Способ оценки влияния садковой аквакультуры на состояние водной экосистемы
Владельцы патента RU 2447435:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петрозаводский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к способу оценки влияния садковой аквакультуры на состояние водной экосистемы. Способ включает отбор проб непосредственно в районе функционирования садкового хозяйства и в контрольной зоне, а затем выявление содержания химических соединений в пробах и определение по ним основных количественных показателей компонентов водной экосистемы. При этом в пробах из контрольной зоны и из района функционирования садкового хозяйства дополнительно определяют количественные показатели биоты - численность и биомассу фитопланктона, зоопланктона и бентоса. Затем вычисляют соотношения между количественными показателями биоты в районе садков и в контрольной зоне. Создают эталонную таблицу диапазонов вычисленных химических показателей соотношений компонентов водной экосистемы добавляя в нее строки с соотношениями количественных показателей биоты. Затем сравнивая вычисленные соотношения с диапазонами идентичных соотношений в эталонной таблице, определяют степень воздействия садкового хозяйства на состояние водной экосистемы. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении достоверности результатов. 1 пр., 4 табл.
Изобретение относится к рыбному хозяйству, а именно к методам оценки биогенной нагрузки от садковых аквакультур на водные экосистемы. Известен биологический метод - биотестирование, позволяющий судить о наличии загрязнения и качестве водной среды по тест-реакциям организмов. См. Флеров Б.А. Биотестирование: терминология, задачи, перспективы. // Теоретические вопросы биотестирования. Волгоград, 1983. Однако известный метод сложен, трудоемок и требует значительного времени для осуществления достоверного контроля за состоянием водной экосистемы.
Известны методы оценки экологической емкости водоемов по лимитирующим веществам (соединениям фосфора и азота), составляющим основу органических компонентов, поступающих в водоемы при работе садковых хозяйств. См. Китаев С.П. и др. Методы оценки биогенной нагрузки от форелевых ферм на водные экосистемы. Петрозаводск, Институт биологии КНЦ РАН. 2006.
Эти методы основаны на определении состояния гидрохимического режима лишь в зоне размещения садковых хозяйств и не учитывают состояние биологических компонентов всей водной экосистемы. Несмотря на наличие многочисленных материалов о состоянии водной экосистемы в районе размещения садковых хозяйств оценить степень (уровень) воздействия загрязнителя на окружающую среду практически невозможно. По этим материалам можно лишь определить фактическое состояние водной среды и ее биоты в конкретное время. Проблема оценки еще более усложняется, если в водоеме с садковым хозяйством существуют другие источники загрязнения водной среды. Поэтому оценка состояния всей водной экосистемы не достоверна.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом способе оценки влияния садковой аквакультуры на состояние водной экосистемы, состоит в повышении достоверности результатов и оперативности принятия решений по своевременному изменению антропогенного воздействия на водную экосистему.
Обеспечивается технический результат тем, что в пробах из контрольной зоны и из района функционирования садкового хозяйства дополнительно определяют количественные показатели биоты - численность и биомассу фитопланктона, зоопланктона и бентоса, вычисляют соотношения между количественными показателями биоты в районе садков и в контрольной зоне, создают эталонную таблицу диапазонов вычисленных химических показателей соотношений компонентов водной экосистемы, добавляя в нее строки с соотношениями количественных показателей биоты, и, сравнивая вычисленные соотношения с диапазонами идентичных соотношений в эталонной таблице, определяют степень воздействия садкового хозяйства на состояние водной экосистемы.
Способ оценки влияния садковой аквакультуры на состояние водной экосистемы основан на определении степени загрязнения водной экосистемы и включает следующую последовательность операций:
- Устанавливают контрольную зону, максимально приближенную к садковому хозяйству (источнику загрязнения), но в которой его влияние отсутствует. Так для форелевых хозяйств средней мощности удаление контрольной зоны от садкового хозяйства - 500 м.
- Определяют зону для отбора проб в районе функционирования садкового хозяйства (источника загрязнения). Обычно - в центре садкового хозяйства.
- Отбирают пробы для исследования компонентов водной экосистемы в районе садкового хозяйства и в контрольной зоне.
- Определяют конкретные показатели исследуемых химических компонентов, среди них - содержание легкоокисляемой органики (ПО), лабильной органики (БПК5), общего и минерального фосфора (Робщ и Рмин), соединений азота (NH4, NO2, NO3).
