Обрастания судов и гидробиотехнических установок. Методы борьбы с обрастанием

Введение.

 

В настоящее время проблемы обрастания гидробиотехнических сооружений становятся все более актуальными. С явлением морского обрастания человек столкнулся со времени постройки первых судов и примитивных подводных сооружений. Проблема защиты от обрастания известна еще из античной литературы V века до н. э. Вначале, очевидно, это явление не имело серьезного практического значения, но с течением времени оно переросло в актуальную проблему. [2] Общеизвестна негативная роль морского обрастания в хозяйственной деятельности человека. Одной из важных проблем исследований в биологии является изменение закономерностей в формировании и функционировании морских сообществ обрастания. Необходимость изучения обрастания гидробиотехнических установок возникла с развитием хозяйств марикультуры, в которых применялись технологии подвесного выращивания двустворчатых моллюсков. Установки марикультуры, как любые гидротехнические сооружения на морском шельфе, являются субстратом для морских организмов, сами становятся частью окружающей среды, существенно изменяя динамику, состав и структуру экосистем.

Сильное обрастание конструкций  гидробиотехнических сооружений увеличивает их общий вес, снижает штормоустойчивость, повышает материалоемкость производства. Обрастание установок марикультуры вынуждает делать частые пересадки моллюсков и проводить очистку от обрастания. Обрастатели конкурируют с культивируемыми моллюсками за пространство, пищу и кислород, существенно влияя на урожайность. Кроме того, обрастатели усугубляют проблему загрязнения используемой акватории - фекалии и псевдофекалии беспозвоночных, скапливаясь под плантациями, стимулируют процессы сероводородного брожения с последующим заражением дна и подъемом сероводорода к культивируемым моллюскам. Загрязнение водной среды снижает урожайность культивируемых организмов. [3]

Обрастание подводной части  судов представляет собой особую проблему. В процессе эксплуатации судна обрастание отрицательно влияет на его гидродинамические характеристики, что приводит к ухудшению ходовых  свойств. Это прежде всего потери скорости хода судов, достигающие 50% от номинальной; ухудшение маневренности судна; повышение расхода топлива в связи с необходимостью поддерживать коммерчески оправданную скорость перевозки грузов; преждевременный износ машин и оборудования. Все это приводит к учащению докований и к ухудшению эксплуатационных показателей флота в целом. Для работников тепловых электростанций и других предприятий, использующих в системе охлаждения морскую воду, это зарастание водоводов морскими прикрепленными организмами, делающее порой эксплуатацию труб невозможной. Обрастание гидроакустических приборов (эхолотов, локаторов, устройств связи) вызывает снижение их чувствительности вплоть до выхода прибора из строя. [1]

 

 

 

Обрастание – это сообщество животных и растений, обитающих на твердом субстрате. Обычно в нем  преобладают прикрепленные организмы, а подвижные обитают среди  них, используя их в качестве пищи и убежища. Обрастание антропогенных  субстратов практически не отличается от обрастания природных.

Обрастание встречается во всех водах, как морских, так и пресноводных, и на любых глубинах, где есть твердый субстрат. Однако состав воды, скорость ее движения, освещенность, загрязнение  и другие факторы влияют на видовой  состав обрастания. Организмы-обрастатели морей, солоноватых и пресных вод в большинстве случаев различные. Количество пищи оказывает влияние в первую очередь на обилие обрастания и меньшее на его состав.

Морское обрастание делится на прибрежное, глубоководное и океаническое. Прибрежное состоит из большого количества видов и имеет, как правило, большую биомассу, исчисляемую, в среднем, килограммами на 1 м2, а иногда десятками, до 100 – 150 кг/м2. В нем преобладают двустворчатые моллюски (митилиды, устрицы и др.), из усоногих раков Balanomorpha, мшанки, полихеты, гидроиды и др.

Глубоководное обрастание отличается от первого небольшим числом видов  и малой биомассой, порядка десятков и сотен г/м2. Однако это на порядок и более выше, чем встречается на мягких субстратах. Здесь из усоногих раков преобладают Scalpallidae.

Океаническое обрастание встречается  во всех океанах, кроме районов, покрытых льдом, и большинства внутренних морей. Состав обрастателей ограничен. Здесь преобладают усоногие раки из Lepadomorpha (Lepas, Conchoderma), которые составляют более 90 % всего океанического обрастания; несколько видов мшанок, водорослей, крабов и полихет. Биомасса невелика, около 100 – 200 г/м2, но возникает это обрастание чрезвычайно быстро.

