Искусственные рифы и затопление судов: создание среды обитания или привлечение рыбы?

Утром 17 мая 2006 года авианосец USS Oriskany длиной 911 футов погрузился под поверхность Мексиканского залива в семи милях к югу от Пенсаколы, штат Флорида, всего за 37 минут. Он опустился на морское дно на глубине 212 футов, став самым большим судном, когда-либо намеренно затопленным в качестве искусственного рифа в американских водах. В течение нескольких месяцев морские исследования зафиксировали появление амберджека, групера и лопатохвоста в верхних частях корпуса. В течение трех лет на месте крушения собирались для нереста промыслово значимые виды, и оно ежегодно привлекало более 15 000 посещений дайверов.

История Oriskany — убедительный символ практики — затопления судов для создания морской среды обитания — которая одновременно является более сложной с научной точки зрения и более тонкой с экологической, чем обычно признается в ее рекламных материалах. Развертывание искусственных рифов расширилось по всему миру за последние четыре десятилетия, охватывая затонувшие суда, бетонные модули, карьерный камень и скульптурные инсталляции, от утилитарных до театральных. Понимание того, что эти структуры на самом деле делают для морских экосистем — в отличие от того, что утверждают их сторонники — требует вовлечения в один из самых стойких споров в науке о морском рыболовстве: дебаты «продукция против привлечения».

Вопрос «Продукция против Привлечения»

Центральный научный вопрос об искусственных рифах обманчиво прост: когда рыба собирается вокруг установленной структуры, увеличивается ли общее количество рыбы в экосистеме (продукция), или та же рыба просто перераспределяется из естественных сред обитания к искусственной структуре (привлечение)? Ответ имеет огромное значение для управления. Если искусственные рифы преимущественно привлекают и концентрируют рыбу из окружающих природных рифов, их размещение может нанести вред рыболовству, делая рыбу легче обнаруживаемой и вылавливаемой — явление, иногда описываемое как агрегационный промысел — при этом не принося никакой чистой выгоды для экосистемы. Если они действительно производят новую рыбу, предоставляя среду обитания для мальков, пищевые ресурсы и убежище, отсутствующие ранее в водной толще над мягкими донными отложениями, они представляют собой законный инструмент для улучшения рыболовства.

Джеймс Бонсак, биолог по рыболовству из NOAA, наиболее влиятельно сформулировал эту дихотомию в работе, ставшей основополагающей для этой области. Бонсак проанализировал высокие темпы колонизации, высокую плотность рыбы и повышенный улов за единицу усилий, наблюдаемые на искусственных рифах, и утверждал, что эти наблюдения в равной степени согласуются как с привлечением, так и с продукцией. Он предположил, что ограничение среды обитания, а не ограничение популяции, может быть механизмом, лежащим в основе: рыба может перемещаться на искусственные рифы, потому что естественная рифовая среда обитания уже насыщена — что поддерживало бы гипотезу продукции — но то же наблюдение согласуется с простым предпочтением новой структуры независимо от любого эффекта на уровне популяции. Его формальное рассмотрение применения морских заповедников к управлению рифовым рыболовством установило критический принцип управления, лежащий в основе всех последующих обсуждений: ценность искусственного рифа для сохранения полностью зависит от того, защищена ли его агрегированная популяция рыбы от промысла или просто сделана более доступной для вылова [1].

Математические инструменты для формального разложения эффектов продукции и привлечения были разработаны Озенбергом и его коллегами в статье 2002 года в *ICES Journal of Marine Science*, которая представила количественную основу для отнесения изменений плотности рыбы на искусственных рифах к каждому механизму [2]. Комбинируя демографические параметры — темпы роста, смертности и перемещения — с обследованиями изобилия на искусственных и естественных рифах, эта основа могла оценить, какая часть любого наблюдаемого увеличения плотности представляла собой истинное пополнение популяции. Примененный к данным нескольких хорошо изученных рифовых систем, этот подход показал, что оба механизма действуют одновременно, и что баланс между ними существенно варьируется в зависимости от конструкции рифа, местоположения и контекста окружающей среды обитания [2].

