Ихтиопланктон Черного моря как индикатор экологического состояния шельфовых вод Украины

Актуальность проблемы. В последние десятилетия XX века строительство гидротехнических сооружении, зарегулирование стока рек, интенсификация сельскохозяйственного и промышленного производства, рост портовых и курортных городов и увеличение морских грузоперевозок, дампинг грунтов и льяльных вод, добыча биоресурсов и полезных ископаемых, вселение новых видов гидробионтов и прочие факторы антропогенной нагрузки привели к деградации экосистем шельфа Черного моря. Загрязнение токсическими веществами и биогенными элементами вызвали эвтрофирование значительной акватории шельфа, заморные явления в придонных горизонтах, деградацию бентосных биоценозов и нарушение структуры планктонных сообществ, в состав которых входят и планктонные стадии развития рыб. Значительные изменения произошли и в ихтиофауне. Исчезновение в 70-х годах крупных хищников, таких как крупная ставрида, атлантическая скумбрия, пеламида, луфарь и др. привело к вспышке численности мелких короткоцикличных видов, таких как хамса и шпрот, которые наряду с мелкой ставридой и мерлангом стали составлять основную долю возросшего рыбного промысла. В конце 80 годов начали падать уловы теплолюбивых пелагофильных видов — хамсы и мелкой ставриды, чьи икра и личинки составляли основную долю летнего ихтиопланктона в открытых водах черноморского шельфа (Замбриборщ, 1985; Расс, 1987; Зайцев, 1992, 2002; Чащин, 1992; Ковалев, Мельников и др, 1993; Золотарев, 1994; Цехон-Луканина и др. 1995; Ковалев, Островская и др., 1993, и др.). Анализу причин негативных изменений в экосистеме шельфа Черного моря в последние десятилетия XX века были посвящены многочисленные исследования как отечественных, так и зарубежных ученых (Зайцев, 1992, 2002; Расс, 2001; Prodanov, Moncheva et al., 2001; Gucu, 2002 и др.). Большое внимание было уделено и ихтиопланктонным исследованиям (Гордина, Климова, 1993, 1996; Климова, 1991, 1998, 2001, 2004; Kideys, Gordina, et al.,.

1998,1999; Gordina, Pavlova, Ovsyany et al., 2000, 2001; Павлова, Гордина, и др., 2002). Поскольку ранние стадии развития рыб отличаются повышенной чувствительностью к изменениям как природных, так и антропогенных факторов среды, а размножение, эмбриональное и постэмбриональное развитие большинства видов рыб Черного ограничено акваторией шельфа, изучение состояния ихтиопланктонных сообществ в шельфовых водах позволяет не только проследить за воспроизводством природных популяций рыб в различных по степени антропогенного воздействия участках шельфа, оценить ущерб, нанесенный ихтиофауне, прогнозировать будущие уловы промысловых видов рыб, но и судить об экологическом состоянии шельфа в целом. Поэтому анализ многолетних ихтиопланктонных исследований с 1986 по 2003 гг., проведенных нами в открытых и прибрежных водах шельфа Украины, в том числе в зонах «экологического риска» в летний период является особенно актуальными.

Степень научной разработанности проблемы. Данные по видовому разнообразию, численности, пространственному и вертикальному распределению ихтиопланктона широко используются при оценке и прогнозировании рыбных ресурсов, нерестовых запасов и численности поколений популяций рыб. Кроме того, благодаря повышенной чувствительности рыб на ранних стадиях онтогенеза к воздействию разного рода биотических и абиотических факторов, видовое разнообразие, численность и выживание икры и личинок рыб могут использоваться при оценке экологического состояния изучаемой акватории в целом.

Ихтиопланктонные исследования на Черном море были начаты в 1927 году В. А. Водяницким (1930). Результаты этих исследований дали возможность не только получить представление о размножении и эмбриональном развитии рыб Черного моря, но и решить ряд теоретических проблем, в частности выдвинуть оригинальную гипотезу о происхождении черноморской ихтиофауны (Водяницкий, 1930, 1951).

В 1954 г. В. А. Водяницким и И. И Казановой (1954) был опубликован определитель пелагических икры и личинок рыб, где были описаны этапы эмбрионального и постэмбрионального развития 20 видов рыб Черного моря, который является чрезвычайно полезным для ихтиопланктонистов и в настоящее время. В дальнейшем ихтиопланктонные исследования в Черном море были продолжены сотрудниками Новороссийской, Севастопольской, Карадагской и Одесской биологических станций, а также научно-исследовательских институтов ВНИРО, АзЧерНИРО и АзНИИРХ. Ими были изучены видовой состав, численность, вертикальное и пространственное распределение, эмбриональное и постэмбриональное развитие, трофические связи, вопросы экологии и способы размножения черноморских рыб, которые в онтогенезе проходят как одну так и две планктонные фазы жизни (Косякина, 1936, 1938; Малятский, 1938, 1940; Пробатов, Москвин, 1940; Москвин, 1940; Пчелина, 1936, 1940; Виноградов, 1948, 1949, 1950; Дехник, 1950; Дехник, Павловская, 1950; Смирнов, 1950, 1951, 1959; Павловская, 1950, 1954, 1955; Дука, 1959; Зайцев, 1959; Овен, 1959; Ревина, 1958 и др.). Проблемы размножения черноморских рыб и особенности количественного распределения ихтиопланктона у западного и южного побережья Черного моря изучали ученые Болгарии, Румынии и Турции (Demir, 1958, 1961; Георгиев, Александрова, Николов, 1960, 1963; Evnarsson., Gurturk, 1960; Александрова, 1961, 1964; Miller, 1965; Георгиев, 1966, 1964 и др.).