Основные обрастатели – сидячие организмы, второстепенные – подвижные. В разных условиях преобладают различные виды и группы их. Обрастатели встречаются практически во всех типах животных и ряде типов водорослей. Число видов макрообрастателей, обнаруженных на антропогенном субстрате, в настоящее время составляет более 3000, а на природном – более 20000. Особенно опасны обрастатели эврибионты, которые распространены очень широко, дают большую биомассу и, как правило, стойки к защите от обрастания. [5], [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные обрастатели

Наиболее часто в обрастании встречаются следующие группы организмов.

 

Бактерии встречаются всюду  в обрастании. Они первыми появляются на чистой поверхности, помещенной в  воду. Особенно большую роль играет бактериальная пленка вместе с низшими  водорослями в начале развития обрастания. Для оседания личинок некоторых  макрообрастателей необходимо присутствие первичной пленки, для других это безразлично.

Губки (Spongia) редко играют руководящую роль в обрастании антропогенных субстратов в морях и океанах, за исключением некоторых старых причалов и молов.

Кишечнополостные (Hydroidea) очень часто встречаются в обрастании, но биомасса их редко бывает велика и поэтому к руководящим эта группа относится редко, если исключить обрастание рифообразующими кораллами. Гидроиды растут быстро и могут появляться через несколько дней или недель после начала заселения субстрата. В это время биомасса гидроидов может превышать биомассу других организмов. Они преобладают в морском обрастании в холодных и умеренных водах. Кораллы очень чувствительны к загрязнению и в гаванях и на судах они практически не встречаются.

Мшанки (Bryozoa) часто встречаются в обрастании как в пресных, так и в морских водах.

В морях это в основном известковые  мшанки (Membraniporidae и др.), инкрустирующие тонкой известковой коркой или веточками чистые поверхности и нарастая на других обрастателях. Мшанки редко дают большую биомассу, но среди морского обрастания это одни из наиболее часто встречающихся групп. Быстрый ток воды, как и для многих других обрастателей, благоприятен для них. Важно также, что колониальность этих животных, так же как и гидроидов, благоприятна для поселения на твердом субстрате, так как из одной личинки может возникнуть большое сообщество, занимающее значительную площадь и дающее огромное количество половых продуктов. [6]

Моллюски (Mollusca) почти всегда встречаются как в морском, так и в пресноводном обрастании, но это, прежде всего, двустворчатые моллюски (Bivalvia). Другие группы, например брюхоногие моллюски (Gastropoda), панцирные (Loricata) и др., также иногда обитают среди обрастателей, но никогда не являются в нем руководящими формами. Из двустворчатых моллюсков обрастателями являются далеко не все, а только те, которые могут плотно прикрепляться к субстрату биссусом, такие, например, как мидии (Муtilidae), или прирастать к нему, как устрицы (Ostrea).

Обрастание двустворчатыми моллюсками развивается позже развития быстрорастущих обрастателей (водорослей, гидроидов, мшанок, усоногих раков). Обычно только в многолетнем обрастании преобладают эти организмы.

Моллюски, прикрепляющиеся биссусом, не выдерживают очень сильного тока воды и обитают в основном в кормовой части судов. Прирастающие моллюски (некоторые устрицы) предпочитают места с быстрым током воды в природе и могут обитать и в носовой части корпуса. Но, как правило, устрицы сильнее, чем мидии, чувствительны к загрязнению и поэтому реже встречаются в обрастании судов. [6] Рост двустворчатых моллюсков довольно медленный, поэтому они, как правило, преобладают в заключительной стадии развития обрастания.

Ракообразные (Crustacea) почти всегда встречаются в морском обрастании. Но если подвижные раки (Amphipoda, Decapoda, Ostracoda, Isopoda и др.) и попадаются в нем, то, как правило, в небольшом количестве. Одной из основных групп в обрастании являются усоногие раки (Cirripedia). Они появляются в обрастании через одну-две недели и уступают, но не всегда, первенствующее положение моллюскам обычно не раньше чем через 1 – 2 года, а так же они длительное время переносят загрязнение, опреснение и другие неблагоприятные факторы.

Иглокожие (Echinodermata) встречаются только в морях и океанах на стационарных установках в густом обрастании. В основном это морские звезды (Asteroidea), редко представители других классов этого типа. Иглокожие регулируют численность основных обрастателей и в этом качестве даже могут быть полезны. Так, морские звезды выедают двустворчатых моллюсков, морские ежи – водоросли.