Брикхилл, Ли и Конноли развили это заключение в обзоре 2005 года в *Journal of Fish Biology*, который синтезировал методологические усовершенствования прошедших лет [3]. Они выделили две ключевые переменные в дизайне, которые смещают баланс в сторону производства: размещение искусственных рифов в районах с реальным дефицитом среды обитания (т.е. над мягкими отложениями далеко от естественных рифов) и проектирование структур с достаточной внутренней сложностью для поддержания беспозвоночных, служащих пищей, а также убежища для рыбы. Структуры, расположенные непосредственно рядом с существующими естественными рифами в уже богатых средой обитания местах, скорее всего, будут функционировать преимущественно как аттрактанты; те, что расположены в структурно обедненных средах, имеют наибольший потенциал для истинного увеличения продукции [3].

Использование экологических процессов для руководства проектированием

Статья Маргарет Миллер 2002 года в *ICES Journal of Marine Science* на тему экологических процессов в проектировании искусственных рифов синтезировала биологические механизмы, управляющие сукцессией сообществ на твердых субстратах, и сделала практические выводы для управления [4]. Миллер подчеркнула, что колонизация искусственных рифов следует тем же сукцессионным процессам, что и развитие естественных рифов: пионерные беспозвоночные-колонизаторы — мшанки, гидроиды, серпулиды — создают микросреду обитания, которая поддерживает вторичных колонизаторов, включая губок и мягких кораллов, которые, в свою очередь, привлекают рыбные сообщества, делающие рифы экологически и экономически продуктивными.

Время, необходимое для этой сукцессии, не тривиально. Вновь построенные сооружения обычно поддерживают рыбные сообщества в течение нескольких недель, но обрастающие беспозвоночные сообщества, которые лежат в основе трофической структуры рифа, требуют годы или десятилетия, чтобы приблизиться к сложности естественных рифов. Управленческие решения — в частности, о защите искусственных рифов от вылова во время этой фазы сукцессии — оказывают существенное влияние на траекторию развития сообщества. Миллер утверждала, что искусственные рифы следует рассматривать не как статичные объекты, а как среды обитания, управление которыми должно развиваться параллельно с их экологическим развитием [4].

Структурная шероховатость — трехмерная сложность поверхности рифа — является самым сильным архитектурным предсказателем разнообразия и численности рыбных сообществ. Высокосложные структуры с пустотами, выступами и узкими проходами обеспечивают убежище от хищников для молоди рыб, создавая де-факто питомники, которые способствуют пополнению популяции. Это привело к разработке специально спроектированных рифовых элементов — шестиугольных бетонных модулей, риф-шаров и оригинальных индивидуальных конструкций — которые максимизируют площадь поверхности и внутреннюю сложность относительно стоимости строительства. Простые бетонные блоки или груды щебня, хотя функционально превосходят голое дно, уступают специально разработанным модулям практически по всем биологическим показателям.

USS Oriskany: Экологическая подготовка на практике

Подготовка “Орискани” перед затоплением была самой всеобъемлющей экологической санацией, когда-либо применявшейся к судну в водах США, и отражает Лучшие методы управления для подготовки судов, предназначенных для создания искусственных рифов, разработанные Агентством по охране окружающей среды США и утвержденные в 2006 году. В течение четырех лет, предшествовавших затоплению, подрядчики удалили примерно 700 тонн опасных материалов: полихлорированных дифенилов (ПХД) из электрических кабелей и конденсаторов, асбеста из изоляционных и огнеупорных материалов, остатков нефти из топливных баков и тяжелых металлов из систем окраски и оборудования.

