Роль и особенности учета космогеофизических экологических факторов в рыбопромысловых технологиях

Актуальность темы

.

В настоящее время развитие рыбопромысловых технологий происходит в двух основных направлениях. Первое из них — традиционный промысел в естественных водоемах. Здесь постоянно совершенствуются методы и орудия лова, а также методы прогноза и поиска скоплений промысловых гидробионтов с учетом гидрофизических, гидрохимических и других экологических факторов. Второе направление — технологии аквакультуры, где обеспечивается выращивание наиболее перспективных видов гидробионтов в сравнительно короткие сроки. Здесь также учитываются в основном только гидрофизические и гидрохимические факторы, в частности, с целью создания наиболее комфортных условий существования.

Рассматривая оба эти направления со стратегических позиций, можно отметить, что первое направление, несомненно, является малоперспективным. В то же время развитие технологий аквакультуры явно перспективнее. Здесь уместна аналогия с технологиями производства мяса: на ранних стадиях развития человечества (мало людей и много животных) получение мяса достигалось охотой, однако в настоящее время охота больше развлечение, чем промысел — основной объем мяса идет за счет выращивания животных в искусственных условиях. Несомненно, что подобным образом будут развиваться рыбопромысловые технологии. В частности, например уже сейчас в Китае объем выращиваемой рыбы составляет 62% от общего объема ее добычи, т. е. более чем в полтора раза превышает вылов традиционными способами.

Из объектов аквакультуры, по-видимому, наибольшее значение в настоящее время имеют карповые рыбы, на втором месте — форель. Существуют также географические предпочтения. В частности, наиболее комфортный температурный диапазон выращивания форели, как известно (например, [1]) составляет от 16 до 18 °C, поэтому в северных водоемах (фиорды Норвегии, Финляндии, России) распространены недорогие полупогружные конструкции ферм. Теплые водоемы юга пока менее привлекательны для аквакультуры форели. Здесь видны перспективы лишь во внедрении разработанных в последнее время подводных конструкций ферм, устанавливаемых ниже термоклина. Полная технология управления такой подводной природно-технической системой включает перемещения фермы по глубине с целью выбора температурного оптимума и кормораздачу. Для таких конструкций кормление рыб производится либо автоматически по изначально введенной программе кормораздатчика, либо путем дистанционного управления кормораздачей по кабельной линии с берега, что более эффективно.

Однако в любых вариантах технологий аквакультуры в настоящее время учитываются лишь основные гидрофизические и гидрохимические факторы, как исходные, так и накапливаемые за счет отходов жизнедеятельности используемой природно-технической системы. При этом совершенно не учитываются не менее значимые КГФ, которые в значительной мере, как показано в данной работе, предопределяют общую активность выращиваемых гидробионтов, и, особенно, их пищевую активность.

При традиционных технологиях промысла КГФ тоже совершенно не учитываются. В то же время, как будет показано ниже на примерах вылова путассу и кальмаров, роль КГФ весьма значима.

Учет КГФ в рыбопромысловых технологиях позволит существенно повысить эффективность за счет оптимизации условий кормления (системы аквакультуры) и разумного управления использованием технических средств (традиционные технологии промысла).

В качестве рыбопромысловых объектов в дальнейшем исследовании были выбраны пресноводные карповые рыбы, форель и морские виды путассу и кальмары.

Из общего объема космогеофизических факторов в работе выбраны солнечная активность и геомагнитные возмущения. Для оценки солнечной активности использовался наиболее распространенный индикатор — числа Вольфа. Для оценки геомагнитных возмущений использовались стандартные индексы.

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы является выявление роли космогеофизических экологических факторов в рыбопромысловых технологиях и разработка предложений по их учету.

В задачи работы входят:

• обобщить имеющиеся физические данные по экологической роли основных космогеофизических факторов в рыбопромысловых технологиях и выбрать КГФ, учитываемые в дальнейших исследованиях;

• разработать корректную экспериментально-физическую методику определения числовых показателей ПА гидробионтов в лабораторных условиях;

• экспериментально установить основные физические закономерности влияния ГМВ на ПА карповых рыб;

• выполнить сравнительные экспериментальные оценки влияния КГФ и гидрофизических факторов на ПА гидробионтов (на примере карповых рыб и форели как преобладающих объектов аквакультуры);

• экспериментально выявить эффекты влияния космогеофизических факторов на пищевую активность гидробионтов в системах аквакультуры (на примере форели);

• выявить роль космогеофизических факторов при традиционных технологиях рыбного промысла (на примерах вылова путассу и кальмаров);

• разработать предложения по учету КГФ в рыбопромысловых технологиях.

Работа выполнялась в ЛЭО кафедры океанологии РГГМУ. Метод исследования.