- Дополнительно, во всех пробах определяют численность и биомассу фитопланктона, зоопланктона и бентоса.
- Вычисляют соотношения между количественными показателями исследуемых химических компонентов в садковом хозяйстве и в контрольной зоне.
- Вычисляют соотношения между количественными показателями биоты в садковом хозяйстве и в контрольной зоне.
- Создают эталонную таблицу диапазонов вычисленных химических показателей соотношений компонентов водной экосистемы, в которой отражены пределы разброса содержания легкоокисляемой органики (ПО), лабильной органики (БПК5), общего и минерального фосфора (Робщ и Рмин), соединений азота (NH4, NO2, NO3) для каждого из состояний многокомпонентного антропогенного воздействия на водную экосистему: «опасно», «наличие воздействия», «норма», «слабое воздействие», «среднее воздействие».
- Вносят в созданную эталонную таблицу диапазонов соотношений химических компонентов водной экосистемы строки с соотношениями численности и биомассы фитопланктона, зоопланктона и бентоса.
- Сравнивая вычисленные соотношения с диапазонами идентичных соотношений как химических компонентов, так и количественных показателей биоты в эталонной таблице, определяют степень воздействия садковой аквакультуры (источника загрязнения) на состояние водной экосистемы.
Диапазоны оценки степени влияния садковых хозяйств в эталонной таблице установлены на результатах многочисленных экспериментов, выполненных с разновозрастными рыбами и с дафниями, а также на материалах изучения состояния водной среды и ее биоты в различных озерах многокомпонентного антропогенного фактора.
В диапазоне «норма» (0.8-1.3) качество водной среды не оказывает отрицательного влияния на жизнедеятельность гидробионтов. Водная экосистема функционирует в обычном режиме.
При отклонении величины индекса от нормы до 30% (0.5-0.8 и 1.3-1.8) происходят нестойкие количественные изменения в осуществлении физиологических функций организмов (ритма и интенсивности дыхания, сердечного ритма, поведенческих реакций и т.д.). Водная экосистема функционирует в пределах нормы. Возможны незначительные отклонения отдельных компонентов системы (слабое воздействие).
При увеличении объемов продуктов метаболизма выращиваемых рыб и остатков корма увеличивается антропогенное воздействие (1.8-2.3) и происходят значительные изменения в состоянии водной экосистемы, которые проявляются в изменении некоторых гидрохимических показателей (соединений азота, фосфора и других элементов), в усилении воздействия на осуществление процессов жизнедеятельности гидробионтов (нарушения в воспроизводительной системе, размерно-весовых показателях и т.д.) и даже в изменении количественных и качественных показателей видовой структуры. Однако эти изменения еще обратимы и при снижении антропогенной нагрузки восстанавливается нормальное функционирование всей системы.
При сильном воздействии источника загрязнения (<0.5 и >2.3), чаще всего происходящего при нарушении технологии производства рыбной продукции как в отдельных организмах, так и в экосистеме в целом возникают существенные, чаще всего необратимые изменения. Экосистема переходит на другой уровень функционирования, может даже изменяться трофность водоема.
Сопоставляя вычисленные соотношения гидрохимического режима и биоты в районе конкретного садкового хозяйства с дипазонами показателей основных компонентов в эталонной таблице определяется степень воздействия источника загрязнения на водную среду и ее биологические показатели, то есть на функционирование водной экосистемы в целом.
Если сопоставление соотношений в эталонной таблице показывает отсутствие воздействия, то имеется возможность увеличения объемов производства рыбной продукции (водная экосистема функционирует нормально). Если же при сопоставлении выявляется наличие воздействия, то в зависимости от его уровня своевременно должны приниматься соответствующие меры (изменение технологии производства, замена используемых кормов, снижение объемов выращивания рыбы) вплоть до закрытия хозяйства «опасно»).
Таким образом, использование результатов предлагаемого изобретения обеспечивает повышение достоверности результатов и оперативность принятия решений по своевременному изменению уровня воздействия садкового хозяйства на функционирование водной экосистемы.
