Самая простая открытая система природная. Пока не наступит перелов, природа сама управляет системой. Затраты на получение продукции определяются расходами на облов, транспортировку и обработку улова. В природных системах расходы на облов и обработку улова выше, чем в системах для культивирования, поскольку в первом случае в стоимость продукции входят затраты на доставку улова в порт из района промысла, а также на поиск рыбы. Разнокачественность и разноразмерность пойманной в естественных условиях рыбы увеличивают затраты на ее обработку. До тех пор, пока численность людей, занятых сбором какого-либо объекта (например, устриц), в какой-либо географической зоне ограниченна, прибыли будут высокими для этого небольшого круга людей. Себестоимость получаемой продукции будет низкой, а ограниченное количество получаемой продукции будет пользоваться повышенным спросом при сравнительно высокой цене. Если численность населения, занятого промыслом в определенной географической зоне, резко возрастет, запасы могут оказаться подорванными. Это происходит в том случае, если величина вылова превышает естественное воспроизводство. Восстановление подорванных запасов происходит очень медленно даже при резком сокращении промысла, что объясняется ограниченными воспроизводительными способностями оставшихся в живых взрослых особей. При продолжающемся интенсивном промысле вид может полностью исчезнуть.
Существует два пути сохранения естественной ихтиофауны: регулирование промысла и воспроизводство промысловых ресурсов. К законодательным мерам регулирования промысла относятся: ограничение числа лиц, которым разрешен лов, и эффективности орудий лова, сокращение продолжительности промысла, ограничение индивидуального вылова или их комбинации. Если число людей, занятых на промысле, невелико, то они получают высокие прибыли, а выбывшие из промысла вынуждены менять место жительства и работу. Введение системы продажи лицензий в качестве фактора, лимитирующего вылов, может быть частичным решением проблемы.
Высокая стоимость лицензий делает промысел невыгодным для малоквалифицированных рыбаков и вызывает недовольство среди удачливых, но не обладающих достаточными средствами для расширения дела рыбаков. Это также приводит к сокращению числа рыбаков, частично занятых в промысле, если только для них не вводятся специальные льготы. Установление квоты вылова на одного рыбака или на одну лодку стимулирует использование неэффективных орудий и способов лова. Поскольку неэффективные методы и орудия лова требуют больших затрат (труда, времени и т. д.), то при капиталистическом способе производства это ведет к увеличению себестоимости продукции и розничных цен на конечный продукт. Сохранение рыбных запасов путем ограничения промыслового усилия дает тот же результат, что и установление квоты вылова. Узаконенное применение определенных типов орудий лова, пусть даже и эффективных, приводит к застою в развитии техники рыболовства, так как новые орудия лова все равно нельзя использовать. Таким образом, эти способы охраны запасов также ставят рыбную промышленность в неблагоприятное положение по сравнению с другими отраслями хозяйства.
Тем не менее ограничение типов орудий лова, установление квоты вылова, числа рыбаков и сезонов промысла имеет и свои положительные стороны. Несмотря на то что при установлении некоторых из перечисленных ограничений промысел может оказаться неэффективным, в промысле участвует больше рыбаков, чем до введения ограничений. Если нет возможности занять людей другой работой, лучше доплачивать им за неэффективный промысел, чем платить пособие по безработице. Тем более это выгоднее для самого населения, которое в противном случае вынуждено было бы менять место жительства. Те, кто принимает решения такого рода, должны осознавать, что неэффективность одной какой-либо отрасли хозяйства ведет к неэффективности другой. Общий жизненный уровень населения страны, несомненно, зависит от эффективности использования и оборачиваемости внутренних ресурсов.
Приведенное ниже обсуждение свидетельствует о том, что наилучший метод — тот, который позволяет повысить продуктивность до почти полного насыщения рынка продукцией. Существует несколько способов увеличения продуктивности открытых систем.
Защита от хищников
Одним из наиболее распространенных и успешных методов увеличения продукции является борьба с хищниками. Для этого используют различного рода заграждения: воздушные завесы, сетные ограждения, экраны и дамбы. Обычно защитную сетку устанавливают у входа в залив или отгораживают ею часть залива. Для удаления нежелательных организмов из отгороженного участка используют химические или какие-либо другие ядовитые вещества. После этого отгороженный участок заселяют культивируемыми организмами, а ограждения предотвращают попадание туда хищников.
