Чем грозит для морских экосистем увеличение уловов мелкой рыбы?

Фото А. В. Чесунова, с разрешения автора
Фото А. В. Чесунова, с разрешения автора

К каким последствиям может привести увеличение уловов мелкой рыбы, большей частью ради производства белкового корма и удобрений? Международная группа исследователей опубликовала результаты моделирования пищевых связей в пяти важнейших промысловых районах океана. Они пришли к выводу, что даже существующие объемы вылова могут вызвать заметное сокращение численности птиц, морских млекопитающих и хозяйственно ценной рыбы.

Более 10 лет назад Д. Поли с соавторами (Pauly et al., 1998) провел анализ мирового рыболовства и показал, что средний трофический уровень уловов в океане неуклонно снижается. Пищевая (или трофическая) пирамида в морских экосистемах включает 4–5 уровней: от планктонных водорослей — продуцентов, через питающихся ими рачков (зоопланктон) к рыбам-планктонофагам и хищным рыбам. В первой половине ХХ века основу уловов составляли хищники и «суперхищники» — виды рыб, находящиеся на 4–5-м уровнях пищевой пирамиды, — такие, как треска, скумбрия, тунцы и др.

Увеличение уловов во второй половине столетия происходило в основном за счет мелкой рыбы, питающейся фито- и зоопланктоном, то есть находящейся на 2–3-м, а не на 4–5-м «этажах» пищевой пирамиды. Это знакомые всем мойва, сардины, а также анчоусы. Часть этой рыбы попадает к нам на стол, но больше идет на переработку в белковый корм для скота и птицы. Ни размеры, ни вкус при такой переработке не важны. Ловить можно практически любые виды, образующие крупные скопления. В результате средний трофический уровень уловов снижается (рис. 1). Эта работа вызвала бурную дискуссию, не прекращающуюся до сих пор. Предметом споров являются как методы расчета (см., например, Caddy J. F., et al., 1998), так и возможные экологические последствия снижения трофического уровня уловов.

Рис. 1. A — график, иллюстрирующий постепенное снижение среднего трофического уровня в уловах (из статьи Pauly et al., 1998). B — изменение среднего трофического уровня уловов в 1984–1999 гг. без учета марикультуры (из статьи Pauly et al., 1998a). Верхняя кривая на графике — мировые уловы в море (правая ось, млн тонн в год)
Рис. 1. A — график, иллюстрирующий постепенное снижение среднего трофического уровня в уловах (из статьи Pauly et al., 1998). B — изменение среднего трофического уровня уловов в 1984–1999 гг. без учета марикультуры (из статьи Pauly et al., 1998a). Верхняя кривая на графике — мировые уловы в море (правая ось, млн тонн в год)

Что происходит при массовом вылове мелкой массовой рыбы, показал печальный натурный эксперимент в Баренцевом море. В конце 1970-х — начале 1980-х вылов мойвы превышал 1,5 млн тон в год, запас сокращался, и в 1986–87 гг. произошло обвальное падение численности видов на верхних трофических уровнях. Особенно ярко это проявилось в колониях морских птиц Восточного Мурмана, где численность тонкоклювых кайр уменьшилась в 8 раз (Краснов и др., 1995; Hjermann et al., 2004).

Рис. 2. Слева — запас (линия) и вылов (столбики) мойвы в Баренцевом море в 1965–2009 гг. (по данным с сайта Системы мониторинга рыбопромысловых ресурсов ФАО). Справа — динамика численности тонкоклювых (1) и толстоклювых (2) кайр на базарах острова Харлов. Рис. из: Краснов и др., 1995
Рис. 2. Слева — запас (линия) и вылов (столбики) мойвы в Баренцевом море в 1965–2009 гг. (по данным с сайта Системы мониторинга рыбопромысловых ресурсов Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН — ФАО). Справа — динамика численности тонкоклювых (1) и толстоклювых (2) кайр на базарах острова Харлов. Рис. из: Краснов и др., 1995

Похожие картины наблюдаются время от времени в разных районах океана. Попытке найти более общую закономерность поведения экосистем при изъятии ключевых видов на средних «этажах» пищевой пирамиды посвящена работа Энтони Смита с соавторами (Smith et al., 2011). На серии моделей для пяти наиболее изученных районов интенсивного рыболовства авторы попытались оценить экосистемные последствия изъятия мелких планктонофагов — стайных рыб и криля, питающихся фито- и зоопланктоном. Три из этих районов связаны с областями апвеллингов, где поднимающаяся из глубин вода приносит азот и фосфор, обеспечивая высокую продуктивность фитопланктона, зоопланктона и рыбы. Во всех пяти районах ведется промысел рыбы, относящейся ко второму-третьему трофическим уровням: в Северном море это песчанка, в районе Перуанского апвеллинга — анчоус, в остальных районах — разные виды сардин и анчоусов, а также другие мелкие стайные планктонофаги.