Пример. Оценивался уровень воздействия садкового хозяйства в Кондопожской губе Онежского озера. Исследуемые компоненты проб воды на поверхности и в придонных ее слоях, а также фитопланктона, зоопланктона и бентоса отбирались непосредственно в зоне садкового хозяйства (в центре, между садками). Глубина водоема в районе отбора проб 14 м. Контрольные пробы воды и ее биоты аналогичного состава отбирались в районе глубиной 13 м, расположенном на расстоянии 500 м от садкового хозяйства. Отобранные пробы по предлагаемому способу оценки уровня воздействия по стандартным методикам обрабатывались в лаборатории экологических проблем Севера Петрозаводского государственного университета. Результаты выполненных исследований (в абсолютных показателях) в 2004 и в 2010 годах приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Абсолютные показатели динамики исследованных показателей водной среды и ее биоты в летний период 2004 и 2010 годов | ||||
| Показатели | 2004 год | 2010 год | ||
| Контроль | Зона садков | Контроль | Зона садков | |
| ПО мгО/л | 12.6/12.8 | 13.1/12.5 | 16.0/15.7 | 14.5/16.4 |
| БПК5 мгO2/л | 1.71/1.46 | 1.77/1.72 | 1.01/1.03 | 0.91/1.68 |
| NH4 мгN/л | 0.19/0.13 | 0.19/0.16 | 0.30/0.33 | 0.32/0.26 |
| NO2 мгN/л | 0.003/0.004 | 0.004/0.005 | 0.004/0.002 | 0.003/0.003 |
| NO3 мгN/л | 0.15/0.18 | 0.17/0.18 | 0.11/0.12 | 0.18/0.20 |
| Рмин мгР/л | 0.004/0.007 | 0.007/0.007 | 0.012/0.017 | 0.016/0.014 |
| Робщ мгN/Л | 0.014/0.014 | 0.016/0.016 | 0.018/0.019 | 0.022/0.029 |
| Фитопланктон: | ||||
| - численность, тыс. кл./л | 158 | 86 | 2540 | 4290 |
| - биомасса, г/м3, | 0.326 | 0.120 | 3.01 | 5.53 |
| Зоопланктон: | ||||
| - численность, тыс.экз./м3 | 84.2 | 66.1 | 71.11 | 47.01 |
| - биомасса, г/м3 | 1.47 | 1.65 | 0.32 | 0.24 |
| Бентос: | ||||
| - численность, экз./м2 | 280 | 160 | 385 | 0.89 |
| - биомасса, г/м2 | 1.12 | 0.60 | 264 | 0.49 |
| Примечание: для химических показателей: числитель - поверхность, знаменатель - дно |
При наличии абсолютных показателей путем деления результата контроля на аналогичный показатель в районе садкового хозяйства получаем величину соотношения (индекса), которую вносим в соответствующий раздел эталонной таблицы. Полученные результаты приведены в таблицах 2 и 3.
Исследования 2004 года по оценке уровня воздействия садкового хозяйства показали наличие слабого воздействия на содержание нитритов и минерального фосфора, выразившиеся в снижении их концентраций в воде. Одновременно отмечено слабое воздействие на количественные показатели фитопланктона и бентоса, обеспечившее увеличение их численности и биомассы. Выявленное разнонаправленное слабое воздействие хозяйства на химические и биологические показатели экосистемы Кондопожской губы характеризуют ее высокую устойчивость в условиях функционирования садкового хозяйства.
Комплексные исследования 2010 года показали некоторое усиление воздействия садкового хозяйства на водную экосистему Кондопожской губы в районе их функционирования. Наряду с низким содержанием фосфора сократилось количество лабильных органических веществ (БПК5). При этом значительно увеличилось количество нитритов, что является показателем замедления процесса нитрификации. Одновременно сократилось количество и уменьшилась биомасса фитопланктона. В тоже время возросли численность и биомасса зоопланктона и донных организмов (бентоса). Особенно увеличилась биомасса бентоса в зоне садкового хозяйства.
В таблице 4 приведен пример эталонной таблицы диапазонов индексов основных компонентов водной экосистемы и количественных показателей биоты водной среды, характеризующих степень многокомпонентного антропогенного воздействия на водную среду и водную экосистему в целом, в которую внесены результаты, полученные при изучении воздействия форелевого хозяйства в Лахтинской губе Онежского озера.