Загрязнение ПХД потребовало официальной экологической оценки риска и одобрения EPA в соответствии с Законом о контроле над токсичными веществами. Оценка показала, что остаточные концентрации ПХД в материалах, которые невозможно было экономически удалить, представляют собой приемлемые экологические риски при запланированной глубине и местоположении, учитывая разбавление, захоронение в отложениях и ограничения биодоступности ПХД, связанных в герметичных стальных матрицах. Одобрение было условным и вызвало споры, поскольку экологические группы утверждали, что остаточное загрязнение представляет неприемлемый долгосрочный риск для донных сообществ, которые будут колонизировать корпус.

Десятилетний биологический мониторинг "Орискани" дал результаты, которые в целом соответствуют прогнозам для крупной, сложной структуры, развернутой на относительно бедной среде обитания песчаной подложке. Видовое богатство и биомасса рыбы на участке значительно превышают показатели схожих участков с мягкими отложениями и выгодно сопоставимы с естественными низкорельефными известняковыми рифами в регионе. На участке были задокументированы нерестовые скопления красного луциана (*Lutjanus campechanus*) — экологически значимые, поскольку места скопления луциана в Мексиканском заливе являются ограничивающим фактором среды обитания для промыслово важного и исторически переловленного вида. Были ли эти скопления рыб привлечения из других мест или новые поселенцы, поддерживаемые пищевыми ресурсами участка, формально не было решено — отражая более широкую неопределенность "продукция-привлечение", которую формализовали Озенберг и др. [2].

MUSA: Искусственные рифы как искусство

На дальнем конце спектра дизайна искусственных рифов находится Museo Subacuático de Arte (MUSA) у берегов Канкуна, Мексика — подводный сад скульптур, состоящий примерно из 500 человеческих фигур в натуральную величину, созданных британским скульптором Джейсоном деКейресом Тейлором и установленных на глубине от четырех до восьми метров рядом с Национальным морским парком Канкуна. MUSA представляет собой намеренное слияние культурного экотуризма и создания рифов: скульптуры специально разработаны для стимулирования колонизации кораллов за счет высококислотного морского бетонного субстрата.

По замыслу, MUSA выполняет несколько функций одновременно. Как художественная инсталляция, она отвлекает сноркелеров и дайверов от прилегающей естественной рифовой системы, снижая антропогенное давление на коралловые сообщества парка. Как искусственный риф, он развил заметные рыбные сообщества и коралловые обрастания с момента первых инсталляций в 2009 году. Как инструмент для экологической коммуникации, он привлек значительное международное внимание СМИ к рифовой системе Канкуна и к сохранению морской среды в целом.

Биологические результаты скромны по сравнению с амбициями: на глубине от четырех до восьми метров скульптуры находятся в зоне, наиболее подверженной воздействию прибойных волн от туристов, загрязнению солнцезащитными кремами и эвтрофикации от прибрежного стока. Колонизация кораллов была пятнистой, а разнообразие рыбного сообщества остается ниже, чем на сопоставимых естественных рифах на этом участке. Однако сокращение дайвинг-нагрузки на естественный риф парка — основная цель сохранения — по-видимому, было частично достигнуто, при этом туроператоры сообщают, что участки MUSA составляют значительную долю посещений дайверов, которые в противном случае сосредоточились бы на естественной рифовой системе.

Протоколы экологической подготовки: что требует наука

Уроки, извлеченные из опыта "Орискани", MUSA и нескольких десятилетий исследований искусственных рифов, были консолидированы в постоянно ужесточающиеся протоколы подготовки и размещения. Ключевые рекомендации от Агентства по охране окружающей среды США (US EPA), NOAA и Международной конференции по искусственным рифам охватывают четыре основные области.

Удаление опасных материалов является обязательным для судов. Нефть, ПХД, асбест, противообрастающая краска на основе трибутилтина и боеприпасы должны быть удалены или загерметизированы перед затоплением. Для нелодочных конструкций отсутствие вымываемых загрязнителей из строительных материалов — особенно переработанных материалов, таких как зольный бетон и продукты сгорания угля — должно быть подтверждено стандартизированными протоколами испытаний на вымывание. Несколько ранних программ по созданию искусственных рифов использовали угольную золу в качестве структурного материала, исходя из предположения, что уплотнение предотвратит вымывание; последующие исследования выявили повышенные концентрации тяжелых металлов в перекрывающих отложениях и биологических тканях, что привело к мораторию на использование материалов на основе золы для рифов во многих юрисдикциях.