Рис. 3. Карта с обозначенными районами исследований. Слева направо: район Калифорнийского апвеллинга, район Перуанского апвеллинга, Северное море, район Бенгельского апвеллинга, юго-восточная Австралия. На врезке — мировой вылов мелкой пелагической рыбы и кальмаров, основного ресурса для высших трофических уровней. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Рис. 3. Карта с обозначенными районами исследований. Слева направо: район Калифорнийского апвеллинга (California current), район Перуанского апвеллинга (Northern Humboldt), Северное море (North sea), район Бенгельского апвеллинга (Southern Benguela), юго-восточная Австралия (SE Australia). На врезке — мировой вылов мелкой пелагической рыбы и кальмаров, основного ресурса для высших трофических уровней. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

В работе использованы три модели (OSMOSE — рис. 4, Ecopath with Ecosim и Atlantis), применяющиеся для прогноза уловов, поэтому достаточно точно откалиброванные и многократно проверенные для разных видов. Чтобы избежать субъективности, связанной с особенностями конкретной модели, для каждого района расчеты повторялись не менее чем на двух из них. Схема одной из моделей показана на рис. 4. Две другие организованы сходным образом, но различаются пространственным разрешением и набором учитываемых параметров.

Рис. 4. Схема работы модели OSMOSE. Справа — блок для расчета количества доступной пищи для планктонофагов (модель ROMS). Слева — блок динамики численности рыбы. Рис. с сайта www.meece.eu
Рис. 4. Схема работы модели OSMOSE. Справа — блок для расчета количества доступной пищи для планктонофагов (модель ROMS). На основе данных о параметрах среды (температура, минеральное питание и пр.) он рассчитывает количество планктона, доступного для планктоноядных рыб. Слева — блок динамики численности рыбы. Для каждого вида он рассчитывает численность в зависимости от количества доступной пищи, пресса хищников, промысла и успеха размножения. Рис. с сайта www.meece.eu

Результаты моделирования показали, что негативные последствия на высших трофических уровнях начинают проявляться при изъятии примерно половины биомассы вида планктонофага. К сожалению, это тот уровень, который соответствует существующим нормам вылова для многих из исследованных видов.

Рис. 5. Результаты расчетов для пяти районов (см. рис. 4) с использованием трех моделей. Показаны предполагаемые эффекты, возникающие при изъятии одного из 10 ключевых видов низких трофических уровней. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Рис. 5. Результаты расчетов для пяти районов (см. рис. 4) с использованием трех моделей. Показаны предполагаемые эффекты, возникающие при изъятии одного из 10 ключевых видов низких трофических уровней (сельдь, песчанка, шпроты, сардины, макрель, анчоусы, мезопелагические рыбы, красноглазка, сельдь-круглобрюшка; в модель включен также криль — крупные планктонные ракообразные). По оси абсцисс — увеличение интенсивности вылова (в % от численности популяции в отсутствие промысла, то есть значение 50% означает изъятие половины популяции вида, а 100% — полное его уничтожение в районе промысла). По оси ординат — доля групп высших трофических уровней, сокративших свою численность более чем на 40% в результате подрыва кормовой базы. Под «группой» понимается перечень объектов, включенных в модель с разной степенью детализации: виды для промысловых объектов, более крупные объединения («чайки», «акулы» и т. д.) — для непромысловых. Для каждой модели и региона число групп фиксировано. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Модели говорят еще и о том, что в разных районах эффекты изъятия планктонофагов проявляются по-разному. Особенно уязвимы те экосистемы, где большая часть продукции планктона проходит «наверх» через небольшое число видов как, например, у побережья Перу, где основным промысловым видом является перуанский анчоус, составляющий существенную часть биомассы всей рыбы. Для этого района обе модели показывают существенные изменения на высших трофических уровнях даже при небольших объемах изъятия ключевого вида. В экосистеме Северного моря, где нет столь резко выраженного доминирования одного вида на средних «этажах» пищевой пирамиды, у хищников есть возможность переключения с ресурса на ресурс.