Оболочники (Tunicata) часто встречаются в обрастании стационарных объектов, реже в обрастании судов в морях и океанах. Одиночные асцидии играют небольшую роль в обрастании, но колониальные нередко могут покрывать значительные площади на судах, буях, сваях и различных подводных сооружениях. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Отношения организмов внутри  сообществ и механизм обрастания

Несмотря на то, что состав обрастания варьирует в зависимости от условий  среды, развитие его подчиняется  определенным законам. Вначале всегда образуется первичная пленка, состоящая  из бактерий и низших водорослей.

Развитие первичной пленки происходит в 2 этапа; сначала поселяются бактерии при малом количестве диатомовых водорослей, затем формируется пленка из диатомовых водорослей. Количество бактерий зависит от количества живых  и мертвых диатомовых планктона, продуктами разложения и метаболитами которых они питаются, а также  от величины растворенного органического  вещества (РОВ) окружающей воды.

Опыты показали, что большинство  обрастателей предпочитают оседать на поверхность, покрытую пленкой.  В некоторых случаях органическая пленка неодинаково влияла на оседание на стекле и пластике. [8] Что касается защиты пленкой обрастания от ядов, то оказалось, что тонкая слизистая пленка накапливает яд и препятствует поселению макрообрастателей, тогда как толстая пленка мешает проникновению ядов и уменьшает их противообрастающее действие.

Отношения организмов внутри сообществ  обрастания чрезвычайно сложные. Неоднократно отмечалось как облегчение оседания последующих обрастателей первыми, так и подавление первых последними. Гидроиды подавляют балянусов; губки – балянусов, асцидий, мшанок; гидроид Obella отрицательно воздействует на балянусов, но косвенно положительным образом – на асцидий, которые конкурируют с балянусами. Было выявлено также, что на жестких грунтах колониальные виды побеждают одиночных в борьбе за место, так как их неограниченный рост позволяет непрерывно расширять площадь занятого субстрата и, кроме того, они менее чувствительны к эпибионтам. Опыты с нарастанием колониальных живодных (мшанок) друг на друга показали, что ни один вид не был победителем во всех случаях. Результаты взаимодействия одних и тех же видов между собой оказывались неодинаковыми при разных условиях. [7],[8]

Кроме конкуренции между видами большое значение имеет хищничество. Многие подвижные организмы обрастания поедают сидячих и вызывают изменение развития сообщества.

Одними из наиболее опасных для  обрастателей организмов-хищников являются голожаберные моллюски, которые встречаются во многих прибрежных океанических обрастаниях. Иглокожие – морские ежи и звезды, а также крабы нередко вызывают значительное опустошение среди прибрежного обрастания. При этом в защищенных от прибоя местах Хищников и растительноядных организмов бывает значительно больше и состав обрастания может существенно меняться.

По мере старения сообщества количество видов уменьшается. Первые фазы развития сообщества обрастания контролируются абиотическими факторами, а последние фазы – биотическими. Это не всегда так. Обычно климакс редко продолжается длительное время. Чаще всего шторма, деятельность человека, хищники и другие факторы полностью или частично разрушают обрастание и заселение начинается с начальной или промежуточной фазы.

Борьба за доминирование в обрастании может быть успешной только тогда, если вид обладает постоянным высоким  темпом пополнения, способностью заселять ранее занятый субстрат и быть многолетним, а также обладать способностью предотвращать последующие вторжения и чрезмерный рост эпибионтов. Считается, что настоящей сукцессии у обрастателей нет. В его наблюдениях господство колониальной асцидии было прервано сильным волнением и снова стали преобладать балянусы. Однако прерванный процесс сукцессии и возвращение ко 2-й фазе не значит, что процесс не продолжится снова. Наблюдения показали, что на глубине более 10 м на скалах население стабильное с меньшим числом доминирующих видов, чем на малых глубинах, где сообщество часто разрушается. Это подтверждают и данные, которые установили, что абиотические факторы действуют на обрастание в верхних горизонтах литорали, тогда как в нижних горизонтах литорали и в сублиторали преобладает действие биотических факторов. Правда, последние также изменяют течение развития биоценоза обрастания, причем настолько, что в обрастании не наблюдается ни устойчивого климакса, ни сукцессии. При этом первые поселенцы обычно ограничивали или совсем исключали развитие других видов. При отмирании организмов место их занимали другие виды.

Происходит cмена одних групп организмов другими в сообществах, и в конце развития образуются характерные для климакса сообщества, не обязательно состоящие из определенных видов, но обязательно обладающие характерными свойствами – многолетним развитием, олигомиксностью и способностью отражать нашествия остальных обрастателей. Такими свойствами обладают мидии, устрицы, некоторые асцидии и губки. [5]