоценозами................................... 221

7.2. Сукцессия сообществ обрастания действующих судов............ 225

7.2.1. Формирование сообществ обрастания судна прибрежного плавания в заливе Петра Великого......................... 225

7.2.2. Сравнение полученных данных с литературными по неподвижным субстратам................................ 234

7.2.3. Смена фонообразующих видов в ходе сукцессии.............. 238

7.3. Сукцессия сообществ обрастания судна дальнего плавания

в тропических водах........................................241

7.3.1. Формирование обрастания НИС "Академик Александр Несмеянов".............................................241

7.3.2. Эксперимент по обрастанию разных поверхностей корпуса

НИС "Академик Александр Несмеянов".....................243

7.4. Изучение сукцессии сообществ обрастания с помощью экспериментальных пластин в заливе Петра Великого............ 247

7.4.1. Динамика оседания обрастателей на пластины из оргстекла.....248

7.4.2. Динамика оседания обрастателей на противокоррозионное

покрытие ЭКЖС-40.......................................251

7.5. Динамика оседания основных обрастателей в Токийском заливе.....256

7.6. Динамика оседания обрастания у побережья Китая................257

7.7. Сукцессия многолетних сообществ обрастания гидротехнических сооружений в Авачинском заливе..............................260

7.8. Формирование сообщества обрастания гидробиотехнических сооружений.............................................. 263

7.8.1. Сукцессия многолетнего сообщества обрастания установок для культивирования приморского гребешка....................263

7.8.2. Сукцессия многолетнего сообщества обрастания установок для культивирования ламинарии...............................264

7.8.3. Сукцессия однолетнего сообщества обрастания установок для культивирования грацилярии в заливе Посьета................265

ГЛАВА 8. Эпибиозы как природный аналог обрастания антропогенных

субстратов..............................................270

8.1. Сезонные изменения эпифауны на створках гигантской устрицы

в Амурском заливе Японского моря............................270

8.2. Сообщества зарослеобразующих макрофитов в тропиках...........272

8.3. Эпифауна на теле рыб........................................280

8.4. Эпифауна на теле китообразных...............................281

ГЛАВА 9. О перспективах культивирования зеленой мидии Perna viridis

во Вьетнаме............................................285

ГЛАВА 10. Роль антропогенных субстратов в расселении видов..........293

10.1. О проблеме акклиматизации.................................293

10.2. Виды-интродуценты в обрастании судов........................302

10.2.1. Усоногиераки.........................................303

10.2.2. Разноногие раки........................................308

10.2.3. Гидроиды.............................................308

10.2.4. Многощетинковые черви................................309

10.2.5. Мшанки............................................. 320

10.3. О роли бухты Золотой Рог в расселении видов..................324

ГЛАВА 11. Обрастание морских антропогенных субстратов в свете

эколого-технологической концепции......................327

11.1. Биоповреждения как реакция окружающей среды на антропогенное вмешательство................................327

11.2. Инженерная экология.......................................330

11.3. Экологические аналоги биоповреждений, их жизненные формы . . . .333

11.4. Обрастание, эпибиозы и бентос: вопросы терминологии...........338

11.5. Антропаль - зона антропогенных субстратов................... 342

11.6. Обрастание судов: экологические и прикладные аспекты....... 349

11.7. Распределение обрастания по корпусу судна.. ..................357

11.8. О роли некоторых промысловых видов в обрастании судов Дальневосточного морского бассейна..........................360

11.9. К защите от обрастания в тропиках............................3.63

11.10. Многолетние сообщества обрастания гидротехнических сооружений............................................ . 368

11.11. Сукцессионные процессы сообществ обрастания ...............377

11.12. Прогнозирование обрастания...............................387

11.13. Обрастание и проблема расселения видов как причина глобальных изменений в сообществах бентоса................. 391

ВЫВОДЫ.......................................................396

БЛАГОДАРНОСТИ............................................... 399

ЛИТЕРАТУРА....................................................400

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Вспомогательные рисунки..........................445

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблицы........................................457

"Когда понятны природа и развитие болезни, стоимость и сложность лечения часто сокращаются".