Был использован экспериментально-физический метод исследования, с применением новых методик эксперимента и физико-статистических методик анализа данных. Научная новизна.

В работе получены следующие основные результаты:

• разработана и апробирована новая экспериментально-физическая методика определения числовых показателей ПА групп гидробионтов при свободе их перемещений в экспериментальном бассейне, методика является универсальной и может использоваться для широкого класса физико-биологических экспериментов по изучению воздействия абиотических факторов на гидробионтов;

• впервые установлены ранее неизвестные физические закономерности влияния геомагнитных возмущений на поведенческую активность карповых рыб — преобладающий объект систем аквакультуры;

• с использованием разработанной методики определения ПА впервые экспериментально установлена зависимость ПА карповых рыб от рН водывыполнены сравнительные оценки роли рН и ГМВ;

• экспериментально выявлено ранее не рассматривавшееся влияние космогеофизических факторов (солнечная активность и геомагнитные возмущения) на пищевую активность форели — второй по значимости объект аквакультуры;

• путем физико-статистических оценок выявлена роль КГФ при традиционных технологиях рыбного промысла (на примерах вылова путассу и кальмаров);

• предложены принципы учета КГФ при традиционных технологиях рыбного промысла и в природно-технических системах аквакультуры.

Достоверность результатов обусловлена тщательно отработанной технологией экспериментов на различных видах гидробионтов и большим объемом самостоятельно полученных данных, обработанных с использованием современных статистических методов. Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на XI Всероссийской конференции по промысловой океанологии (Калининград, 1999 год), XII Международной конференции по промысловой океанологии (Калининград, 2002 год), на международном семинаре «Биологические эффекты солнечной активности» (Пущино-на Оке, 2004 год), на VIII Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2004 год) и на Итоговых сессиях ученого Совете РГТМУ (1999, 2003, 2004 гг.).

4.4 Выводы.

Для оценки влияния космогеофизических возмущений на рыбный промысел исследовались обширные данные по уловам кальмара и путассу. Получены следующие основные результаты.

1. Прямой корреляционный анализ уловов путассу с Ksum, а также с числами Вольфа показал наличие связей в виде сравнительно высоких и значимых коэффициентов корреляции (до 0.4 — 0.5).

2. При спектральном анализе уловов кальмара с характеристиками возмущенности МПЗ связи обнаружены в области периодов около 29 -31 суток со значениями коэффициентов взаимной корреляции до 0.83 (уровень значимости 0.1), что характерно для СА, а также в областях недельных периодов (около 7 суток) и полумесячных периодов (около 15 суток) со значениями коэффициентов взаимной корреляции до 0.93 (уровень значимости 0.1), что свидетельствует о влияние не только СА, но и локальных факторов.

3. При спектральном анализе уловов путассу с числами Вольфа, а также характеристиками ГМВ выделяются обширные периоды около 28, 23, 16, 10 -12, 6 — 8 суток с высокими коэффициентами корреляции на этих периодах.

Рассматривая полученные результаты в целом, можно сделать вывод о том, что влияние на уловы, естественно, является многофакторным. Но при этом наряду с гидрометеорологическими факторами, принимающимися во внимание в настоящее время, необходимо учитывать также космогеофизические факторы — солнечную активность и ее геофизические проявления (геомагнитные возмущения в различных вариантах оценок).

5. Особенности учета геомагнитных возмущений в рыбопромысловых технологиях.

Как показано в обзорной части в настоящее время учет космогеофизических факторов в рыбопромысловых технологиях не производится. Однако результаты выполненных экспериментальных исследований показывают, что их учет весьма необходим.

Сейчас прогнозы возмущенности МПЗ представлены различными организациями, как краткосрочные, так и долгосрочные.

В частности, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии наук дает прогнозы для Москвы на 24 часа, которые можно просмотреть в Интернете [68]. В прогнозе дается качественное описание возмущенности МПЗ, а также вариации индукции МПЗ по компонентам X, Y, Z и соответствующие возмущенности значения К-индекса, на каждый час.

Сайт Gismeteo дает прогнозы для всех городов мира, которые составлены в Space Environment Center, NOAA & U.S. Air Force, США, (National Oceanic and Atmospheric Administration) [69]. Прогноз дается как на сутки для каждого трехчасового диапазона в виде качественного описания возмущенности МПЗ, так и на 45 суток. Здесь уже дается среднесуточная характеристика возмущенности МПЗ.

Подобную информацию можно успешно использовать в системах аквакультуры. Поскольку, зная прогноз возмущенности МПЗ на сутки можно в соответствии с этим спланировать количество корма выделяемого для садка в день тем самым, сэкономив дорогостоящие корма в дни магнитных бурь.

При составлении промысловых прогнозов учет возмущенности МПЗ также возможен, однако чем больше заблаговременность, тем ниже качество этих прогнозов. Естественно, это необходимо учитывать.