Источник: Anthony D. M. Smith, et al. Impacts of Fishing Low-Trophic Level Species on Marine Ecosystems // Science. 2011. V. 333. V. 1147–1150. DOI: 10.1126/science.1209395.

Дополнительная литература:
1) Daniel Pauly, Villy Christensen, Johanne Dalsgaard, Rainer Froese, Francisco Torres Jr. Fishing Down Marine Food Webs // Science. 1998. V. 279. V. 860–863. DOI: 10.1126/science.279.5352.860.
2) J. F. Caddy, J. Csirke, S. M. Garcia, R. J. R. Grainger. How Pervasive is «Fishing Down Marine Food Webs»? // Science. 1998. V. 282. P. 1383a. DOI: 10.1126/science.282.5393.1383a.
3) Daniel Pauly, Rainer Froese Villy Christensen. Response on «How Pervasive is «Fishing Down Marine Food Webs»?» // Science. 1998a. V. 282. P. 1383a. DOI: 10.1126/science.282.5393.1383a.
4) Daniel Pauly, Maria-Lourdes Palomares. Fishing Down Marine Food Web: It is Far More Pervasive Than We Thought // Bulletin of Marine Science. 2005. V. 76(2). P. 197–211.
5) Hjermann D. Ø., et al. Competition among fishermen and fish causes the collapse of Barents Sea capelin // PNAS. 2004. V. 101(32). P. 11679–11684.
6) Fisheries in the Russian Barents Sea and the White Sea: Ecological challenges (PDF, 414 Кб).
7) Краснов Ю. В. и др. 1995. Морские колониальные птицы Мурмана. СПб. «Наука». 222 с.

См. также:
1) Из-за нехватки криля снижается численность пингвинов, «Элементы», 19.05.2011.
2) Удобряя поверхностные воды океана, киты поддерживают высокую продукцию фитопланктона, «Элементы», 13.12.2010.
3) В Мировом океане становится всё меньше фитопланктона, «Элементы», 08.08.2010.
4) Маленькая рыбка поддерживает продукцию некогда подорванной экосистемы, «Элементы», 23.07.2010.

Вадим Мокиевский


12
Показать комментарии (12)
Свернуть комментарии (12)

  • grep  | 24.09.2011 | 00:15 Ответить
    Как я люблю такие графики. Изменения в пределах нескольких процентов показываются как что-то катастрофическое
    Ответить
    • Mokievsky > grep | 24.09.2011 | 13:13 Ответить
      "Несколько" - это 40-60%? Если Вы имеете в виду последний из графиков, то по оси У там доли от 1.
      Ответить
  • May_Day  | 24.09.2011 | 13:55 Ответить
    А вроде бы разница между результатами разных моделей для одних и тех же районов слишком велика, чтобы верить предсказаниям?

    Почему нет второго результата для Северного моря?
    Настораживает, что для районов США и ЕС результаты экологического ущерба меньше, чем для района промысла третьих стран.
    Ответить
    • Mokievsky > May_Day | 24.09.2011 | 19:15 Ответить
      Скорее, одна из моделей - Atlantis, дает более сдержанный прогноз, чем остальные две. Про Северное море - не знаю, авторы это никак не комментируют, в таблицах тоже результаты только по EwE.

      >Настораживает, что для районов США и ЕС результаты экологического >ущерба меньше, чем для района промысла третьих стран
      Такой закономерности я не увидел, мне кажется, в данном случае правильнее искать объяснения в струкутре экосистем. Переменных, касающихся организации промысла, в моделях нет. Считали просто: что будет, если изъять ту или иную долю от запаса.
      Ответить
  • naimark  | 26.09.2011 | 17:54 Ответить
    Сравнение результатов моделей показывает, что при современных методах параметризации и доступных данных для этих процедур можно ориентироваться лишь на качественные, а не на количественные выводы. Слишком уж не сходятся результаты для двух моделей.
    Ответить
    • Mokievsky > naimark | 27.09.2011 | 01:55 Ответить
      Да, безусловно. Модели не предсказывают будущее. Лучшее, что они могут - показать тенденции, ну и, в лучшем случае, "коридор" возможностей. Что касается точности данных, да, с этим совсем плохо, и об этом постоянно приходится помнить, когда речь заходит о каких-то продукционных оценках в море.
      Ответить
  • glagol  | 26.09.2011 | 23:05 Ответить
    Даже если модели верны на качественном уровне, все равно это интересный результат. Но кое-что вызывает недоверие - например, графики про мойву и кайр. Жаль, что не показано, какими были запасы рыбы в 1954 году, когда численность кайр была такой же низкой, как в 1985. В 1990 г запасы были почти такими же, как в 70-е годы, и это длилось минимум три года; а кайры ответили на это почему-то увеличением численности не в 8 раз, а всего лишь в 2 раза. Возникает впечатление, что это тот случай, когда "после" не значит "вследствие"...