А.Д. Бакиокко (Marine biodeterioration ...,1984).

ВВЕДЕНИЕ

1. Проблема морского обрастания. С явлением морского обрастания человек столкнулся со времени постройки первых судов и примитивных подводных сооружений. Проблема защиты от обрастания известна еще из античной литературы V века до н. э. Вначале, очевидно, это явление не имело серьезного практического значения, но с течением времени оно переросло в актуальную проблему. Общеизвестна негативная роль морского обрастания в хозяйственной деятельности человека. Обрастание подводной части судов представляет собой особую проблему. В процессе эксплуатации судна обрастание отрицательно влияет на его гидродинамические характеристики, что приводит к ухудшению ходовых свойств. Это прежде всего потери скорости хода судов, достигающие 50% от номинальной; ухудшение маневренности судна; повышение расхода топлива в связи с необходимостью поддерживать коммерчески оправданную скорость перевозки грузов; преждевременный износ машин и оборудования. Все это приводит к учащению докований и к ухудшению эксплуатационных показателей флота в целом. Для работников тепловых электростанций и других предприятий, использующих в системе охлаждения морскую воду, это зарастание водоводов морскими прикрепленными организмами, делающее порой эксплуатацию труб невозможной. Обрастание гидроакустических приборов (эхолотов, локаторов, устройств связи) вызывает снижение их чувствительности вплоть до выхода прибора из строя.

Обрастание гидротехнических сооружений (ГТС) приводит к резкому возрастанию сопротивления волновым нагрузкам, что в конечном счете может привести к аварийной ситуации. Особенно актуальна проблема обрастания опор нефтедобывающих платформ в связи с интенсификацией добычи нефти и газа на континентальном шельфе. Обрастание ставных неводов и установок марикульту-ры увеличивает их вес, зачастую делая непригодными для эксплуатации. Кроме того, организмы-обрастатели могут быть пищевыми конкурентами объектов культивирования. Ежегодные убытки от обрастания судоходных компаний США еще в первой четверти XX века оценены в 100 млн. долларов (Visscher, 1928), к началу 70-х годов эта цифра возросла до 700 млн. долларов в год (Houghton, 1970). Общий мировой ущерб от морского обрастания в настоящее время составляет 50 млрд. долларов в год, из них 20% приходится на обрастание судов (Зевина, 1994).

Одной из основных задач Научного совета по теоретическим проблемам биологических повреждений материалов при секции химико-технологических и биологических наук президиума Академии наук бывшего СССР являлось решение проблемы морского обрастания. Основатель изучения обрастания дальневосточных морей Н.И. Тарасов в одной из своих работ (1962, с. 33) писал: " Нельзя ... не упомянуть о том, что в нашей стране ряд лет работает Межведомственная комиссия по необрастающим краскам, в состав которой не входил до самого последнего времени ни один морской биолог. Этот частный случай характеризует распространенное среди наших проектировщиков, технологов и эксплуатационников пренебрежение биологией моря - неотъемлемой частью науки о море". Подобное отношение к работам гидробиологов приводит к одностороннему подходу к проблеме морского обрастания. Среди работников судоремонтных заводов бытует мнение, что " обрастание - это "черная и белая ракушка", да еще "трава". Оно вызывает снижение скорости судов, и поэтому с обрастанием следует беспощадно бороться любыми способами". При этом под

черной и белой ракушкой соответственно подразумеваются мидии и усоногие раки, под травой объединяются гидроиды, мшанки, водоросли.

Несколько слов о масштабах явления. По мнению специалистов (Синицын, Резниченко, 1981), общая площадь погруженных в море искусственных

/у

субстратов составляет около 200 тыс. км , т.е. не менее 20% от площади поверхности верхних отделов шельфа. Проще говоря, это полоса шириной 10 м, в длину превышающая побережье Японского моря с островами. А так как биомасса обрастания может достигать десятков килограммов на квадратный метр, то его общий вес соответственно исчисляется миллионами тонн. На борьбу с обрастанием развитые страны тратят огромные средства: Англия расходует на эти цели 20 млн. фунтов стерлингов в год, примерно столько же тратят США (Зевина, 1994). Если бы с обрастанием не велась борьба, то ущерб от него возрос бы в десятки, если не в сотни раз.