В 60-е годы на базе Севастопольской, Карадагской и Одесской биологических станций в Севастополе был образован Институт биологии южных морей АН УССР, что позволило привлечь к изучению ихтиопланктона молодых ученых и значительно расширить исследования. В институте под руководством Т. В. Дехник была образована лаборатория ихтиопланктона. В 6070-е годы сотрудниками института были продолжены исследования видового состава, численности, вертикального и пространственного распределения ихтиопланктона, изучен суточный ритм размножения, сезонные, годовые изменения. Наряду с традиционными исследованиями ихтиопланктона большое внимание было уделено изучению особенностей питания личинок рыб. Были изучены качественный спектр питания личинок и молоди различных видов рыб, определен суточный ритм потребления пищи, рассчитаны индексы наполнения кишечников (Калинина, 1963; Ревина, 1964; Липская, 1964; Синюкова, 1964, 1973; Дука, 1964, 1966, 1971; Дука, Синюкова, 1970; Дука, Гордина, 1971; Дехник, Павловская, 1979 и др.).

В 1973 г. вышла монография Т. В. Дехник (1973) «Ихтиопланктон Черного моря», в которой она обобщила многолетние ихтиопланктонные исследования в Черном море. В Одесском отделении ИнБЮМ благодаря оригинальной методике сбора планктона, предложенной Ю. П. Зайцевым, был изучен ихтиопланктон в поверхностном (гипонейстонном) слое воды в море, где, как считалось ранее, жизнь гидробионтов невозможна из-за высокой солнечной радиации (Зайцев, 1964, 1970, 1977).

В 1970;х годах в связи с увеличением рыбного промысла широкое развитие получил количественный учет ихтиопланктона для оценки рыбных ресурсов и численности нерестовых популяций промысловых видов рыб. Задачи определения нерестовых запасов промысловых рыб Черного моря с помощью ихтиопланктонных съемок успешно решались учеными ВНИРО и АзЧерНИРО (Дехник, Серебряков, Соин, 1985; Дехник, 1985; Лисовенко, Андрианов, 1991, 1997; Архипов, 1993). Использование комплекса ихтиопланктонных, гидроакустических, спутниковых и гидрологических исследований, позволило усовершенствовать метод учета пространственного и вертикального распределения икры и личинок рыб. Кроме того, оно позволило выявить связь скоплений ихтиопланктона с термодинамической структурой вод. Благодаря использованию нового комплексного метода появилась возможность оценки нерестовых скоплений рыб даже в олиготрофных районах моря (Артемов, 1990; Артемов, Гордина, 1991; Гордина, Субботин, Климова, 1991; Гордина, Субботин, 1991; Субботин, Гордина, Ковалев, 1996).

Большое внимание уделялось изучению причин колебания численности и выживания икры и личинок рыб. Было доказано, что если выживание икры в основном зависит от комплексного воздействия окружающей среды, биологического состояния стада и качества половых продуктов, то выживание личинок — от температуры воды в море и наличия хищников (Дехник, Павловская, 1979). Максимальная гибель икры происходила на первых двух этапах развития в основном в результате «мгновенной коагуляции» при штормовой погоде (Ревина, 1958; Зайцев, 1959; Дука, 1964; Липская, 1964; Дехник, Дука, Калинина, 1970; Дука, Синюкова 1970; Костюченко, 1973; Калинина, 1975; Дехник, Синюкова, 1976; Дехник, Дубровин, 1974; Дехник, Павловская, 1979 и др.). На основании многолетних исследований В. И. Синюкова и Т. В. Дехник (Синюкова, 1969, 1973; Дехник, Синюкова, 1976) пришли к выводу, что пищевой фактор в Черном море не лимитирует выживание рыб. В отличие от них, В. Е. Заика и Н. А. Островская (Заика, Островская, 1972) считали пищевой фактор первостепенным в выживании личинок рыб в Черном море. О важной роли пищевого фактора в выживании личинок рыб в Черном море писала и P.M. Павловская (1958, 1963).

Увеличение антропогенной нагрузки на шельфе Черного моря уже в конце 60-х годов привело к нарушению биологического равновесия в экосистеме шельфа Черного моря (Зайцев, 1977, 1992, 2002; Расс, 1987, 2001; Золотарев, 1994; Михайлова, 1988, 1992; Aleksandrova, Bronfman 1992; Bologa, 1992; Bologa, Bodeanu, et al. 1992; Петров, Алемов, 1993; Золотарев, 1994 и др.). Появилось новое токсикологическое направление, которое получило наиболее широкое развитие в последние десятилетия XX века. Как отечественными, так и зарубежными учеными изучалось влияние различных антропогенных факторов на видовое разнообразие, численность и выживание икры и личинок рыб (Костюченко, 1983, 1976; Westernhagen, Dethlefsen, Cameron et al., 1988; Westernhagen, 1988; Westernhagen, Cameron, Dethlefsen et al., 1989; Polikarpov, Zaitsev, 1991; Климова, 1991; Cameron, Berg, Dethlefsen, Westernhagen, 1992; Миронов, Гордина, и др., 1993; Винникова, 1994; Климова, 1991; Севрикова, Гордина, Климова 1991, 2001; Cameron, Berg, 1992; Aleksandrova, Brofman, 1992; Leppakoski, Michea, 1996 и др.).

