ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАНТАЦИОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МАКРОФИТОВ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ: МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ
Марикультура (морская аквакультура) в широком смысле – активное вмешательство в
управление биологическими процессами в морской среде. Данные процессы могут иметь
различную направленность: от биологической мелиорации (прореживание природных
зарослей и пр.) до получения новых вариететов организмов с заданными свойствами.
Эксплуатация природных зарослей водорослей, преимущественно ламинариевых, в
северных морях началась достаточно давно. Активизация промысла в 1985-1986 гг. после
аварии на Чернобыльской АЭС, когда была востребована продукция из ламинариевых
водорослей в связи с возможностью выведения с ее помощью из организма человека
радионуклидов, повлекла за собой подрыв природных зарослей в губах Дроздовке и
Ивановке - основном промысловом районе на Баренцевом море.
Именно в эти годы была поставлена в губе Дальнезеленецкой опытно-промышленная
плантация для выращивания ламинарии сахаристой в Баренцевом море [1]. Площадь
плантации была около 1 га и дважды в 1986 и в 1989 гг. был собран урожай ламинарии
около 60 т/га. Помимо опытно-промышленной плантации в губе Дальнезеленецкой с 1985
г. по настоящее время проводилось экспериментальное выращивание водорослей для
выяснения механизмов репродукции, адаптации и регуляции роста, накопления
биологически активных веществ в условиях высоких широт. Исследования проводись с
привлечением методов биохимии, физиологии, цитологии, анализировалось влияние
плантации на гидрохимические характеристики среды, изучалось обрастание макрофитов
[2].
В последние годы исследовалась возможность выращивания на плантации и других видов
макрофитов, в том числе фукусовых водорослей. Активные промысел и использование
фукусовых водорослей начались только в последние годы, после того, как было показано,
что данные водоросли, как и ламинариевые, обладают лечебными свойствами и могут
широко применяться в медицине и пищевой промышленности. Ранее фукусовые
водоросли использовались только как сырье для производства йода, пищевая добавка в
корм скоту и в качестве удобрений почвы для сельского хозяйства.
Плантация водорослей, как элемент санитарной марикультуры. Интенсивная
производственная деятельность в прибрежной зоне сопровождается усилением
загрязнения, что отрицательно сказывается в первую очередь на прибрежных биоценозах.
В полной мере это относится к Мурманскому побережью в связи с предполагаемыми
добычей, транспортировкой и перегрузкой нефти в шельфовой зоне Баренцева моря.
Естественный выход из этого положения – введение компенсационных мер, одной из
которых является санитарная марикультура.
Во многих исследованиях, в том числе и авторов данной работы, была показана
способность бурых водорослей аккумулировать тяжелые металлы, радионуклиды. В
последние годы выявлена уникальная способность фукусовых водорослей включать в
метаболизм нефтяные углеводороды [3].
Биотехнология комплексного плантационного выращивания ламинариевых и
фукусовых водорослей. Сотрудниками лаборатории альгологии предложена
биотехнология комплексного плантационного выращивания ламинариевых и фукусовых
водорослей, при которой в верхней горизонтальной части плантации выращиваются
фукусовые водоросли, выполняя в первую очередь барьерную функцию (рис. 1).
Предлагаемая биотехнология берет свою основу от апробированной технологии
выращивания ламинарии сахаристой. Основное отличие предлагаемой технологии
заключается в назначении плантации. Первое – сбор, удержание и утилизация нефтяной
пленки с поверхности воды. Второе назначение – использование выращенной биомассы
ламинариевых и фукусовых водорослей для получения продукции медицинского и
лечебно-профилактического назначения.
Выбор места для плантации. Изрезанность берегов в Баренцевом и ряде других
северных морей, наличие большого числа фиордов создает удобные условия для
размещения плантаций–биофильтров. Необходимость их установки вызвана в связи с
возможностью нефтяного загрязнения в районах с интенсивной транспортировкой нефти
и нефтепродуктов, а также в районах активного судоходства.
Выбор объекта культивирования. Для создания плантации двойного назначения:
улучшения экологической ситуации и получения БАВ нами избраны два объекта – Fucus
vesiculosus (фукус пузырчатый) и Laminaria saccharina (ламинария сахаристая). Эти виды
не являются чужеродными для среды, где планируется их искусственное
культивирование. Необходимо отметить, что плантационное выращивание благодаря
естественному размножению данных видов будет способствовать восстановлению
природных зарослей.
Культивирование ламинариевых и фукусовых водорослей идет параллельно, но с учетом
специфических особенностей каждого вида и поставленных задач. Биологические
особенности, биотехнология культивирования ламинариевых были достаточно подробно
описана ранее [1,2]. Культивирование фукусовых водорослей, направленное на сорбцию и
удержание нефтяной пленки с поверхности морской акватории с последующим ее
включением в метаболизм растительного организма, предложенное впервые нами,
потребовало детального изучения биологии данного вида.
Детальное изучение биологии F. vesiculosus показало, что средний годовой прирост у
растений Баренцева моря составляет 26-213 мм/год. Величина годового прироста зависит
от гидрометеорологических условий года, и в "теплые" годы темп роста фукоидов и
ламинарий в 1.5 раз выше, чем в "холодные". По мнению ряда исследователей,
уменьшение скорости роста не приводит во многих случаях к уменьшению размеров
растений, которые определяются продолжительностью их жизни. Фукус пузырчатый
приступает к размножению в возрасте 2-4 лет, а основная репродуктивная нагрузка у F.