    Непонятно, какие выводы можно сделать из результатов моделирования. Во-первых, марикультуру исключать не стоило бы. Во "В мире науки" (апрель 2011) была интересная статья про марикультуру, и из нее вроде бы следует, что мелкую рыбу в значительное степени скармливают культивируемым хищным рыбам. Вывод там такой: защитники природы протестуют, но если сравнивать с последствиями выращивания мяса на суше - то результат явно в пользу марикультуры. Получается, что или надо вообще переходить на вегетарианскую диету, или идти по этому пути, так как иначе белка на всех не хватит.

    И вот еще что. Можно счесть это педантизмом и занудством, но заголовок режет слух. Нехорошо звучит по-русски "Чем грозит для"... Грозит кому-чему - экосистемам, а "для экосистем" что-то может представлять угрозу. "Тон в год" - это понятно, опечатка. А вот "небольшое число видов как" (6-я строчка с конца) может без запятой перед "как" быть понято превратно... Сейчас в газетах и журналах часто пренебрегают запятыми и стилем; но сайт "Элементы", как эталон образовательного сайта, мне кажется, должен стараться быть эталоном и в плане русского языка.
    Ответить
    • Mokievsky > glagol | 27.09.2011 | 01:49 Ответить
      Тут важна не абсолютная численность, а скорость ее уменьшения. Запас для 1954 г. вряд ли кто-то считал, промысла в те годы не было. Попробую поискать, но шансов мало. Что касается событий 1986-87 гг., то это было именно "вследствие". Последствия для трески, гренландского тюленя и пр. тоже были, но хуже документированы. С кайрами очень наглядно получилось. Для других районов такие примеры тоже есть, небольшой список авторы (Smith et al.) приводят в дополнительных материалах к статье.

      Не следует ждать от птиц такой же скорости реакции, как от рыбы с коротким жизненным циклом. Плюс - амплитуда и частота колебаний запаса.

      Марикультуру авторы цитируемой статьи исключили из расчетов по другой причине - у критиков было замечание, что снижение среднего трофического уровня в уловах (данные брались из статистики ФАО) может быть связано с увеличением объемов марикультуры в мире.

      Что касается выводов, то один из них очевиден - перенос промысловой нагрузки на нижние трофические уровни время от времени будет вызывать заметную реакцию на верхних. На уровне частных примеров это хорошо известно. Более интересные вещи связаны со структурой конкретных экосистем: наличие альтернативных ресурсов, возможности переключения хищников и т.п. Авторы попытались ввести параметр "связность", но, на мой взгляд, получилось очень неоднозначно и не слишком интересно.

      >но если сравнивать с последствиями выращивания мяса на суше - то результат явно в пользу марикультуры.

      Здесь в двух словах не ответить. С одной стороны, да, Вы правы. С другой - целый "букет" не всегда понятных следствий, от исчезновения мангровых лесов (скорость уменьшения площади мангров больше чем у дождевых тропических лесов) до оценки скорости вымирания видов - в море она на два порядка ниже чем в наземных экосистемах, возможно, именно из-за разницы в трофических уровнях изъятия продукции. Р.Маргалеф ("Облик биосферы") писал об этом довольно уверенно. К этому разговору имеет смысл вернуться подробнее на каком-то конкретном примере.

      За замечания спасибо. Постараюсь...
      Ответить
      • glagol > Mokievsky | 27.09.2011 | 16:11 Ответить
        По поводу кайр - да, про лаг-эффекты я думал. И все-таки это довольно быстро созревающий вид (половозрелость наступает в 2 или 3 года). Стоит отметить, что мойва вроде бы тоже созревает в 2-3 года...