В шельфовых водах Черного моря основными источниками антропогенного загрязнения являются дампинг антропогенно загрязненных грунтов и нефтяное загрязнение. Сброс отходов с целью их захоронения (дампинг) составляет около 10% всех загрязняющих веществ, поступающих в мировой океан, около 80% общего объема отходов составляют грунты (Севрикова, Болдырев и др., 1986, 1987). Проблема экологических последствий дампинга в последние десятилетия XX века стала первоочередной для гидрологических, гидрохимических и гидробиологических исследований ученых всех приморских государств. Было доказано, что сброс продуктов дноуглубления оказывает больший токсикологических эффект на сопредельную акваторию, чем прочие антропогенные загрязнители (Рябинин, Севрикова, Солдатова и др., 1986; Севрикова, Болдырев, и др. 1986, 1987; Фесчук, Самышев и др. 1991; Зайцев, 1992, 2002; Colizza, Fontolan et al., 1996; Ling, Soong et al., 1996; Hunt, Pabst, 1996; Redford, Ruhsam, 1996). В результате гидробиологических исследований в районах дампинга грунтов был сделан вывод, что негативное влияние дампинга на планктонные организмы проявляется в основном только непосредственно в момент сброса. Основное внимание было уделено бентосным биоценозам, чья деградация наблюдалась независимо от происхождения продуктов сброса и частоты эксплуатации свалки (Михайлова, 1988, 1992; Bologa, Bodeanu et al., 1992; Ismail, 1992; Khan, Gurwood, 1995; He,-Minghai, 1995; Minghai, 1095- Ruhsam, 1996; Chapman, Paine et al., 1996). Влияние различных токсических веществ на выживание икры и личинок рыб в основном изучалось в лабораторных условиях. Основное внимание было уделено изучению пороговых концентраций различных загрязнителей. Было показано, что из всех видов загрязнителей, поступающих в открытые воды шельфовой зоны Черного моря, наибольший токсикологический эффект на ранние стадии онтогенеза рыб оказывают хлорорганические соединения, соли тяжелых металлов и нефтяные углеводороды. Начало зоны токсичности для них находится в диапазоне 10″ - 10″ мг/л (Мазманиди, Бежанишвили, Котов, 1975; Патин 1979; Куллин, 1981; Мазманиди, 1987; Миронов, Гордина и др.,.

1992, 1993). Соединяясь с хлорорганическими загрязнителями нефтепродукты повышают их токсическое воздействие на гидробионты. В районах дампинга наблюдались повышенные концентрации хлорорганических соединений, полихлор-бифенилов, солей тяжелых металлов и нефтяных углеводородов (Рябинин, Севрикова и др., 1986; Шлыги, 1986; Севрикова, Болдырев и др. 1986, 1987). В то же время, в связи с оригинальностью геологического строения, гидрохимического и гидрологического режима Черного моря, нерест и нагул большинства черноморских рыб происходят в шельфовой зоне, где расположены большинство точек сброса грунтов (Филиппов, 1968; Водяницкий, 1930, 1951; Дехник, 1973, 1979; Севрикова, Болдырев и др., 1986, 1987; Зайцев, 1992). Однако негативному влиянию дампинга грунтов на планктонные стадии развития рыб было уделено недостаточно внимания. В северо-западной части Черного моря изучением антропогенного загрязнения, в том числе дампинга грунтов на видовой состав и численность ихтиопланктона занималась только М. А. Винникова (1969, 1988, 1994). Она показала, что в районах, подверженных антропогенному загрязнению (речной сток, забор песка, свалка грунтов) наблюдается снижение численности и видового разнообразия икры и личинок рыб. Наиболее широко ихтиопланктон в районах свалок грунтов изучался сотрудниками ИнБЮМ НАНУ. В период с 1988 по 1991 гг., совместно с учеными Севастопольского Морского отделения Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического института были исследованы районы свалок шельфа Украины от Керченского пролива до устья реки Дунай (Севрикова, Гордина, Климова и др. 1991; Климова, 1991, 2001, 2002;). Было выявлено негативное влияние дампинга грунтов на видовой состав и численность икры и личинок рыб как в эксплуатационный, так и в после эксплуатационный периоды.

В связи с увеличением объема нефтеперевозок, добычи нефти на шельфе морей и океанов, росту портовых городов в последние десятилетия XX века резко возросло нефтяное загрязнение. Особенно сильно подвержены нефтяному загрязнению водоемы с ограниченным водообменом, каковыми являются внутренние моря (Миронов, 1973, 1999; Рябчиков, 1974; Союзов, Христенко, 1975; Butler, 1975; Нельсон-Смит, 1977; Патин 1979; Куллин, 1981; Lepakoski, Mihnea, 1996 и др.). Плавучая икра и личинки рыб разносятся течениями на большие акватории и неизбежно оказываются в районах с разной степенью загрязненности различными токсикантами, в том числе и нефтепродуктами. Воздействие нефтепродуктов на выживание икры и личинок рыб изучалось в основном в лабораторных условиях. Было отмечено, что ранние стадии развития рыб в 10−100 раз чувствительнее взрослых особей. Воздействие нефти на икру рыб вызывает аномалии в эмбриональном развитии (деформация и помутнение оболочки икринок, сжатие желтка, искривление хорды, недоразвитие головы эмбриона и др.), что приводит к гибели личинок сразу после выклева из икры. Для нормальной жизнедеятельности ихтиопланктонных организмов концентрация нефтепродуктов в воде не должна превышать для разных видов 0,0001−0,1 мл/л. Наиболее чувствительными к нефтяному загрязнению оказались икра и личинки пелагофильных видов рыб. Икра и личинки рыб, откладывающих демерсальную икру, выдерживали более высокие концентрации нефтепродуктов (Патин 1979; Куллин, 1981; Мазманиди, Бежанишвили, Котов, 1975; Мазманиди, 1987; Миронов, Гордина, Руднева, Гавенаускайте, 1992, 1993). Влияние нефтепродуктов на ихтиопланктонные организмы в природных условиях изучалось Л. П. Костюченко (1973), Дж. Куллином (1981), X. Вестернхагеном (Westernhagen, 1988). В последнее время основное поступление нефтепродуктов в море идет за счет промывания нефтяных танков. Так, по данным A.M. Рябчикова (1974), ежегодно смывается до 3,5−4,0 млн. т. нефти и парафинов. Поэтому результаты исследования влияния сброса промывочных (льяльных) вод на икру и личинок рыб, представленные автором, являются особенно актуальными.