Рис. 1. Схема комплексной плантации
vesiculosus приходится на 4-5-летние растения. Развитие рецептакул в Баренцевом море
начинается в октябре; в январе завершается их развитие и формируются гаметангии,
массовый выход гамет в июне, рецептакулы могут встречаться на растениях до августа -
сентября. Выживание на ранних стадиях развития водорослей (при оседании, закреплении
на субстрате и при прорастании до видимых глазом проростков) зависит как от свойств
самого вида, так и от экологических условий. Для фукоидов показано, что выживание
мало зависит от плотности посева (в экспериментах использовались плотности, до 17 раз
превышающих естественную). Выживание у F. vesiculosus под прикрытием взрослых
растений было в 5 раз меньше, чем на свободном субстрате. Физические факторы
оказывают значительное воздействие на выживаемость проростков. Например, показано,
что на открытом берегу остается только 0.4-0.5 % от общего числа молодых проростков на
искусственном субстрате после воздействия 100 волн, в то время как на закрытом участке
за сходное время сохраняется 68-83 %; одна волна (высотой 20-50 см) на открытом берегу
может удалить до 99 % только что осевших зигот [4].
Визуальные наблюдения и многочисленные эксперименты, выявили, что:
1) фукус пузырчатый из Баренцева моря (соленость 33‰) прекрасно выдерживает
опреснение, что нередко бывает в верхних слоях водной массы, особенно в весенний
период. При солености 8.5‰ F. vesiculosus не снижает скорость роста;
2) фукус пузырчатый оказался наиболее устойчивым к воздействию отрицательных
температур и выдерживает в условиях эксперимента температуру до –30 0С, а по данным
канадских исследователей может сохранять жизнеспособность при – 60 0С;
3) данный вид имеет достаточно широкий диапазон толерантности к действию осушения,
высоким температурам, которые приходится выдерживать литоральным видам в период
отливов;
4) фукус пузырчатый оказался наиболее устойчивым из водорослей литорали и
сублиторали Баренцева моря к воздействию природного ультрафиолета;
Исследования показали сохранение жизнеспособности, неизменность пигментного
состава, способность к синтезу полисахаридов у фукуса пузырчатого, взятого из зоны
постоянного загрязнения в местах дислокации флота ("шоколадного мусса"). У F.
vesiculosus из мест произрастания с постоянным нефтяным загрязнением в 50 раз большее
содержание нефтяных углеводородов по сравнению с водорослями из экологически
чистых мест. Высокая устойчивость к нефтяному загрязнению у фукуса пузырчатого, по
сравнению с другими видами, была продемонстрирована и в экспериментах при
воздействии нефти и нефтепродуктов в виде пленки, "смоляных шариков".
Экспериментальными и натурными наблюдениями показана возможность удержания
нефтяной пленки поверхностью фукуса в течение длительного времени. Результаты
экспериментов свидетельствуют, что один квадратный метр плантации может за 4-5 дней
нейтрализовать пленку, образующуюся при разливе на этой площади 100 мл нефти.
Естественно, что во многом результаты зависят от погодных условий, обеспечивающих
испарение пленки. Вместе с тем, выявленная способность водорослей к нейтрализации
нефтяной пленки несомненна, что находится в соответствии с данными ряда зарубежных
специалистов.
Таким образом, фукус пузырчатый может рассматриваться в качестве потенциального
объекта для использования при очистке акватории от нефтяного загрязнения.
Закрепление рассады. С одного кустика фукуса пузырчатого, взятого из литоральной
зоны, можно получить 8-15 фрагментов для рассады. Данные фрагменты,
представляющие собой кусочки стволиков с веточками, вплетаются по 3-5 шт. на
расстоянии 5 см друг от друга в пропиленовый канат, который затем крепится
параллельно или вместо верхней "хребтины" плантации. При достаточном навыке на
закрепление 1 фрагмента уходит 15-20 секунд. Длина каната обычно около 50 м. для
удобства транспортировки. Канаты крепятся в две линии. Провис и натяжение
регулируется наплавами.
Основная нагрузка по сбору нефти ложится на наружную (внешнюю) линию плантации, в
то время, как внутренний канат с фукусом несет профилактическую нагрузку. Один раз в
две недели проводится визуальный контроль за состоянием плантации.
Создание симбиотической ассоциации, как способ увеличения эффективности
плантации. В последние годы внимание исследователей привлекают микроорганизмы,
способные к утилизации нефтяных углеводородов. К числу таких организмов относятся
нефтеокисляющие бактерии[5]. Данные бактерии были описаны и для прибрежья
Мурмана. Довольно часто морские микроорганизмы избирают в качестве субстрата для
обитания многолетние водоросли. В целях увеличения эффективности плантации нами
предлагается создание симбиотической ассоциации: нефтеокисляющие бактерии -
фукусовые водоросли и нефтеокисляющие бактерии – ламинариевые водоросли.
Несомненно, предлагаемые плантации не спасут прибрежные биоценозы от загрязнения в
случае аварийных разливов нефти, но профилактический эффект предлагаемой плантации
очевиден.
Воскобойников Г.М. Мурманский морской биологический институт Кольского научного
центра РАН