Время от времени для дополнительной защиты от хищников вдоль ограждения можно вносить пестициды. Ползающие донные хищники, стремящиеся проникнуть внутрь отгороженного участка водоема, поглощают летальные дозы пестицидов и гибнут. Однако при этом возникает проблема возможного отравления пестицидами культивируемых организмов, а также загрязнения близлежащих участков. Еще один метод борьбы с хищниками — изменение структуры дна. Например, для защиты молоди моллюсков от крабов дно можно засыпать гравием.
При культивировании устриц борьбу с хищниками ведут несколькими способами. От морских звезд — основных врагов устриц — избавляются, протаскивая по дну драгу в виде швабры. Морские звезды в ней запутываются, их вытаскивают из воды и опускают в кипяток. Борьбу со звездами можно вести также химическими методами, разбрасывая негашеную известь над устричными банками. Частицы негашеной извести, опускаясь на дно, попадают на нежные дыхательные мембраны морских звезд и, проникая внутрь, вызывают их гибель.
Для регулирования численности личинок миноги в Великих озерах используют электрические ловушки и селективно действующие пестициды. Однако проведение таких крупномасштабных мероприятий под силу только государственным учреждениям.
Культивирование беспозвоночных у дна
Культивирование беспозвоночных у дна осуществляется разными способами. При этом основной целью является выращивание прикрепленных форм во всей толще воды. Использование всего объема воды для выращивания таких организмов, как устрицы и мидии, позволяет значительно повысить продуктивность с единицы площади поверхности.
Способ заключается в выращивании организмов в подвешенном состоянии с плотов или любых других устройств, закрепленных в дне. При культивировании моллюсков в подвешенном состоянии (рис. 7.1) используют заякоренные плоты. Они представляют собой полистироловую раму, или пустые бочки, поперек которых кладут деревянные брусья размером 5x10 см. Поплавки и брусья скрепляются вместе, и получается плот. Размеры плотов варьируют, но, как правило, они составляют 4X9 м. В створках от старых раковин делают отверстия для нанизывания их на веревки с промежутком 2—10 см. Между каждой парой створок нанизывают перегородки из пластмассы, бамбука или другого материала. Длина веревок определяется глубиной в том месте, где они подвешиваются, или, если глубина большая, прочностью веревки. Затем веревки прикрепляют к поперечным брусьям Нлота. Число веревок, подвешиваемых к одному плоту, зависит от многих параметров, например, скорости приливно-отливных течений, наличия корма в воде, величины предполагаемых потерь. Поскольку эти плоты используются обычно для культивирования двустворчатых моллюсков, их выставляют в местах массового оседания личинок и оставляют там до того момента, когда на створки осядет достаточно спата. Если осевших личинок слишком много, веревки поднимают и лишнюю молодь со створок удаляют для лучшего роста оставшихся. Если район оседания личинок непригоден для роста осевшей молоди, плоты переводят в другой район. Такой метод позволяет эффективно использовать как районы с интенсивным оседанием молоди, так и высокопродуктивные районы для ее выращивания.
Существует две модификации описанного метода. Первый — аналогичен описанному выше, за исключением того, что старые створки мидий помещают в проволочные сетки, а не нанизывают на веревки (рис. 7.2). Проволочные сетки подвешивают под плотами на веревках или канатах. Второй метод, применяемый в более открытых водах, — культивирование на «ярусах». Поплавки крепят вдоль каната или троса с промежутками (рис. 7.3), а поплавки, расположенные по краям «яруса», прочно заякоривают. Такой тяжелый «ярус» подвешивают горизонтально между поплавками, а веревки со створками подвешивают вертикально к «ярусам». По мере роста моллюсков и утяжеления яруса поплавки стремятся сблизиться, поэтому крайние поплавки необходимо прочно заякоривать.
Культивирование на установках гундёрного1 типа (рис. 7.4) — еще один метод, применяемый в разных районах культивирования моллюсков у дна. Он заключается в том, что к сваям, забитым в дно, прикрепляются просмоленные канаты (Iversen, 1968). На канатах сначала оседает спат, а потом развиваются и растут до половой зрелости моллюски. На последнем году выращивания моллюсков можно помещать в металлические лотки.
Культивирование на лотках (рис. 7.5.) также применяется при выращивании молюсков у дна в открытых системах. Моллюсков помещают в сетчатые корзины. Они «могут быть сделаны из рыболовных сетей, проволоки, пластмассы; или любого другого материала. Корзины подвешивают в воде и укрепляют с помощью вбитых в дно свай или подвешивают под платами. Обрастание таких приспособлений — очень серьезная проблема, особенно если сетка засоряется и тем самым ограничивает поток воды через лотки. Уменьшение проточности замедляет рост моллюсков из-за недостатка кислорода и пищи, с одной стороны, и увеличения концентрации продуктов обмена — с Другой.
