220 млрд. тонн; 90 млрд.тонн; примерно 100 ц/га в год, а ... · составляют ³бурые, менее 30% - красные водоросли.

1

Биологическая продуктивность и рациональное использование

биологических ресурсов водоемов

1. Продуктивность биосферы

Наиболее важный показатель для биоресурсов –

продуктивность, без которой говорить о биомассе бессмысленно.

Общий ежегодный прирост биомассы (в пересчете на сухое

вещество) составляет:

на Земле в целом - 220 млрд. тонн;

на суше - 130 млрд.тонн;

в Мировом океане - 90 млрд.тонн;

средняя продуктивность суши составляет

примерно 100 ц/га в год, а для океана – 25 ц/га в год

Распределение наиболее продуктивных зон в

Мировом океане представлено на рис.1.

Следует отметить, что трансформация органического вещества

(пищевая пирамида) в водных экосистемах отличается от наземных. Если в

наземных экосистемах трофические цепи представляют собой пирамиду, в

основании которой по большой величине биомассы расположены

продуценты, а далее уменьшаясь в количестве биомассы идут продуценты

соответствующих порядков.

В водных экосистемах трофическая пирамида «перевернута» и по биомассе

продуценты минимальных по сравнению с консументами, биомасса которых

возрастает от первого порядка доя например 5-го.

Поэтому для нормального функционирования водных экосистем имеет

важное значение продуктивность сообществ, особенно первичная продукция,

которая формирует общую биологическую продуктивность Мирового

океана.

2

2. Продуктивность Мирового океана

2.1 Биологическая продуктивность может быть первичной и вторичной.

Продуктивность растительных сообществ (фитопланктон, фитобентос) -

продуцентов, или фитопланктона,называют первичной, продуктивность

консументов и деструкторов - вторичной.

Промысловой продуктивностью называют максимально допустимое

годовоеизъятие гидробионтов из какого-либо водоема или участка океана

без ущерба для их воспроизводства.

В результате роста и развития гидробионтов в Мировом океане

постоянно идет процесс новообразования биомассы.

Этот процесс называется биологическим продуцированием, а вновь созда-

ваемая биомасса - биологической продукцией.

Продуценты создают первичную продукцию, а последующие звенья пище-

вой (трофической) цепи - консументы - вторичную. В общих чертах процесс

биологического продуцирования в Мировом океане идет следующим

образом.

На первом уровне биопродуцирования под воздействием солнечной

энергии содержащиеся в морской воде так называемые “биогенные”

химические элементы (такие, например, как углерод, кальций, фосфор, азот и

другие) при участии хлорофилла, содержащегося в фитопланктоне

(организмах-продуцентах), преобразуются в органические вещества с

выделением кислорода и большого количества тепловой энергии. Это -

процесс первичного продуцирования, в результате которого образуется

первичная продукция и наращивается биомасса фитопланктона.

На втором уровне первичные консументы (зоопланктон), используя в

качестве пищи фитопланктон, наращивают свою биомассу, выделяя

тепловую энергию и, в качестве отходов, неживое органическое вещество.

На третьем уровне вторичные консументы (или зоофаги) питаются

зоопланктоном, также выделяя при этом тепловую энергию и неживую

органику.

На четвертом уровне третичные консументы (хищники) питаются предыду-

щим звеном пищевой цепи (вторичными консументами), как и они выделяя

при этом теплоту и, в качестве отходов, - органические вещества.

Пятый уровень пищевой (трофической) цепи - человек. Этот уровень

называется промысловой продукцией, и здесь при использовании

морепродуктов в пищу выделяется органика и теплота.

При переходе с низшего уровня до высшего, таким образом, теряется боль-

шое количество вещества и энергии. Величина этих потерь чрезвычайно

велика.

Общая продукция первого уровня (фитопланктон, бактерии) в Мировом

3

океане составляет около 1250 млрд. т.

Продукция второго - четвертого уровней (консументов) оценивается

величиной в 40-50 млрд. т.

Что касается промысловой продукции, то она может быть потенциальной

(максимально возможное годовое изъятие без ущерба для воспроизводства

биомассы) и фактической (фактическое годовое изъятие биомассы через

промысел).

Потенциальная промысловая продукция в Мировом океане оценивается в 260

млн. т, фактическая составляет 89 млн. т.

Таким образом, между первичной продукцией и потенциальной промысло-

вой продукцией теряется 99,8% вещества в результате рассеяния энергии и

отходов органического вещества.

