ASSESSMENT OF NUTRIENT LOAD AND EFFICIENCY OF THE RUSSIAN STURGEON FARMING IN BRACKISH WATER REGIME IN A CLOSED WATER SUPPLY SYSTEM
Abstract and keywords
Abstract (English):
Fry of Russian sturgeon ( Acipenser gueldenstadtii Brandt et Ratzeburg, 1833) was an object of research in the course of studying the influence of different concentration of water salinity onto the operation of a closed water supply unit and on the intensity of fish growth. Salt medium (3; 5; and 7‰) was made using sodium chloride solution, whose osmotic force corresponded to water salinity in the Northern Caspian - from 0 to 7‰. Temperature and oxygen condition changed within 20.0-22.0°C and 85.0-100.0% of saturation. Maximum fish growth was registered in salinity of 5 and 7‰, increase made 8.0-21.0%. The intensive growth rate proved that sturgeon breeding in brackish waters facilitated more efficient digestion of food components in the fish gastrointestinal tract. Blood indices corresponded to parameters specific for fishes in the natural habitat: haemoglobin - 30.0-45.0 g/l; cholesterol and crude protein - up to 3.5 mmol and 26.0 g/l. Level of lipids was high - 4.8-6.5 g/l, which is characteristic to fish fed with complete dry feed. Osmolality of fish blood serum was within 219.0 ± 2.41 - 239.0 ± 0.94 mmol/kg of H2O and corresponded to the parameters of sturgeons of different age groups in desalinated area in the Northern Caspian. However, increase of water temperature and salinity up to 7‰ affected operation of biological filter and raised the concentration of ammonium nitrogen in water, which lowered viability to 10.0%. Parameters of hydrochemical condition of a closed ecosystem were within normal values under salinity of aqueous medium up to 5‰, which should be taken as optimal for creating brackish regime in the closed water supply units of sturgeon breeding.

Keywords:
recircular system, sturgeon breeding, salinity, Russian sturgeon, hydrochemical parameters, fish-breeding indicators
Text
Возросшая антропогенная нагрузка на морские экосистемы, в том числе южных морей Российской Федерации (перелов, морская нефтегазодобыча, отъём пресной воды на орошение и др.) способствовала деградации среды обитания и снижению количества промысловых запасов осетровых в этих водоёмах. Истощение ценных биоресурсов стимулировало развитие новой отрасли рыбного хозяйства - аквакультуры, в частности товарного осетроводства. К настоящему времени разработана биотехника выращивания различных видов и гибридных форм осетровых рыб в условиях прудовых, садковых и бассейновых хозяйств с целью получения товарной продукции. Особым направлением в технологии воспроизводства рыб является использование установок замкнутого водообеспечения (УЗВ), которые позволяют создавать оптимальные гидролого-гидрохимические параметры для конкретного вида рыб вне зависимости от условий внешней среды. Это способствует увеличению объемов производства рыбы и получению качественной рыбоводной продукции, снижению затрат на корма [1, 2]. Индустриальное выращивание осетровых рыб проводят, как правило, в пресноводных условиях, соблюдая оптимальный температурный и кислородный режимы. Многочисленные исследования и производственный опыт показывают, что выращивание рыб, в том числе и осетровых, в ограниченных объёмах пресной воды может изменять их функциональное состояние. Между тем осетровые - эвригалинные виды, особое значение для нормального роста и развития которых имеет соленость водной среды, что подтверждается многолетними исследованиями по распределению, развитию и интенсивности роста осетровых рыб в море [3-13]. Изучение воздействия солевой среды на физиологическое состояние и рыбоводные параметры позволит создать технологию выращивания осетровых рыб и их гибридов в условиях солоноватоводного режима в УЗВ. Целью нашего исследования стало изучение влияния различной степени солености водной среды на эффективность выращивания молоди русского осетра (Acipenser gueldenstadtii Brandt et Ratzeburg, 1833). Материалы и методы исследования Исследования влияния различной степени солености водной среды (3; 5 и 7 ‰) на эффективность выращивания молоди русского осетра в УЗВ проводили при постоянном контроле температурного и кислородного режимов с применением термооксиметра СyberScan DO 300; динамику водородного