Подвешенные в воде садки используют также для выращивания рыбы. В таких системах рыбу (например, сомика-кошку) помещают в плавучие садки. Часто, особенно при выращивании сомика-кошки, плотность посадки рыб высокая, поэтому рыб в садках обязательно подкармливают. При уплотненных посадках возникает проблема дефицита кислорода, за исключением тех случаев, когда скорость протока воды через садки достаточно велика для обеспечения необходимого содержания в ней кислорода и удаления продуктов обмена.
Повышенная продуктивность таких систем достигается, во-первых, в результате использования всей толщи воды, а не только площади поверхности дна, а во-вторых, веревки подвешиваются к плотам таким образом, что между их концами и дном остается еще 30—60 см, что делает объекты культивирования недоступными для хищников. В-третьих, такой метод выращивания позволяет полнее использовать богатые планктоном слои воды. Планктон почти всегда скапливается в верхних слоях воды, а поскольку планктон — основная пища для многих организмов (например, устриц), обитающих в открытых системах подвесного типа, то темп роста их там более высокий. При любом типе культивирования организмов в подвесных устройствах открытых систем существует несколько проблем. Волны могут разрушить или повредить подвесные устройства, например плоты. Движение канатов под действием волн может повредить раковины старых мидий, прикрепленные к канатам, оторвать канаты и тем самым уничтожить всю продукцию. Движение канатов затрудняет прикрепление спата к створкам мидий. Устрицы часто опадают и гибнут. Иногда опадает весь урожай устриц.
Серьезной проблемой является также обрастание установок с моллюсками нежелательными растениями и животными. Например, при культивировании устриц на канатах в Южной Каролине отношение веса обрастания к весу живых устриц составляет от 2:1 до 4:1 (Marshall, 1970). Канаты должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать дополнительный вес обрастаний. Кроме того, обрастание снижает проточность воды через моллюсков, ограничивая поступление кислорода и пищи. Обрастания конкурируют с культивируемыми моллюсками за площадь, пищу и кислород и иногда существенно влияют на урожайность. Интенсивность обрастания зависит от района, времени года и качества воды в открытой системе (например, пресная или соленая). В пресноводной системе проблема обрастания обычно не столь остра. В солоноватоводных и морских открытых системах интенсивность обрастания зависит от района. В некоторых районах она настолько велика, что культивировать моллюсков в подвесных установках невозможно. Тем не менее при современном уровне знаний надежный прогноз интенсивности обрастания для какого-либо водоема дать пока невозможно. В общем случае в более теплых высокопродуктивных водах интенсивность обрастания выше, чем в более холодных и менее продуктивных. Интенсивность обрастания варьирует по сезонам поэтому ее можно предсказать, зная наиболее распространенные для данного района организмы-обрастатели и наблюдая за их жизненным циклом. Наилучший метод изучения — экспериментальный. Предполагаемый для культивирования объект помещают в воду того района, где намечено проводить выращивание, и определяют степень обрастания. Данные за несколько лет более надежны, но некоторые приблизительные подсчеты можно сделать и на основании материалов одного года наблюдений.
При культивировании на плотах, гундёрах и в лотках возникает еще одна проблема — загрязнение воды продуктами обмена культивируемых организмов. Если метаболиты не разносятся течением, они откладываются на дне, где начинаются анаэробные процессы. Выделяемый в воду сероводород может вызвать гибель культивируемых организмов. Такой случай произошел в Чесапикском заливе цри культивировании устриц (Shaw, 1971).
Удобрение водоемов. Продуктивность открытых систем можно значительно повысить путем внесения органических и неорганических удобрений. Органические удобрения (морские водоросли, навоз и пр.) можно использовать только в особых случаях или в ограниченных количествах. Органические удобрения должны быть разложены до неорганических веществ, а для этого необходим кислород. При отсутствии постоянного контроля в воде будет наблюдаться дефицит кислорода. При внесении неорганических удобрений непосредственного уменьшения содержания кислорода не происходит, поскольку они не требуют большого количества кислорода. Однако неорганические удобрения способны вызвать «цветение» водорослей, что также может привести к дефициту кислорода в ночное время или при отмирании водорослей.
Помимо того, что органические удобрения могут вызвать заморы, у них есть еще и другие недостатки. В качестве удобрений обычно используют навоз, который при внесении в пруд с рыбой может вызывать заболевания у населения. В США существуют ограничения на использование навоза для удобрения прудов, где выращивают столовую рыбу.