Размещение должно учитывать экологические возможности, безопасность судоходства, цели управления рыболовством и стабильность отложений. Структуры, размещенные в районах сильных донных течений, рискуют быть засыпаны песком; те, что находятся в фарватерах, создают навигационные опасности; те, что непосредственно прилегают к существующим высококачественным естественным рифам, могут функционировать в основном как аттракторы, а не производители [3]. Анализ дефицита среды обитания — оценка того, отсутствует ли в предложенном районе жесткая подложка, которая в противном случае ограничивала бы размер популяции рыбы — все чаще требуется в рамках процесса получения разрешений в хорошо управляемых юрисдикциях.

Требования к мониторингу были усилены после громких провалов ранних программ, которые развертывали материалы, так и не оценив впоследствии биологические результаты. Стандартные протоколы мониторинга теперь включают базовые обследования состава донного сообщества до развертывания, за которыми следуют ежегодные обследования рыбы и беспозвоночных с использованием последовательной методологии — обычно видеосъемка или визуальный учет с аквалангом — в течение минимум пяти-десяти лет после развертывания.

Интеграция управления рыболовством — возможно, самый критический и наиболее часто игнорируемый элемент. Искусственный риф без сопутствующих ограничений на рыболовство в районах с высоким рыболовным давлением, как установила работа Бонсака, вероятно, будет функционировать как устройство для агрегации рыбы, которое способствует последовательному истощению привлеченного сообщества [1]. Юрисдикции, которые зонируют искусственные рифы как зоны без изъятия во время начальной фазы сукцессии — переходя к управляемому доступу после стабилизации развития сообщества — постоянно сообщают о лучших долгосрочных экологических результатах, чем те, что имеют неограниченный доступ с первого дня [4].

Баланс

Искусственные рифы и затопление судов занимают научно обоснованную, экологически обусловленную и чрезвычайно популярную нишу в области сохранения морской среды и рекреации. В правильных условиях — места размещения с бедным средой обитания, тщательная экологическая подготовка, специально разработанная структурная сложность, защищенный доступ во время сукцессии и интеграция с более широким управлением рыболовством — они демонстративно увеличивают местное биоразнообразие и численность рыбы и предоставляют подлинные экосистемные услуги. В неправильных условиях — близость к существующим естественным рифам, неадекватное удаление опасных материалов, неограниченный доступ для рыболовства с момента размещения — они могут концентрировать рыбу для более легкого улова, выщелачивать загрязняющие вещества в чувствительные донные сообщества и создавать ложное впечатление, что инженерные решения могут заменить защиту среды обитания.

Вопрос "продукция против привлечения", впервые получивший математическую строгость благодаря Озенбергу и соавт. [2] и синтезированный Брикхиллом и соавт. [3], не был окончательно решен на уровне популяции — и, возможно, никогда не будет, учитывая логистическую сложность отслеживания перемещений отдельных рыб на соответствующих ландшафтных масштабах. Что накопленная наука твердо устанавливает, так это то, что оба механизма действуют, баланс между ними определяется дизайном и выбором управления, сделанными до и после развертывания, и поэтому природоохранная ценность любого искусственного рифа определяется не биологией колонизации, а управленческими решениями, связанными с ним.

Дайвер, поднимающийся с затонувшего корабля, покрытого горгониевыми веерами, стайками рыб и обрастающими губками, становится свидетелем подлинного экологического явления — твердая структура на безликом морском дне демонстративно преобразует биологическое сообщество над ней. От нас наука требует сопротивляться автоматическому выводу, что это преобразование является природоохранным достижением. Зависит это от решений, принимаемых в проектных бюро и советах по управлению рыболовством, а не от впечатляющей биологии самой колонизации.