Изменение гидрологического и гидрохимического режима в шельфовых водах Черного моря вызвали эвтрофикацию в мелководной северо-западной его части, что привело к увеличению численности микрои мезозоопланктона и как следствие увеличению численности и биомассы их потребителя — желетелого макрозоопланктона (Зайцев, 1977, 1992; Ковалев, 1993; Островская, Скрябин, Загородняя, 1993; Ковалев, Мельников и др. 1993; Konsulov, Kamburska, 1997; Расс, 2001). Если в период с конца 40-х по начало 70-х годов XX века биомасса желетелого макрозоопланктона составляла в среднем 640 тыс. т. и ее колебание в основном соответствовало изменениям гидрометеорологических условий, то в 80-х годах она составляла 239−450 млн. т (Миронов, 1971; Ковалев, Мельников и др., 1993; Mutlu, Bingel et.al., 1994). Основную долю возросшей биомассы желетелого макрозоопланктона составляла медуза Aurelia aurita, которая как и ихтиопланктон, обитает в верхнем 30-метровом слое воды. Медуза аурелия является хищником, поедающим ихтиопланктонные организмы и конкурентом в питании личинок, молоди и взрослых пелагофильных рыб (Аннинский, 1989; Ковалев, Мельников и др., 1993 и др.). В конце 80-х годов в Черном море в массовых количествах появился новый вид желетелых — гребневик Mnemiopsis leidyi. Подобно медузе аурелии, он обитает в верхнем 30-и метровом слое моря и также является хищником-планктофагом и конкурентом в питании личинок рыб (Мединец, 1994; Цихон-Луканина Резниченко, Лукашева, 1995; Ковалев, Мельников и др., 1993; Khorochilov, 1993; Mutlu, Bingel, Gucil et al, 1994; Shiganova, Niermann, Gucu et al., 1998; Шиганова, 2000). Увеличение биомассы желетелого макрозоопланктона сопровождалось снижением биомассы микрозоопланктона, которым питаются и личинки рыб (Цихон-Луканиа, Резниченко, Лукашева 1995; Зайцев, 1992; Ковалев, Мельников и др., 1993; Ковалев, 1993; Ковалев, Островская и др., 1996 и др). По данным А. В. Ткач (1993, 1996, 2002), в период массового развития гребневика мнемиопсиса с 1990 по 1998 гг. в летнем ихтиопланктоне личинки бычков и собачек с полными кишечниками составляли от 30 до 55%, а хамсы — от 0 до 10%, в то время как в 60−70-х годах XX века, по данным Т. В. Дехник и В. И. Синюковой (1976), личинки с пустыми кишечниками в светлое время суток практически не встречались. Таким образом, если в 60−70-х годах XX в., по мнению Т. В. Дехник и В. И. Синюковой (1976, 1979), пищевой фактор не лимитировал выживание личинок рыб в Черном море, то в 90-х годах состояние кормовой базы стало определяющим фактором для выживания личинок рыб. Значительные изменения произошли и в ихтиофауне. Рост биомассы зоопланктона и прекращение заходов на нерест и нагул крупных средиземноморских хищников: скумбрии, пеламиды и луфаря, привели к увеличению численности мелких короткоцикличных видов рыб — хамсы, шпрота и мерланга (Фортунатова, 1961; Замбриборщ, 1985; Зайцев, 1992; Расс, 1987, 2000; Zaitsev, Alexandrov, 1998; Gocu, 2002). С начала 80-х годов основными объектами рыбного промысла в Черном море стали хамса и ставрида, икра и личинки которых доминировали в летнем ихтиопланктоне как в шельфовых водах, так и в открытом море (FAO, 1988; Зайцев, 1992; Шляхов, Чащин, Коркош, 1990; Чащин, 1992; Mutlu, Bingel, Gucil et al, 1994; Shiganova, Niermann, Gucu et al., 1998; Pacc, 2001; Gucu, 2002; Bilio and Niermann, 2004;). Увеличение уловов хамсы и ставриды не могло не отразиться на нерестовых запасах, и следовательно на численности их икры и личинок в море (Архипов, Ровнина 1990; Гордина, Климова, 1993, 1996; Климова, 1998, 2004; Gordina, Niemann et al., 1998; Kideys, Gordina, et al. 1999; Gucu, 2002). Однако, как показали ихтиопланктонные исследования, снизилась численность икры и личинок не только промысловых видов, но произошла деградация ихтиопланктонных сообществ в целом на всем черноморском шельфе. Поэтому исследования ихтиопланктонистов, посвященные изменениям в ихтиопланктонных сообществах в последние десятилетия XX века приобрели особую актуальность (Гордина, Климова, 1993, 1996; Климова, 1998, 2004; Konsulov, Kamburska, 1997; Gordina, Niemann et al., 1998; Kideys, Gordina, et al. 1999; Gordina, Pavlova et al., 2000, 2001; Павлова, Гордина и др., 2002 и др.).