Кроме того с органическими удобрениями в пруд могут попасть вещества, которые способны придать выращиваемой рыбе неприятный привкус.
Большинство неорганических удобрений содержат азот, фосфор, калий в различных соотношениях. Поскольку один из этих элементов обычно лимитирует рост фитопланктона, внесение удобрений часто вызывает быстрый рост водорослей. В результате роста водорослей — основы пищевой цепи — возрастает продуктивность всей системы. Однако при перенасыщении системы минеральными удобрениями может возникнуть дефицит кислорода, особенно в облачные дни и ночью. Поскольку в продаже имеются удобрения с различным содержанием каждого из этих трех элементов, то состав и количество удобрений определяют по результатам анализа воды в лабораторных условиях.
Внесение удобрений в открытые участки океана, большие реки и озера следует производить с большой осторожностью. Большая часть питательных веществ может быть потеряна из-за диффузии и переноса течениями. В результате применение дорогостоящих удобрений окажется малоэффективным или бесполезным. Вынос питательных веществ также можно рассматривать как один из вариантов загрязнения среды, если они выходят из зоны, где проводится культивирование гидробионтов.
Борьба с заболеваниями гидробионтов
В открытых системах бороться с заболеваниями очень трудно, если вообще возможно. Это один из основных недостатков открытых систем. Однако даже в открытых системах некоторые мероприятия по борьбе с болезнями могут быть эффективными.
Соленость воды ограничивает выживаемость некоторых возбудителей болезней, Классическим примером может служить заболевание MSX устриц2. При солености менее 15‰ MSX не живут, а на устриц она не влияет. Помещение устриц в воду соленостью выше 15‰ дает положительный эффект только в том случае, если культивируемые организмы устойчивы к широкому диапазону солености; кроме того, такую процедуру нужно проводить очень осторожно, чтобы выбрать наиболее подходящий диапазон солености.
В некоторых случаях пестициды могут способствовать борьбе с заболеваниями. Однако правительственные меры по контролю за качеством продуктов питания и медикаментов в значительной степени ограничивают использование пестицидов в борьбе с болезнями культивируемых организмов.
Управление открытыми системами
Управление открытыми системами зависит от их типа и желаемого выхода продукции. Иногда система действует без вмешательства человека, и для обслуживания такой системы особых знаний не требуется. Если целью является получение максимальной продукции, обслуживание такой системой весьма усложняется. Между этими двумя крайними вариантами лежит ряд различных методов управления.
В естественных условиях природа сама управляет системой. Единственное, что остается сделать человеку,— это обловить водоем и переработать улов. Однако в природе чередование урожайных и неурожайных лет — обычное явление. Например, предположим, что создались идеальные условия для существования молоди одного поколения форели. Избыточная численность этого поколения вызовет дефицит корма, задержку роста, увеличение числа хищников и возникновение болезней. В результате смертность форели увеличится. Однако регулирование численности произойдет только после того, как проблема станет острой. Профилактические меры, например дополнительная подкормка или удаление части личинок сразу после выклева, могли бы предотвратить нехватку корма. Это предотвратило бы снижение темпа роста и позволило бы рыбе проявить полностью свой генетический потенциал. Для регулирования численности естественных запасов рыб необходимо знание их биологии, факторов окружающей среды и пределов толерантности организмов к ним; воспроизводительных способностей вида и размеров организмов, при которых происходит размножение; выживаемости молоди, кормовых организмов и их биологии, факторов, влияющих на биологию кормовых организмов, и ответных реакций кормовых организмов на изменение этих факторов; характера миграций (если таковые существуют). Кроме того, необходимо устанавливать влияние, промысла на численность рыб и строго контролировать промысел данного вида.
К сожалению, такой полной информации не существует ни для одного вида. Кроме того, для достижения максимальных уловов в открытой системе помимо перечисленных необходимы еще дополнительные сведения. Осуществить на практике полный контроль за добычей какого-либо объекта очень сложно. Таким образом, в современных условиях осуществлять полный контроль в открытых системах для получения максимально устойчивого улова невозможно. Однако максимальный улов можно использовать как основную цель регулирования и стремиться к ее достижению. Несмотря на ограниченные знания открытых систем, предпринимаются попытки управлять этими системами. В будущем предстоит еще многое сделать для максимального использования открытых систем.
Примечания
1. Гундёры — сваи, забитые в дно, между которыми натянуты канаты.
1. MSX — заболевание американских устриц, вызываемое паразитом гаплоспоридией.