Гулак, Богдан СергійовичHulak, Bohdan S.2023-10-312023-10-312023Гулак Б. С. Оцінка стану популяцій та допустимих рівнів експлуатації основних промислових риб та безхребетних в північно-західній частині Чорного моря: дис. … д-ра філос. : спец. 091 «Біологія» галузі 09 «Біологія» / Б. С. Гулак ; Одес. нац. ун-т ім. І. І. Мечникова. – Одеса, 2023. – 191 с.https://dspace.onu.edu.ua/handle/123456789/36463Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 091 - Біологія. Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2023. Дисертація присвячена вивченню сучасного стану популяцій основних об’єктів українського промислу в Чорному морі: рапани Rapana venosa (Valenciennes, 1846), креветки трав’яної Palaemon adspersus (Rathke, 1837), анчоуса європейського Engraulis encrasicholus (Linnaeus, 1758), шпрота європейського Sprattus sprattus (Linnaeus, 1758) та калкана Scophthalmus maximus (Linnaeus, 1758). Впродовж 2017-2021 рр. відібрано та проаналізовано 346 проб з уловів різноглибинних тралів, бімтралів, зябрових сіток, креветкових ятерів та інших знарядь лову. Вивчено розмірно-вікову та статеву структуру популяцій досліджуваних видів. Проведено оцінку їх темпів росту та природної смертності. Проаналізовані дані багаторічної промислової статистики в водах України та в усьому Чорному морі. Отримані біологічні характеристики разом з даними про обсяги вилову досліджуваних видів були використані для математичного моделювання, з метою оцінки чисельності (біомаси) їх популяцій та рівнів промислової експлуатації. В роботі використовували найбільш сучасні моделі, які широко застосовуються в світовій практиці регулювання рибальства, в тому числі під егідою продовольчої організації ООН (ФАО). Зокрема використовували математичні моделі: LBB (Length-based Bayesian Biomass), BSM (Bayesian State- space Model) та SS3 (Stock Synthesis). Окрім того, для найбільш важливого об'єкта українського промислу - рапани, в рамках проекту «BlackSea4Fish» організованого Генеральною комісією з рибальства у Середземному морі (GFCM), було виконано три зйомки стандартним обліковим бімтралом. В результаті цих зйомок, вперше отримані дані стосовно просторового розподілу рапани на північно-західному шельфі Чорного моря та надана оцінка її біомаси. Під час цих тралових зйомок встановлено що на великих за площею акваторіях, як і раніше, утворюються обширні зони з придонною гіпоксією, що безсумнівно негативно впливає на екологічну ситуацію у цій частині моря. Запас рапани в українських водах північно-західної частини моря, оцінений методом прямого тралового обліку в 2020-2021 рр. коливався в межах 28,5-72,7 тис. т. Результатом математичного моделювання промислової популяції цього виду за допомогою BSM аналізу стала оцінка запасу на рівні 35,7 тис. т. Інтенсифікація промислу останні роки не призвела до надмірної експлуатації запасу. Незважаючи на зростаючі обсяги вилучення рапани істотні зміни в структурі її популяції не були відзначені. Вочевидь це пояснюється високою плодючістю даного вида- вселенця, який не має природних ворогів в чорноморських водах, а також високою чисельністю його кормових об'єктів на мілководному шельфі в морській зоні України. Використовуючи модель LBB, вдалось встановити, що впродовж 2017-2020 рр. відбулось збільшення рівня відносної промислової смертності трав’яної креветки з 0,7 до 1,2. Водночас відношення поточної біомаси до біомаси, рівень якої забезпечує максимально стійкий вилов (B/Bmsy), у 2020 р. дорівнювало 1,0, що відповідає оптимальному рівню експлуатації ресурсу цього виду. Визначено, що внаслідок потрапляння великої кількості нецільових видів промислу, в тому числі молоді риб, в креветкові ятері, доцільно обмежити кількість цих знарядь лову на рівні близько 800 одиниць. Для анчоуса встановлено зниження середнього розміру риб порівняно з періодом 40-50-х рр. минулого століття. Розраховане для цього виду за допомогою моделі LBB відношення B/Bmsy у 2021 р. склало 2,1. Це свідчить про те, що експлуатація запасу анчоуса українськими добувними підприємствами здійснюється на рівні, який суттєво не досягає допустимих меж його вилову. Значне зниження уловів анчоуса в ставних неводах свідчить про зменшення міграцій цього виду в прибережну зону північно-західної частини Чорного моря. Виявлено, що в розмірній структурі популяції шпрота за останні 50 років відбулись суттєві зміни. В 70-80-х рр. минулого століття в промислових уловах переважали риби довжиною 90-105 мм. Під час наших досліджень більшість риб була представлена значно меншими за розміром особинами - 70-90 мм. Значення коефіцієнта природної смертності в популяції обчислено на рівні 1,02. Розраховане за допомогою моделі LBB відношення B/Bmsy у 2021 р. склало 1,5. Оцінена за допомогою моделі SS3, нерестова біомаса шпрота в 2021 р. склала 10,4 тис. т, а значення його максимально допустимого вилову становило 3,8 т. Ці параметри експлуатованого запасу шпрота, які отримані за допомогою двох моделей вказують на те, що промисел в українських водах не завдає шкоди популяції. Оцінена за допомогою