Благодаря комплексным гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим исследованиям, проведенным в прибрежной акватории моря у Севастополя, были выделены основные факторы, оказывающие влияние на колебания видового разнообразия и численности гидробионтов (Гордина, Климова, 1993; Гордина, Ткач, Севрикова, 1999; Gordina, Pavlova, Ovsyany et all., 2000, 2001; Павлова, Гордина и др., 2002; Гордина, Цыцугина и др., 2004; Gordina, Zagorodniya et al., 2005; Климова, 2005 и др.).

В представленной работе автором сделана попытка: проанализировать многолетние ихтиопланктонные исследования, проведенные в 1986;2003 гг. в различных по степени антропогенного воздействия участках шельфовой зоны Черного моря, выделить и оценить степень негативного влияния различных природных и антропогенных факторов на ихтиопланктонные сообщества, показать, что икра и личинки рыб могут являться великолепным индикатором экологического состояния изучаемой акватории моря.

Диссертационная работа подготовлена в рамках плановых исследований отдела ихтиологии по госбюджетным темам:

1986;1991 гг. «Изучение биологии Черного моря в условиях антропогенного воздействия с целью совершенствования технологий рационального использования и охраны его ресурсов», № госрегистрации 0187.12 495.

1992;1995 гг. «Экологические проблемы формирования и функционирования нектонных сообществ в морях Черноморско-Средиземноморского бассейна и тропической зоны Атлантического и Индийского океанов. Оценка их состояния и разработка мер управления», № госрегистрации 01.9.10 56 174.

1996;1997 гг. «Сравнительное исследование ихтиоценов прибрежных зон с различной интенсивностью антропогенной нагрузки», № госрегистрации 0196U022103.

1998;2002 гг. «Структурно-функциональные основы биоразнообразия морских сообществ», № госрегистрации 0199U001388.

Автор участвовал в выполнении перечисленных тем в качестве исполнителя.

Цель и задачи работы.

Целью исследований являлось: изучение видовой структуры ихтиопланктона шельфа Украины как показателя экологического состояния окружающей среды.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить многолетнюю динамику видового состава и численности ихтиопланктона в открытых и прибрежных водах черноморского шельфа Украины в период с 1986 по 2003 гг.

2. Провести сравнительный анализ динамики численности и видового состава ихтиопланктона в различных по степени антропогенной нагрузки районах шельфа за 18-ти летний период исследований.

3. Изучить видовой состав и численность ихтиопланктона в зонах «экологического риска»: районах дампинга антропогенно загрязненных грунтов и льяльных вод, эксплуатации гидротехнических сооружений, акваторий портов и санаторно-курортных комплексов.

4. Дать оценку произошедшим изменениям в ихтиопланктонных комплексах и выделить основные факторы, оказавшие влияние на колебания видового разнообразия, численности и состояние икры и личинок рыб как в прибрежных, так и в открытых водах шельфа Украины.

Объект исследований — ихтиопланктон Черного моря.

Предмет исследований — видовая структура летнего ихтиопланктона шельфовых вод Украины.

Научная новизна полученных результатов.

Впервые обобщены многолетние данные по динамике видового состава и численности летнего ихтиопланктона с 1986 по 2003 гг. как в прибрежных, так и открытых участках шельфовых вод Черного моря от устья Дуная до Керченского предпроливного пространства.

Дан сравнительный анализ видового состава и численности ихтиопланктона в различных по степени антропогенной нагрузки районах шельфа Черного моря, в том числе зонах «экологического риска».

Проведен сравнительный анализ видового разнообразия и численности ихтиопланктона в районах дампинга грунтов в эксплутационный и послеэксплутационный периоды.

Выявлено негативное влияние сброса льяльных вод на видовое разнообразие и численность ихтиопланктона.

Выделены основные факторы, определяющие колебание видового состава и численности ихтиопланктона в различных по гидрологическому режиму и степени антропогенной нагрузки участках черноморского шельфа.

Практическая значимость.

Представленные соискателем данные по многолетней динамики видового состава и численности икры и личинок рыб позволяют дать оценку состоянию ихтиопланктона как одному из компонентов планктонного сообщества шельфовых вод Украины и судить о видовом составе и нерестовых запасах черноморских рыб в конце XX — начале XXI вв.

Рассчитан ущерб, наносимый ихтиофауне в результате разового сброса льяльных вод.

Определена степень негативного влияния отдельных биотических и абиотических факторов среды на эмбриональное и постэмбриональное развитие природных популяций рыб в период с 1986 по 2003 гг.

Доказано, что благодаря широкому распространению, доступности сбора, быстрой реакции на воздействие различного рода природных и антропогенных факторов окружающей среды, видовое разнообразие, численность и физиологическое состояние икры и личинок рыб могут служить хорошим индикатором экологической обстановки в исследуемой акватории.

Апробация диссертации.

Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях: IV Всесоюзн. конф. по раннему онтогенезу рыб (Мурманск, 1988) — III Всесоюзн. конф. По морской биологии (Севастополь, 1988) — II Всесоюз. конф. по рыбохозяйственной токсикологии, посвящ. 100-летию проблемы качества воды в России (С-Пб., 1991) — Всесоюз. конф. по гидромеханизированным работам и дампингу (Ростов-н/Д.-М., 1991) — II Межгос. конф. По проблемам изучения и рационального использования биологических ресурсов окраинных и внутренних морей СНГ (Ростов-н/Д., 1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 статей в научных журналах и монографиях и 5 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах и содержит 17 рисунков и 38 таблиц. Она состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (216 источников) и приложения.