Эти отходы биопродукционного процесса на различных уровнях с

помощью микроорганизмов-редуцентов разлагаются на изначальные

неорганические с единения и элементы, которые возвращаются в водную

среду, замыкая биопродукционный цикл.

Наиболее продуктивные районы в океане расположены в зонах

перемешивания теплых экваториальных вод и холодных северных и южных

полярных вод (рис.1).. В результате перемешивания глубинные воды,

богатые биогенными элементами выносятся в поверхностные слои в зону

фотосинтеза, формируя высокую первичную продукцию и общую

биологическую продуктивность.

Рис. 1. Распределение биомассы планктона в Мировом океане

4

Другой важной составляющей, формирующей высокую первичную

продукцию и общую биологическую продуктивность яляется вынос вод

глубоководных течений в зону фотосинтеза - апвеллинг.

Рис.2. Карта апвеллингов в Мировом океане

Зоны апвеллингов являются традиционными района Мирового

рыболовства.

5

Рис.3. Интенсивность мирового рыболовства и добычи

морепродуктов

6

3. Проблемы биологических запасов Мирового океана

Рассматривая возможность увеличения добычи морепродуктов мы

сталкиваемся с проблемой количественных оценок запасов морепродуктов и

их продукционных возможностей.

Таблица 1

Некоторые характеристики основных групп населения Мирового океана

Группа населения Биомасса, млрд. т Продукция, млрд. т Р/В-

коэффициент

1. Продуценты (всего) 11,5-13,8 1240-1250 90-110

В том числе:

фитопланктон 10-12 более 1200 100-200

фитобентос 1,5-1,8 0,7-0,9 0,5

микрофлора (бак-

терии и простейшие) - 40-50 -

2. Консументы (всего) 21-24 70-80 3-5

Зоопланктон 5-6 60-70 10-15

Зообентос 10-12 5-6 0,5

Нектон 6 4 0,7

В том числе:

криль 2,2 0,9 0,4

кальмары 0,28 0,8-0,9 2,5-3,0

мезопелагические

рыбы 1,0 1,2 1,2

прочие рыбы 1,5 0,6 0,4

Всего 32-38 1310-1330 34-42

Воспроизводительную способность запаса того или иного гидробионта не-

плохо отражает такой показатель, как Р/В-коэффициент. Обычно принято

считать, что промысел без ущерба для запаса может изымать около половины

годовой продукции, или около 0,3 среднегодовой биомассы. Если исходить

из этого, то можно получить следующие ориентировочные оценки

возможного годового изъятия основных групп нектона, а также криля (в

млрд. т).

7

Таблица 2.

1. Планктоноядные и хищные пелагические и донные рыбы:

0,3В (биомассы) = 0,5 млрд. т; 0,5Р (продукции)=0,3 млрд. т.

Среднее значение - 0,4 млрд. т.

2. Мелкие мезопелагические рыбы:

0,3В= 0,3 млрд. т; 0,5Р=0,6 млрд. т.

Среднее значение - 0,45 млрд. т.

3. Криль:

0,3В= 0,66 млрд. т; 0,5Р=0,45 млрд. т.

Среднее значение - 0,55 млрд. т.

4. Кальмары:

0,3В=84 млн. т; 0,5Р=425 млн. т.

Среднее значение - 255 млн. т.

Таким образом, для основных промысловых групп нектона (рыб,

кальмаров)

и криля потенциальная промысловая продукция Мирового океана составляет

около 1,6-1,7 млрд. т.

4. Шельфовая зона Мирового океана

Другой важный аспект заключается в том, что до 90% морепродуктов

добывается в прибрежных зонах Мирового океана, которые составляют

менее 10% от его общей поверхности!

Для объективного распределения морепродуктов была введена 200-

мильная зона хозяйственных интересов стран, которые примыкают к этим

зонам. Поэтому в настоящее время зона шельфа является наиболее

привлекательной в плане использования биоресурсов.

5. Марикультура

Уже в 60-70-е годы текущего столетия в результате интенсивного развития

океанического промысла гидробионтов стало очевидно, что биоресурсы

Мирового океана отнюдь не неисчерпаемы.

Запасы многих объектов промысла оказались в достаточно напряженном

состоянии, естественное воспроизводство не возмещало потери от промысла,

а численность некоторых популяций резко сократилась.