Наиболее широкое развитие на практике нашло лишь одно направление защиты от обрастания - химическое, которое активно разрабатывается во многих развитых странах и в настоящее время. Оно связано с использованием красок и других покрытий, способных выделять в окружающую среду сильнодействующие яды (биоциды), которые убивают не только обрастателей, но и любых других водных животных (Защита от обрастания, 1989). Основной принцип работы противообрастающих покрытий - постоянный выход ядов в окружающую среду, приводящий к образованию сначала локальных, а затем и более обширных безжизненных зон в акваториях портов. Результат - в местах с повышенным числом искусственных объектов, имеющих такие покрытия, исчезают широко распространенные ранее виды, появляются мутантные формы: моллюски без раковин и т.п. Возникает сложная ситуация: чем больше мы создаем искусственных морских объектов, тем большее количество ядов из противообрастающих покрытий поступает в морскую среду, тем самым нанося непоправимый вред природным экосистемам.

Мы привыкли считать обрастание злейшим врагом. Однако, как всякое природное явление, оно имеет и положительные для нас свойства. К настоящему моменту обрастание в биологическом аспекте - это естественный процесс, составляющий неотъемлемую часть жизни гидросферы. Любое нарушение сложившегося равновесия экосистем обрастания, так же как и бентоса, может вызвать непредвиденные, в том числе и крайне нежелательные сдвиги этого равновесия. Так, в составе обрастания обитает множество двустворчатых моллюсков: мидии, устрицы, жемчужницы. Они являются перспективными объектами марикультуры, а из обрастания постоянно воспроизводится огромное количество личинок этих видов. Кроме того, двустворчатые моллюски активно фильтруют загрязненную воду портов, пропуская через себя сотни тонн воды за сутки. Обросшие сваи гидротехнических сооружений представляют собой "искусственный риф", привлекающий скопления рыб ценных пород. Большинство обрастателей являются высокочувствительными индикаторами состояния водных экосистем на наличие в воде тяжелых металлов. Преимуществом обрастания как объекта тестирования эколого-биохимического состояния водных экосистем является то, что оно представляет собой интегральный показатель качества воды при загрязнении ее тяжелыми металлами. Это дает возможность оперативно проводить оценку степени загрязнения и относительно легко интерпретировать полученные результаты.

В сложившейся ситуации существует один разумный выход: не бороться с обрастанием, а защищаться о него, и, как это не покажется парадоксальным, иногда и защищать его от человека. Единственный способ реализации такой защиты - использование биологически активных веществ (репеллентов), которые не убивают, а лишь отпугивают личинок обрастателей. Репелленты действуют не на весь организм, а только на органы чувств, что исключает гибель подплывающих к объекту животных, которые могут и не быть обрастателями (Field, 1981). Кроме большой практической значимости, изучение обрастания вызывает и

чисто академический интерес. Сообщества обрастания представляют собой упрощенную модель бентосных сообществ, поскольку они содержат на порядок (а иногда на 2 порядка) меньшее число видов. На основании анализа сравнительно просто организованных сообществ обрастания можно лучше понять многие процессы, происходящие в морских экосистемах, и решить ряд частных и общих вопросов синэкологии (Турпаева, 1987), не проводя при этом специальных экспериментов. Действующие суда представляют собой гигантские экспериментальные пластины, на которых ежегодно независимо от воли человека осуществляется колоссального масштаба опыт над бентосными организмами (Рудакова, 1981). Исследователю остается только собрать и должным образом обработать богатейший материал, выбирая при этом судно определенного режима, района и срока эксплуатации. Несомненно, изучение формирования обрастания непосредственно на корпусе судна более достоверно и имее