Диапазоны оценки степени многокомпонентного антропогенного влияния установлены на результатах многочисленных экспериментов, выполненных с рыбами и с дафниями, а также на материалах изучения состояния водной среды и ее биоты в малых озерах.
В диапазоне «норма» (0.8-1.3) качество водной среды не оказывает отрицательного влияния на процессы жизнедеятельности организмов. Водная экосистема функционирует в обычном режиме.
При отклонении величины индекса от нормы до 30% (0.5-0.8 и 1.3-1.8) происходят нестойкие количественные изменения в осуществлении физиологических функций организмов (ритма и интенсивности дыхания, сердечного ритма, поведенческих реакций и т.д.). Водная же экосистема продолжает функционировать в пределах нормы.
| Таблица 4 | ||||||
| Индексы соотношения показателей основных компонентов водной экосистемы «садки - контрольная зона» (летний период, поверхность/дно, 2004 - 2007) | ||||||
| Компоненты водной экосистемы | <0.5 Опасно | 0.5-0.8 Наличие воздействия | 0.8-1.3 Норма | 1.3-1.8 Слабое воздействие | 1.8-2.3 Среднее воздействие | >2.3 Опасно |
| ПО | - | - | 1.08/1.08 | - | - | |
| БПК5 | - | - | 1.07/ | /1.41 | - | - |
| NH4 | - | - | 1.10/0.99 | - | - | |
| NO3 | - | - | 1.09/1.06 | - | - | |
| Рмин | - | - | 1.17/ | /1.70 | - | - |
| Робщ | - | - | - | 1.31/1.60 | - | - |
| Фитопланктон: | ||||||
| - численность | - | - | 1.14 | - | - | - |
| - биомасса | - | - | 0.81 | - | - | - |
| Зоопланктон: | ||||||
| - численность | - | - | - | 1.40 | - | - |
| - биомасса | - | - | 0.96 | - | - | - |
| Бентос: | ||||||
| - численность | - | 0.56 | - | - | - | - |
| - биомасса | - | 0.68 | - | - | - | - |
При дальнейшем усилении антропогенного воздействия (1.8-2.3) происходят более значительные изменения в состоянии водной среды, которые проявляются в более сильных воздействиях на осуществление процессов жизнедеятельности организмов (нарушения в воспроизводительной системе, размерно-весовых показателях и т.д.) и экосистемы в целом (количественные и качественные изменения видовой структуры). Однако эти изменения еще обратимы и при снижении антропогенной нагрузки восстанавливается нормальное состояние всей системы.
При сильном воздействии источника загрязнения (<0.5 и >2.3) как в отдельных организмах, так и в экосистеме в целом происходят существенные и чаще всего необратимые изменения. Экосистема переходит на другой уровень функционирования.
При сопоставлении вычисленных индексов конкретного садкового хозяйства с диапазонами индексов основных компонентов в эталонной таблице определяют степень воздействия источника загрязнения на водную среду и ее биоту, т.е. на функционирование водной экосистемы и ее отдельных компонентов.
Если сопоставление показывает отсутствие воздействия, то имеется возможность увеличения объемов производства рыбной продукции. Если же при сопоставлении выявляется наличие воздействия, то в зависимости от его уровня своевременно должны приниматься соответствующие меры для его устранения (изменение технологии производства, замена используемых кормов, снижение объемов выращивания рыбы и так далее). Таким образом, обеспечивается повышение достоверности результатов и оперативности принятия решений по своевременному изменению антропогенного воздействия на водную экосистему.
Способ оценки влияния садковой аквакультуры на состояние водной экосистемы, включающий отбор проб непосредственно в районе функционирования садкового хозяйства и в контрольной зоне, выявление содержания химических соединений в пробах и определение по ним основных количественных показателей компонентов водной экосистемы, отличающийся тем, что в пробах из контрольной зоны и из района функционирования садкового хозяйства дополнительно определяют количественные показатели биоты - численность и биомассу фитопланктона, зоопланктона и бентоса, вычисляют соотношения между количественными показателями биоты в районе садков и в контрольной зоне, создают эталонную таблицу диапазонов вычисленных химических показателей соотношений компонентов водной экосистемы, добавляя в нее строки с соотношениями количественных показателей биоты и сравнивая вычисленные соотношения с диапазонами идентичных соотношений в эталонной таблице определяют степень воздействия садкового хозяйства на состояние водной экосистемы.