8

Поэтому многие страны уже тогда приступили к созданию в своих

прибрежных водах так называемых морских ферм по выращиванию

водорослей, моллюсков, ракообразных и рыб. В последние 15-20 лет эти

усилия принесли весьма существенные результаты. Уже сейчас продукция,

выращиваемая на этих фермах, называемая продукцией марикультуры, или

морской аквакультуры, составляет более 10 млн. т ежегодно, или 20% всех

выращиваемых в океанах и морях гидробионтов по их стоимости.

Более 50% всего объема марикультуры составляют моллюски, 30% - водо-

росли, и 10-15 % - рыбы. Среди культивируемых водорослей более 70%

составляют “бурые”, менее 30% - красные водоросли.

Всего на этих подводных плантациях добывается более 2/3 водорослей, ис-

пользуемых человеком.

Марикультура очень хорошо развита в таких странах, как Китай (3 млн. т

ежегодно) и Япония (1 млн. т).

Площадь, пригодная для развития марикультуры, составляет в Мировом

океане 450 тыс. км2, из них 48% приходится на Тихий океан, 36% - на

Атлантический и 16% - на Индийский.

Средняя продуктивность марикультурных хозяйств составляет 300-350

т/км2.

Исходя из этой величины максимальная общая продуктивность

марикультурных хозяйств Мирового океана может достичь 135 млн. т (при

использовании 40% акватории шельфовых зон океана с глубинами менее 20

м и около 5% c глубинами от 20 до 50 м).

Среди рыб для марикультуры весьма перспективными являются ценные

лососевые, осетровые рыбы и угри.

9

Рис.4 Мировая добыча морепродуктов

6.Первичная продукция

До сегодняшнего дня отсутствует точная оценка величины первичной

продукции Мирового океана – основы общей биологической

продуктивности.

В таблице 3. представлены величины первичной продукции Мирового

океана, рассчитанные разными исследователями. Как видно из таблицы

величины первичной продукции различаются в 5-6 раз!

Поскольку, как я уже говорил, что первичная продукция определяет

общую биологическую продуктивность, то встает вопрос :

Какая же величина первичной продукции и следовательно общая

биологическая продуктивность?

10

Правильное определение этих величин позволит сделать вывод о

количестве добычи морепродуктов без нарушения биологического

равновесия в Мировом океане.

Таблица 3.

Первичная продукция

Мирового океана

109тС/год

источник

126 Riley (1944)

20 – 25 Steemann-Nielsen, Jensen (1957)

20 Ryther (1969)

23 Кобленц-Мишке и др., (1970)

44 Бруевич, Иваненков (1971)

31 Platt, Subba Rao (1975)

76 Сорокин (1978)

25 Woodwell et al. (1978)

44 De Vooys (1979)

55 Уиттекер (1980)

85 – 95 Виноградов, Шушкина (1987)

Каковы же причины такого расхождения величин первичной

продукции?

11

Одной из причин такого расхождения в величинах первичной продукции

Мирового океана является общепринятая методика ее определения –

скляночный метод в кислородной или радиоуглеродной модификациях.

Разработанный в нашей стране метод непрерывной регистрации первичной

продукции (Рис.5), показал высокую степень ее временной изменчивости.

Рис. 5.Устройство для непрерывного измерения

первичной продукции и деструкции в водоеме

Сравнительные результаты оценки первичной продукции и

деструкции с помощью непрерывной регистрации и методом

склянок показали что последний метод дает до 100% - 200%

ошибки в измерении этих величин!

12

Рис.6. Временная изменчивость первичной продукции

и деструкции

Предварительные расчеты, проведенные нами, с поправками на временную

изменчивость, показали, что величина первичной продукции Мирового

океана может составлять 110 -180 х109т С/год. Но эти цифры требуют

уточнения.и дополнительных исследований.

7. Природно-хозяйственное районирование Мирового океана

Представления о береговой зоне морей и океанов как крупнейшем на Земле

объекте рубежной коммуникативности имеет определяющее значение для

решения геополитической проблемы ХХI века — районирования Мирового

13

океана. . Переход от конвенциальных (условных) к естественно-природным

границам океанов является необходимым условием решения глобальных

геоэкономических и геоэкологических проблем.

Во второй половине ХХ века впервые ставится вопрос об экономическом

районировании. Однако это настолько сложная глобальная геополитическая

проблема.

Наиболее широкое распространение получило отраслевое

рыбохозяйственное районирование, в основу которого положена

экваториальная дифференциация продуктивности биологических ресурсов и

степень их использования. Наиболее крупные рыбопромысловые районы

Мирового океана применяет Продовольственная и Сельскохозяйственная

организация ООН (ФАО). Другие международные и национальные

организации по рыболовству используют более дробные подразделения

океана. Хотя рыбохозяйственное районирование носит формальный

характер, оно дает наглядное представление о размещении мирового

рыболовства.