ВЫВОДЫ.

1. В конце 80-х — начале 90-х годов XX столетия по всему шельфу Черного моря произошло катастрофическое снижение видового разнообразия и численности ихтиопланктона. Основными причинами явились: антропогенное загрязнение шельфовых вод через береговой и речной стокиэвтрофикация шельфовых вод, повлекшая изменение структуры планктонных сообществ (увеличение биомассы желетелого макрозоопланктона, в т. ч. гребневика Mnemyopsis leidy, — хищника и конкурента в питании личинок рыб, снижение биомассы и видового разнообразия кормовых зоопланктонных организмов) — дампинг грунтов и льяльных водстроительство и эксплуатация гидротехнических сооружений в районах нерестаразрушение нерестилищ донными тралениями и ножевым драгированием при добыче биоресурсовухудшение состояния половых продуктов производителейсокращение нерестовых запасов промысловых короткоцикличных видов рыб в результате увеличения их вылова в начале 80-х годов XX века.

2. Наиболее пострадала мелководная северо-западная часть Черного моря. По сравнению с 70-ми годами XX столетия количество видов икры и личинок рыб здесь сократилось в 7 раз. В начале 90-х годов икра и личинки рыб встречались только единичными экземплярами, а их численность составляла 2 соответственно 0,6 и 0,1 экз./м •.

3. В шельфовых водах района Крымского полуострова благодаря наличию динамически активных зон, где создавались благоприятные условия для нагула и нереста рыб, в состоянии ихтиопланктонных сообществ не наблюдалась столь катастрофическая ситуация, как на северо-западной части черноморского шельфа. В конце 80-х годов в динамически активных участках численность икры и личинок рыб на порядок превышала уровень среднего распределения. Однако, уже в 1990 г. видовой состав ихтиопланктона сократился втрое, а средняя численность икры и личинок упала соответственно в 6 и 10 раз.

4. В узкоприбрежной акватории моря у Севастополя (район бухты Круглой) так же как и в открытых водах шельфа Крымского полуострова, в начале 90-х годов XX столетия наблюдалась деградация ихтиопланктонных сообществ. Видовой состав ихтиопланктона сократился здесь вдвое (с 36 до 17 видов), а средняя численность икры и личинок рыб уменьшилась соответственно в 8 и 12 раз.

5. Наиболее подвержен негативному воздействию природных и антропогенных факторов ихтиопланктон в зонах «экологического риска» — в районах портов, акваторий бухт с замедленным водообменом, предустьевых участках, районах дампинга грунтов и льяльных вод.

6. Ограничение водообмена Севастопольской бухты с открытым морем в конце 70-х годов XX века уже в 1988 г. привело к снижению видового состава ихтиопланктона вдвое, а численности личинок рыб — в 40 раз. Основными обитателями бухты стали оседлые непромысловые виды из сем. Blenniidae, Gobiidae, Labridae. Комплекс одновременных ихтиопланктонных, зоопланктонных, гидрологических и гидрохимических исследований, проведенный в 1998;1999 гг., позволил установить, что для полузамкнутой акватории Севастопольской бухты в условиях долговременной и постоянной антропогенной нагрузки определяющим фактором состояния ихтиопланктонных сообществ является динамика вод.

7. Районы интенсивно эксплуатируемых свалок грунтов и льяльных вод непригодны для нормального эмбрионального и постэмбрионального развития рыб.

В предустьевых участках Днепра, Днестра и Дуная, где гидрохимический эффект дампинга усиливался за счет геохимического барьера, живые икра и личинки рыб в ихтиопланктонных пробах отсутствовали. В районах малоэксплуатируемых и уже закрытых свалок, эффект дампинга проявлялся в снижении видового разнообразия ихтиопланктона.

8. Сброс льяльных вод в шельфовых водах Черного моря приводит к снижению видового разнообразия и гибели икры и личинок рыб. В результате только разового сброса льяльных вод в разгар нерестового сезона возможна потеря до 14 тыс. экземпляров рыб, в т. ч. таких промысловых видов, как хамса, ставрида, султанка, луфарь и пр.

9. Увеличение видового разнообразия и численности ихтиопланктона в прибрежной акватории Севастополя в 1998;2003 гг. в полтора раза по сравнению с началом 1990;х годов, позволяет предположить о начале восстановления нерестовых популяций прибрежных видов рыб.

10. Высокая доля погибшей и аномально развивающейся икры (70,5%) и низкая средняя численность личинок рыб (8,4 экз./ЮО мЗ) в прибрежной акватории моря у Севастополя в период с 1998 по 2003 гг. свидетельствуют о все еще неблагоприятных условиях для эмбрионального и постэмбрионального развития рыб в этом районе.

3.3.

Заключение

.

Снижение количества видов и средней численности ихтиопланктонных организмов в районах свалок грунтов нельзя объяснить только негативным влиянием гидрохимических изменений в исследованных участках дампинга. В последние десятилетия XX века в результате увеличения антропогенной нагрузки на шельфе Черного моря наблюдалась деградация бентосных биоценозов, структуры планктонных сообществ, снижение численности и видового разнообразия ихтиофауны. Существенные изменения происходили и в ихтиопланктоне. Так количество видов ихтиопланктонных организмов на шельфе Черного моря к началу 90-х годов по сравнению с концом 80-х. снизилось в среднем в 3 раза, а средняя численность икры и личинок — на порядок.