моделі SS3, нерестова біомаса калкана у водах всієї північно-західної частини Чорного моря в 2019 р. досягнула свого максимуму за останні 20 років і склала 6,4 тис. т, а значення максимально допустимого вилову становило 836 т. Результати оцінки стану запасу цього виду в північно-західній частині Чорного моря вказують на те, що його промисел в українських водах відбувається на рівні близькому до оптимального. Проте запас калкана до цього часу не досяг повного відновлення після інтенсивного перелову викликаного незаконним промислом турецьких рибалок на північно-західному шельфі моря. Про це, насамперед, свідчить тенденція до омолодження популяції протягом останніх десятиліть. Встановлено, що неблагополучний стан популяцій і промислу анчоуса та шпрота в українських водах в останні роки виник внаслідок погіршення екологічної ситуації в шельфовій зоні, а не через вплив промислу. Найбільш негативними факторами, які сприяють зменшенню запасів масових пелагічних риб в північно-західній частині Чорного моря є регулярні заморні явища, евтрофікація вод, яка продовжується багато десятиліть, та вплив інвазивних видів. Реброплав мнеміопсис Mnemiopsis leidyi (A. Agassiz, 1865) створює значну харчову конкуренцію пелагічним рибам, а також молоді демерсальних риб, нерест яких відбувається у весняно-літній час. Окрім того він активно харчується ікрою та личинками цих видів риб. Особливо сильно мнеміопсис вплинув на популяцію шпрота, що позначилось на його розмірно-масових характеристиках та темпах росту порівняно з минулими роками. Щорічний масовий розвиток та наступне відмирання донних макрофітів у весняно-літній період призводять до збільшення кількості розчиненої органіки у воді. Знищення поселень молюсків-фільтраторів рапаною призвело до порушення процесів седиментації та деструкції органічної речовини. Очевидно що всі ці явища сприяють загальному погіршенню якості водного середовища та сильно позначуються на умовах нагулу та нересту анчоуса та шпрота. Водночас, наявність у прибережних водах великої кількості нерозчиненої органіки, мало впливає на ресурс креветок. Очевидно, що залишки відмерлих макрофітів навпаки створюють додаткову кормову базу для цих ракоподібних.The PhD thesis in Biology by specialty 091 “Biology”. - Odesa I. I. Mechnikov National University, Odesa, 2023. The PhD dissertation is devoted to the study of the current state of populations of the main objects of Ukrainian fishery in the Black Sea: rapa whelk Rapana venosa (Valenciennes, 1846), Baltic prawn Palaemon adspersus (Rathke, 1837), European anchovy Engraulis encrasicholus (Linnaeus, 1758), European sprat Sprattus sprattus (Linnaeus, 1758) and turbot Scophthalmus maximus (Linnaeus, 1758). During 2017-2021, 346 samples from catches of midwater trawls, beam-trawls, gill nets, shrimp fyke nets and other fishing gear has been selected and analyzed. The size-age and sex structure of the populations of the main commercial fish and invertebrates was studied. Their growth rates and natural and fishing mortality rates were assessed. The data of long-term fishery statistics in the northwestern part of the Black Sea (Ukrainian part) and throughout the entire Black Sea were analyzed. The obtained data on the biological characteristics of the catch volumes of the studied species were used for mathematical modeling in order to estimate the number (biomass) of their populations and the levels of fishery exploitation. The research utilized state-of- the-art models that are widely employed in the international realm of fisheries management, including under the auspices of the United Nations Food and Agriculture Organization (FAO). In particular, mathematical models were used: LBB (Length-based Bayesian Biomass), BSM (Bayesian State-space Model) and SS3 (Stock Synthesis). Besides for the most important object of the Ukrainian fishery - rapa whelk, within the framework of the "BlackSea4Fish" project organized by the General Commission for Fisheries in the Mediterranean Sea (GFCM), three surveys with a standard accounting beam-trawl were carried out. As a result of these surveys, data on the spatial distribution of rapa whelk on the northwestern shelf of the Black Sea and an estimate of its biomass were obtained for the first time. During these beam-trawl surveys, it has been established that, as before, widespread zones with bottom hypoxia are formed on large shelf areas, which undoubtedly negatively affects the ecological situation in this part of the sea. The stock of rapa whelk in the Ukrainian waters of the northwestern part of the Black Sea, has been estimated by the method of direct trawl accounting in 2020-2021, ranged from 28.5 to 72.7 thousand tons. The result of mathematical modeling of the commercial stock of this species using BSM analysis was the estimation at the level of 35.7 thousand tons. The intensification of fishery in recent years did not lead to excessive exploitation of the stock. Despite the growing volumes of rapa whelk fishery, no significant changes in the structure