В связи с возрастающими масштабами воздействия производственной

деятельности и человека на природную среду возникла необходимость в

усилении эколого-экономического подхода к региональному развитию.

Среди основных факторов районообразования выделяется правовой,

экологический, экономический и природно-ресурсный. Правовой фактор

предусматривает проведение границ районов в соответствии с

международно-правовым режимом Мирового океана. Экологический фактор

обуславливает специализацию района в глобальной или региональной

системах энергообмена и круговорота вещества в биосфере, а экономический

- в системе международного или внутригосударственного разделения труда.

При выделении районов учитываются перспективы освоения природных

ресурсов морей и океанов.

На рис.7. представлена схема природно-хозяйственного районирования

Мирового океана.

14

Рис.7. Международные природно-хозяйственные районы Мирового

океана

Важным принципом эколого-экономического районирования является

иерархическая упорядоченность и соподчиненность районов, учитывающая

международный правовой режим. Целесообразно выделить три уровня

пространственной иерархии районирования (глобальный, региональный и

локальный), которые с учетом международного права дают следующую

классификацию эколого-экономических районов:

Международные океанские районы, в том числе морских

континентальных и островных государств.

Международные и национальные морские районы, в том числе

морских континентальных и островных государств.

Если в национальных океанских и морских районах доминирует

экономическая специализация, то в международных районах —

экологическая.

Уровни дифференциации хозяйственного освоения Мирового океана

представлены в табл.4.

15

Таблица 4.

Основы районирования Мирового океана заключаются в выделении

контуров международных и национальных океанских (морских) районов.

На основе вышеизложенных принципов выделяются контуры

Североатлантического и Южноатлантического, Северотихоокеанского и

Южнотихоокеанского, Индоокеанского, Арктического и Антарктического

международных океанских эколого-экономических районов. Каждый район

16

характеризуется экологической ( в широком смысле) специализацией в

глобальной системе энергообмена и круговорота вещества в биосфере и

экономической специализацией в международном и внутригосударственном

разделении труда.

Самыми крупными по площади являются тихоокеанские районы. В

Атлантическом и Тихом океанах расположено соответственно 30,9% и

29,4% площади мирового континентального шельфа. Если в среднем шельф

составляет 7,6% от общей площади Мирового океана, то наиболее

значительна эта доля в Арктическом районе — 37,4% и минимальна в

Антарктическом — 3,4%, Южноатланическом — 3,0% и

Южнотихоокеанском — 0,2%.

На побережьях Североатлантического и Северотихоокеанского районов

расположены крупнейшие мегаполисы и курортно-рекреационные зоны

Земли, сосредоточено 92 % мирового судостроения. На Северную Атлантику

приходится половина стоимости мировой продукции морского хозяйства,

далее следует Индоокеанский (23%) и Северотихоокеанский (18%) районы,

доля остальных составляет 9%.

На берегах Мирового океана насчитывается около 500 морских портов с

грузооборотом более 1 млн. т, их них свыше 300 расположено в

Североатлантическом районе. Суммарный грузооборот портов Северной

Атлантики и Северотихоокеанского района составляет 75% мирового.

Индоокеанский выделяется морской добычей нефти и газа, а

Северотихоокеанский район — добычей рыбы и развитием марикультуры.

В Южнотихоокеанском районе ведется добыча фосфатов, ильменита,

рутила и других минералов из прибрежно-морских россыпей, в ближайшем

будущем начнется масштабная добыча железо-марганцевых конкреций, а в

Океании получит развитие туризм. В Южной Атлантике перспективы

связаны с расширением добычи нефти газа на континентальном шельфе.

Необходимо отметить роль океанских районов в регулировании погоды и

климата Земли.

Для чего необходима такая система районирования Мирового океана?

1. Для разработки международных конвенций по рациональному

использованию морепродуктов.

2. Для разработки законов охраны редких морских видов растений и

животных.

3. Для расчета квот добычи рыбо- и морепродуктов в разных районах

Мирового океана.

4. Для рационального экологического обоснования освоения территорий

Мирового океана в плане добычи полезных ископаемых

5. Для разработки конвенций по охране водной среды.

17

В заключении следует отметить, что в настоящее время человек создает все

больше и больше проблем для сохранения Мирового океана.

Только совместные межгосударственные усилия позволят решить эту

проблему.