Как показали исследования состояния ихтиопланктона в районах в разной степени эксплуатируемых свалок грунтов, загрязнение акватории различными продуктами дампинга оказывает значительное влияние на видовой состав и численность икры и личинок рыб. В зонах влияния наиболее интенсивно эксплуатируемых свалок северо-западной части Черного моря наблюдалась исключительно низкая численность ихтиопланктона, особенно в предустьевых участках, где влияние дампинга усиливалось за счет геохимического барьера.

Живая икра и личинки рыб здесь отсутствовали даже в июле — разгар нереста летненерестующих рыб. В районах малоэксплуатируемых и закрытых свалок (Евпаторийская, Феодосийская, Ялтинская) наблюдалась более благоприятная гидрохимическая ситуация для выживания ихтиопланктонных организмов.

Как известно обычный и наиболее серьезный эффект загрязнения проявляется в уменьшении видового разнообразия животного мира. В сообществах, подвергающихся стрессовым воздействиям видовое разнообразие обычно невелико (Одум, 1986). Наглядным примером является видовой состав ихтиопланктона районов свалок, в период эксплуатации и в послеэксплутационный период по сравнению с таковым на фоновых станциях. Так, если на эксплуатируемых свалках в июне 1989 г. количество видов ихтиопланктонных организмов был ниже, чем в среднем по району исследований в 2 — 24 раза, то в июне 1991 г. после закрытия свалоксоответственно в 1,7 — 2,5 раз. Об улучшении состояния ихтиопланктона после закрытия свалок свидетельствовали и показатели индексов видового богатства (Simpson, 1949). Так, если в 1989 г. индекс видового богатства в северозападной части Черного моря составлял 2.35, то в 1990 г. он возрос почти в 4 раза. В районе Крымского полуострова, где летом 1989 г. эксплуатировались всего две из четырех рассматриваемых свалок, индекс видового богатства составлял 17.13, а в 1990 г. после закрытия всех свалок грунтов индекс видового богатства возрос до 20,33.

Глава 4. Влияние сброса льяльных вод на ихтиопланктон шельфовых вод Черного моря.

Нефть поступает в моря и океаны как естественным путем из разрывов, трещин и разломов морского дна, что составляет натуральный фон, так и при неизбежных потерях нефтепродуктов при их транспортировке и добыче, то есть в результате антропогенного воздействия. Натуральный фон составляет около 0,2−1,0 млн. т, а в результате антропогенного воздействия в морскую среду поступает от 5 до 10 млн. т. нефти и нефтепродуктов. Причем, имеется тенденция к увеличению нефтяного загрязнения, так как с каждым годом растет объем нефтяных перевозок (Поликарпов, Егоров, Иванов, 1971; Миронов, 1973; Симонов, Орловский, Ющан, 1974; Рябчиков, 1974; Butler, 1975; Нельсон-Смит, 1977; Куллин, 1981;).

Нефть по химическому составу состоит из углеводородов в основном парафинового ряда, имеющих 18 и более атомов углерода. Эти углеводороды почти не растворяются в воде, из-за чего они не очень токсичны, хотя оказывают анестезирующее или наркотическое действие на гидробионтов. За четыре дня площадь разлитого нефтяного пятна увеличивается в 12 раз в диаметре (Нельсон-Смит, 1977). В первые 5−15 суток под воздействием температуры, влажности воздуха и силе ветра испаряется 1/3 массы нефти, в основном ее летучие фракции (ароматические углеводороды), растворимые компоненты выщелачиваются, а нелетучие фракции нефти эмульгируются и слипаются в агрегаты размерами способными противостоять действию воды. Нефтяные агрегаты окончательно формируются через 150−200 суток (Butler, 1975; Нельсон-Смит, 1977; Бенжицкий, 1980). Они состоят в основном из тяжелых нефтяных фракций, наличие в них компонентов с количеством атомов ниже 15 свидетельствует о том, что их формирование произошло в первые 5 -15 дней. Ароматические углеводороды, составляющие около 5% веса сырой нефти и до 20% очищенных нефтепродуктов, являются наиболее токсичными. Воздействие нефти на икру вызывает аномалии развития (деформация и помутнение оболочки икринок, сжатие желтка, искривление хорды, недоразвитие головы и т. д.), что приводит к 100% гибели личинок вскоре после выклева (Мазманиди, Бежанишвили, Котов, 1975; Миронов, Гордина, Руднева и др., 1992; Longwell, Chang, Herbert et all., 1992; Klupp, Westernhagen, 1995). Для нормальной жизнедеятельности пелагических икринок (карась, ставрида, хамса) концентрация нефти в воде не должна превышать 0,1 мл/л. При концентрации нефти превышающей 0,1 мл/л выклюнувшиеся личинки погибают в течение 2 суток (Мазманиди, Бежанишвили, Котов, 1975). Аналогичные предельно допустимые концентрации нефти (0,01−0,1 мг/л) для гидробионтов приводит и С. А. Патин (1979), отмечая повышенную уязвимость ранних стадий развития ракообразных, моллюсков и рыб. Дж. Куллин (1981) приводит ПДК нефтеуглеводородов для гидробионтов от 0,0001 до 0,05 мл/л, отмечая, что ранние стадии развития рыб в 10−100 раз чувствительнее взрослых особей. По данным Н. Д. Мазманиди (1975), воздействие нефтепродуктов на пелагическую икру камбалы-глоссы на стадии дробления вызывает ее гибель на 51−55%, а на стадии гаструляции — 67−78%. Было установлено, что пелагическая икра камбалы-глоссы более чувствительна к воздействию на нее нефтепродуктов, чем демерсальная икра смариды. Аналогичные результаты получены на икре ерша, зеленушки, хамсы, камбалы калкана. Установлено, что нефть, соляровое масло и мазут оказывали токсикологическое воздействие на икру ерша при концентрации от 0,1 до 0,001 мл./л. Наиболее токсичным было соляровое масло, при концентрации свыше 0,01 мл/л икра ерша погибала. Икра зеленушки без видимых патологических изменений развивалась при всех опытных концентраций нефти и мазута (6090% живых икринок), в соляровом масле 100% гибель наступала при концентрации 0,1 мл/л. Гибель икры хамсы при концентрации нефтепродуктов от 0,1 до 0,01 мл/л достигала 70−80%. При эксперименте с икрой камбалы калкана концентрации нефти 0,01−0,0001 мл/л уже оказывали токсический эффект. Гибель личинок камбалы калкана и хамсы наблюдалась при концентрации нефтепродуктов от 0,1 до 0,001 мл/л (100% гибель личинок наблюдалась при концентрации нефти 0,1 мл/л, а при более низких концентрациях процент погибших личинок составлял от 10 до 60%). Гибель личинок в опытных группах наступала без видимых патологических изменений значительно раньше, чем в контроле (Мазманиди, Бежанишвили, Котов, 1975). Исследование влияния тяжелых нефтяных фракций на икру желто-красной морской собачки показали, что как при прямом, так и непрямом контакте с нефтью в икре снижается активность каталазы более чем в 2,5 раза, пероксидазы — в 4 раза. Все личинки, выклюнувшиеся из икры при прямом контакте с нефтью, были нежизнеспособными (малоподвижные, желток сжат, с кровоизлияниями, сердце слабо пульсирующее). В опыте при не прямом контакте с нефтью только 30% личинок выклюнулись без выраженных аномалий в развитии (Миронов, Гордина, Руднева и др., 1992).