Большинство методик основывается на анализе ритмики пятнообразовательной деятельности на Солнце, вследствие которой прогнозируется возмущенность МПЗ. Но эти процессы не столь уж детерминированы, поэтому точность долгосрочных прогнозов пока оставляет желать лучшего.

В настоящее время ведется активная исследовательская работа по разработке методик надежных космогеофизических прогнозов. Эта проблема активно обсуждается на международных конференциях. Знание «космической погоды» (этот термин уже принят в научной литературе), а тем болеепрогнозов этой погоды, чрезвычайно необходимо для нормального функционирования земной биосферы в целом.

Реальное продвижение вперед в проблеме прогнозов КГФ чрезвычайно осложняется тем, что физический механизм солнечной активности остается до настоящего времени неизвестным. Существуют теоретические модели, например, связанные с периодическим перемещением Солнца относительно общего барицентра солнечной системы, с влиянием на такие перемещения положения планет солнечной системы, особенно — планет-гигантов. Также известны модели, где предполагается прямое влияние планет на приливные процессы в атмосфере Солнца. Однако все эти модели могут быть использованы лишь для долгосрочных прогнозов СА.

В то же время известны сверхкороткопериодные изменения активности Солнца, выявляемые в оптическом диапазоне (осцилляции и микроритмы), начинающиеся примерно со 120 минут.

В настоящее время отсутствуют хоть какие-либо данные, свидетельствующие о реакциях гидробионтов на подобные периоды. Тем не менее, в литературе широко обсуждается проблема биологических ритмов в биосфере, т. е. каким образом наземные и, особенно, морские животные отсчитывают время. Предполагается, что этому способствует «настройка» на внешние электромагнитные поля, в том числе — на ЭМ-возмущения, сопровождающие осцилляции СА.

Все это свидетельствует о том, что затронутый в данной работе механизм связей биологических процессов с КГФ является существенно более сложным.

Однако, по-видимому, столь подробные прогнозы в рыбопромысловых технологиях пока вряд ли целесообразны. Необходима некоторая разумная середина между краткосрочными прогнозами, которые даются имеющимися службами, и долгосрочными, в частности, основанными на периодичности вращения Солнца относительно движущейся по орбите Земли (примерно 28 дней).

По результатам данной работы можно рекомендовать постоянное наблюдение за изменчивостью КГФ, выявление текущих достоверных «ритмов» уловов (см. главу 4) и разработку самостоятельных прогнозов, естественно, с учетом имеющихся прогнозов ГМВ на описанных сайтах.

Заключение

.

Целью диссертационной работы являлось установление роли космогеофизических экологических факторов в рыбопромысловых технологиях и разработка предложений по их учету.

В работе получены следующие основные результаты.

•Выполнено теоретическое обобщение данных по экологической роли основных космогеофизических факторовпоказано, что роль КГФ в морских биологических процессах значительнапоказано, что у гидробионтов существуют системы восприятия переменных электрических и магнитных полей, продуцируемых солнечной активностьювыбраны КГФ, учитываемые в дальнейших исследованиях.

•Разработана новая экспериментально-физическая методика определения числовых характеристик ПА гидробионтов при свободе их перемещений в бассейнеметодика хорошо апробирована и может быть использована для широкого класса физико-биологических экспериментов.

•Впервые установлены ранее неизвестные закономерности влияния геомагнитных возмущений на ПА карповых рыб — преобладающий объект систем аквакультурыпри усилении возмущений (ситуация магнитной бури) средние значения поведенческой активности уменьшаются до 2 — 2.5 разодновременно резко уменьшаются спектральные плотности биоритмов поведения.

•Экспериментально установлена ранее не изучавшаяся роль рН воды в изменениях характеристик поведенческой активности карповых рыб. Показано, что роль КГФ получается сравнимой с ролью рН.

•В реальных физических условиях функционирования морской фермы выявлено ранее не рассматривавшееся влияние космогеофизических факторов (солнечная активность и геомагнитные возмущения) на пищевую активность форели — второй по значимости объект аквакультуры. При возрастании СА и ГМВ пищевая активность подавляетсяпредполагается, что влияние основано на опосредованном воздействии этих факторов через индуцированное электрическое поле в области расположения фермы.

•Путем физико-статистических оценок выявлена роль КГФ при традиционных технологиях промысла (на примерах вылова путассу и кальмаров) — показано, что роль КГФ не ниже, чем роль традиционно учитываемых гидрофизических факторов.

•Предложены принципы учета КГФ при традиционных технологиях промысла и в системах аквакультуры.

Дальнейшие исследования в данном направлении позволят разработать надежные и более эффективные методики рыбопромысловых прогнозов и усовершенствовать управление как в традиционной области промысла, так и в области эксплуатации систем аквакультуры.