        Мне попалась статья Н.Н. Карташева, где говорится, что в 1946 г на Харлове спустились на воду 79 птенцов, а уже в следующем году - 1500 (http://www.littorina.narod.ru/Kandalaksha/Kandalaksha/pervoist/02.007.html).

        И наконец, мне кажется, что доказать причинно-следственные связи между перевыловом мойвы и падением численности кайр не так-то просто. Это я прежде всего и имел в виду (понятно, что такая связь вполне вероятна). Слишком много других факторов влияет. Например, у Ньфаундленда в 1990-е мойвы стало меньше, и уж точно она стала мельче, а численность кайр там росла....(http://icesjms.oxfordjournals.org/content/59/5/1027.full.pdf)
        Ответить
        • Mokievsky > glagol | 27.09.2011 | 18:50 Ответить
          Половозрелость тонкоклювой кайры наступает в три года (на второй год птицы могут образовывать пары и откладывать неоплодотворенные яйца). В кладке одно яйцо, в случае его гибели самка может отложить второе. Продолжительность жизни - зафиксировано 16 лет (Птицы СССР. Чистиковые. 1990). Мойва созревает в 1(2)-3 года. Основная масса - в два года. Плодовитость 6-12 тыс. икринок. Размножение - однократное (www.fishbase.org). Если в терминах r-K - континуума, то это - почти два полюса.
          Статью, о которой Вы пишете, не видел, к сожалению, но могу предположить, что это связано с прекращением сбора яиц, процветавшего в предвоенные и, особенно, в военные годы.
          Вся история с кайрами очень подробно описана у Ю.В.Краснова (ссылка - в материале). Кстати, он подробно разбирает вопрос, почему именно тонкоклювая отреагировала снижением численности, а толстоклювая - практически нет. Он полагает, что это связано с основными районами зимовки. Тостоклювая кайра зимует западнее и южнее, в т.ч. - у ЮЗ побережья Гренландии. Запас мойвы был подорван локально на акватории Баренцева моря.
          Ответить
          • glagol > Mokievsky | 28.09.2011 | 19:45 Ответить
            Да, я посчитал в уме и понял, что трех кормных лет для кайр действительно маловато, чтобы их численность выросла больше чем в 2-2,5 раза. Про сбор яиц - тоже верно, Карташев про него пишет (в войну заповедник не охраняли).

            Книга Краснова, к сожалению, мне недоступна (в открытом доступе ее нет), так что продолжать дискуссию, вероятно, нет смысла - я не владею информацией. Приходится верить, что в этой книге действительно обосновывается причинно-следственная связь - изучен рацион кайр и их птенцов в разные годы и в разных районах моря,определена доля и абсолютное количество мойвы в этом районе, подсчитаны энергетические затраты птиц на ее добывание в зависимости от численности, учтено действие других факторов (например, погодных условий и зависящих от них сроков гнездования).

            И все-таки интересно - как Краснов с соавторами объясняют столь же (а для толстоклювой кайры - и более) низкую численность в середине 1950-х? Если промысел мойвы не велся, то вряд ли запасы ее были низкими...
            Ответить
            • Mokievsky > glagol | 28.09.2011 | 21:45 Ответить
              Краснов об этом не пишет. Его собственные ряды наблюдений за динамикой птиц на базарах Семиостровья начинаются в конце 1970х. До этого было несколько работ с большими промежутками (А.Н.Формозов в 1920-30х, позже - Белопольский). А вот о промысле рыбы в Баренцевом море литературы много. Одной из очевидных причин увеличения запасов мойвы был перелов трески десятилетием раньше (взрослая треска - активный хищник). Нужно помнить также, что, кроме мойвы, ресурсную базу хищников составляют сайка и песчанка. В целом, динамика баренцевоморской экосистемы и промыслов в ХХ веке довольно хорошо известна (лучше, чем для многих других районов) и вполне заслуживает отдельного и целостного описания. К сожалению, это до сих пор не сделано, и информация разбросана по многим изданиям. Книга Краснова - хорошая попытка обобщения - взгляд на экосистему с "вершины трофической пирамиды" (автор - орнитолог), но тираж, я посмотрел, 490 экз., увы. Можно посмотреть, например, статью Hjermann'а (по ссылке под заметкой) - там очень наглядные графики, но это только часть истории.
              Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»