В настоящее время основное поступление нефтепродуктов в море идет за счет промывания нефтяных танков. Так, по данным A.M. Рябчикова (1974), ежегодно смывается до 3,5−4,0 млн. т. нефти и парафинов. В процессе очистных операций с применением системы LOT улавливается 80% нефтяных остатков, 20% сливается в море, что составляет ежегодно до 500 тыс. т. (Рябчиков, 1974; Симонов, Орловский, Ющан, 1974; Куллин, 1981). Плавучая икра и личинки рыб разносятся течениями на большие акватории и неизбежно оказываются в районах с разной степенью загрязненности различными токсикантами, в том числе и нефтепродуктами.

Мы проводили исследования по воздействию нефтяного загрязнения (льяльные воды) на ихтиопланктон при экспериментальном сбросе льяльных вод в районе мыса Херсонес 30 июня -2 июля 1988 г.

На траверзе мыса Херсонес над глубиной около 130 м находится точка дампинга. С 1990 г. официальные сбросы грунтов здесь не осуществлялись, но регулярно сливались льяльные (промывочные) воды с содержанием нефтепродуктов от 10 до 20 мг/л.

Район мыса Херсонес отличался неблагоприятной гидрохимической ситуацией. Уровень загрязнения нефтяными углеводородами в районе дампинга даже при отсутствии сбросов доходил до 10 ПДК. Льяльные воды сбрасывались практически ежедневно (Севрикова, Гордина, Климова и др., 1991). По данным Севастопольского Морского отделения Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического института, льяльные воды, кроме нефтеуглеводородов (в основном, в виде пленочной формы миграции, сорбированной на хлопьевидном кремние-органическом осадке), повышали в несколько раз мутность воды (до 30 мг/л), содержание полихлорвениловых бифенилов (до 43 нг./л) и фенолов (до 3 ПДК). Кроме того, возрастала концентрация аммонийного азота и соединений металлов. Содержание нефтеуглеводородов на глубине 100 м в районе дампинга в 2 раза превышало таковое на фоновых станциях (Севрикова, Гордина, Климова и др., 1991).

В ходе эксперимента было сброшено 500 м³ льяльных вод (обычный объем разового сброса). Сброс осуществлялся насосом непосредственно на поверхность моря без заглубления в толщу воды. Ввиду этого льяльные воды, имея меньший удельный вес по сравнению с морскими водами, распространялись на большой площади поверхности воды. Для получения фоновых характеристик в районе исследования были выполнены 3 ихтиопланктонные станции по разрезу от берега к точке дампинга над глубинами 20, 60−70 и 100 м и одна станция в точке дампинга до сброса льяльных вод. В нефтяном пятне была выполнена двухсуточная станция. Всего было собрано 27 ихтиопланктонных проб.

На фоновом разрезе над глубиной от 20 до 100 м были выполнены 2 горизонтальных поверхностных лова и 3 вертикальных лова от дна до поверхности. Ихтиопланктон был представлен 15 видами икры и личинок рыб: мерлангом, хамсой, ставридой, султанкой, каменным окунем, морским драконом, гребенчатым губаном, морским карасем, луфарем, ошибнем, звездочетом, собачками павой и длиннощупальцевой, троепером, зеленушкой и толсторылой присоской. Средняя численность икры колебалась от 12,4 до 136,8 экз./м, средняя численность личинок — от 1,2 до 8,2 экз./м (табл.4.1).

В точке дампинга до сброса льяльных вод были выполнены два горизонтальных поверхностных и 2 вертикальных лова. Ихтиопланктон так же как и на фоновых станциях, был представлен 15 видами икры и личинок рыб: хамсой, мерлангом, луфарем, ставридой, морским карасем, султанкой, каменным окунем, морским ершом, пеламидой, лапиной, бубырем малым, зеленушкой, морской мышкой, собачками красной и длиннощупальцевой. л.