of its population were noted. Obviously, this is explained by the high fertility of this alien species, which has no natural enemies in the Black Sea waters, as well as the high number of its food objects on the shallow shelf in the marine zone of Ukraine. Using the LBB model, it was possible to establish that during 2017-2020 there was an increase in the level of relative fishing mortality of Baltic prawn from 0.7 to 1.2. At the same time, the ratio of the current biomass to the biomass, the level of which ensures the maximum sustainable yield (B/Bmsy), was equal to 1.0 in 2020, which corresponds to the optimal level of exploitation of the resource of this species. It was determined that due to the entry of a large number of non-target fishery species, including undersized fish, into shrimp fyke nets, it is advisable to limit the number of these fishing gears to the level of about 800 units. A decrease in the average size of anchovy compared to the period of the 40s and 50s of the last century was established. The B/Bmsy ratio calculated for this species using the LBB model in 2021 was 2.1. This indicates that the exploitation of the anchovy stock by Ukrainian fishery enterprises is carried out at a level that significantly does not reach the permissible catch limits. A significant decrease in anchovy catches in pound nets indicates a reduction of migrations of this species to the coastal zone of the northwestern part of the Black Sea. It was found that the size structure of the sprat population has undergone serious changes over the last 50 years. In the 70s and 80s of the XX century, commercial catches were presented by fish with a length of 90-105 mm. During our research, the majority of fish were represented by much smaller individuals - 70-90 mm. The value of the natural mortality rate in the population was rated at the level of 1.02. The B/Bmsy ratio calculated using the LBB model in 2021 was 1.5. Estimated using the SS3 model, the spawning biomass of sprat in 2021 was 10.4 thousand t, and its maximum allowable catch value was 3.8 t. These parameters of the exploited stock of sprat, obtained using the two models, indicate that fishery in Ukrainian waters does not harm of the population. Estimated using the SS3 model, the spawning biomass of turbot in the waters of the entire northwestern part of the Black Sea in 2019 reached its maximum in the last 20 years and amounted to 6.4 thousand tons, and the value of the maximum allowable catch was 836 tons. The results of the assessment of the stock of this species in the northwestern part of the Black Sea indicate that its fishery in Ukrainian waters is at a level close to optimal. However, the turbot stock has not yet fully recovered after intensive overfishing caused by illegal fishery by Turkish fishery on the northwestern shelf of the Black Sea. This, is mainly evidenced by the tendency to rejuvenate the population in recent decades. It was established that the unfavorable state of anchovy and sprat populations and fisheries in Ukrainian waters in recent years arose as a result of the deterioration of the ecological situation in the shelf zone, and not due to the influence of fishery. The most negative factors that contribute to the reduction of mass pelagic fish stocks in the northwestern part of the Black Sea are regular hypoxia events, eutrophication of waters that continues for many decades, and the impact of invasive species. Mnemiopsis leidyi (A. Agassiz, 1865) creates significant food competition for pelagic fish, as well as young demersal fish that spawn in spring and summer. In addition, it actively feeds on caviar and larvae of these types of fish. Mnemiopsis had a particularly strong impact on the sprat population, which affected its size and mass characteristics and growth rates compared to previous years. The annual mass development and subsequent death of benthic macrophytes in the spring-summer period led to an increase in the amount of dissolved organic matter in the water. The destruction of mollusks settlements by rapa whelk led to the disruption of the processes of sedimentation and destruction of insoluble organic matter. It is obvious that all these phenomena contribute to the general deterioration of the quality of the aquatic environment and strongly affect the conditions of grazing and spawning of anchovy and sprat. At the same time, the presence of a large amount of undissolved organic matter in coastal waters has little effect on Baltic prawn resources. Probably, the remains of dead macrophytes, on the contrary, create an additional feed base for these crustaceans.ukрапанакреветка трав’янашпрот європейськийанчоус європейськийкалкансмертністьтемпи ростуструктура популяціїбіомасачисельністьпівнічно-західна частинаЧорне морепромислові рибипромисловий ловінвазивні видиrapa whelkBaltic prawnEuropean spratEuropean anchovyturbotmortalitygrowth ratespopulation structurebiomassnumbernorthwestern partBlack Seacommercial fishcommercial fisheryinvasive speciesThesis