показателя контролировали рН-метром HANNA; измерение концентрации биогенных элементов в воде фиксировали с помощью тестов фирмы Tetra. Солёную среду создавали с использованием раствора хлорида натрия, осмотическая сила которого соответствовала солености воды в Северном Каспии - от 0 до 7 ‰. Концентрацию соли контролировали рефрактометром Kelilong RHS-10ATC. Рост и выживаемость выращиваемой рыбы оценивали согласно общепринятым в рыбоводстве методам [14]. Физиологическое состояние оценивали по гематологическим (скорость оседания эритроцитов, гемоглобин) и биохимическим (общий белок, общие липиды, холестерин) показателям [15-20]. Состояние водно-солевого обмена рыб оценивали по уровню осмоляльности сыворотки крови, который определяли криоскопическим методом с помощью осмометра ОМКА 1Ц-01 [21]. В качестве стандарта применяли раствор NaCl с концентрацией 400,0 ммоль/кг H2O. Результаты определения выражали в ммоль/кг H2O. Результаты исследования представлены в виде среднего значения показателя и его стандартной ошибки (M ± m). Оценку достоверности проводили с использованием t-критерия Стьюдента [22]. Результаты исследования В условиях эксперимента осмоляльность водной среды составила 65,0 ммоль/кг H2O (3 ‰), 134,0 ммоль/кг H2O (5 ‰), 193,0 ммоль/кг H2O (7 ‰), для пресной воды - 20,0 ммоль/кг H2O. Осмоляльность воды в Северном Каспии варьирует от 92,0 до 230,0 ммоль/кг H2O. Во всех вариантах эксперимента температурный и кислородный режим изменялся в пределах 20,0-22,0 °С и 85,0-100,0 % насыщения. Исследование воды в рыбоводных емкостях не выявило отклонений от нормы исследуемых гидрохимических показателей (табл. 1). Тем не менее отмечено, что с увеличением солености водной среды увеличивается рН. Таблица 1 Гидрохимические показатели при разной степени солености водной среды Показатель Степень солености, ‰ 0 3 5 7 Водородный показатель (рН), ед. 7,35 ± 0,11 7,42 ± 0,13 7,51 ± 0,08 8,27 ± 0,09*** Взвешенные вещества, мг/дм³ 2,71 ± 0,42 2,54 ± 0,14 1,90 ± 0,23 2,27 ± 0,25 Химическое потребление кислорода, мгО2/дм³ 29,50 ± 0,74 27,94 ± 0,21* 30,71 ± 0,36 28,59 ± 0,37 Окисляемость перманганатная, мгО2/дм³ 5,64 ± 0,18 5,02 ± 0,24* 4,91 ± 0,14** 5,59 ± 0,19 Железо общее, мг/л 0,120 ± 0,01 0,115 ± 0,1 0,122 ± 0,01 0,114 ± 0,01 Фосфаты, мг/л 0,119 ± 0,12 0,120 ± 0,12 0,118 ± 0,12 0,129 ± 0,13 *р ≤ 0,05; **р ≤ 0,01; ***р ≤ 0,001. Изъятие из воды токсичных продуктов метаболизма протекает в аппаратах биологической очистки за счет биоценоза активного ила. Водородный показатель влияет на скорость роста микроорганизмов, участвующих в процессе биологической фильтрации, тем самым оказывая воздействие на эффективность работы биофильтра. Водородный показатель морской воды не является благоприятным для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий биофильтра, и при его значении выше 9,5 ед. клетки активного ила гибнут [23, 24]. Оптимальный диапазон pH для нормального развития нитрифицирующих бактерий - 6,5-7,5 ед. При ощелачивании (более 10,0 ед.) или закислении (менее 6,0 ед.) водной среды скорость реакции нитрификации значительно снижается. Процесс биологической очистки дополнительно оценивали по количеству азотных соединений. В зависимости от рН и температуры воды при оптимальном кислородном режиме наблюдалось увеличение содержания аммонийного азота (рис. 1). Рис. 1. Количество аммонийного азота в зависимости от рН и температуры воды, мг/л В условиях эксперимента прослеживались изменения гидрохимического состояния в рыбоводных емкостях при различной солености водной среды (рис. 2, 3). Слабощелочная среда при солености 7 ‰ способствовала снижению скорости изъятия аммонийного азота и отрицательно повлияла на эффективность очистки воды. Снижение интенсивности процесса аммонификации повлияло на результат нитрификации. Рис. 2. Динамика аммонийного азота при разной степени солености водной среды, мг/л: 1 - 0 ‰; 2 - 3 ‰; 3 - 5 ‰; 4 - 7 ‰ Количество нитратов и нитритов не превышало предельно допустимых значений. Тем не менее отмечалась явная тенденция к снижению эффективности работы биофильтра с увеличением солености водной среды. а Рис. 3. Эффективность процесса нитрификации в экспериментальных бассейнах: а - нитраты; б - нитриты: 1 - 0 ‰; 2 - 3 ‰; 3 - 5 ‰; 4 - 7 ‰ Таким образом, данные гидрохимического анализа замкнутой экосистемы находились в пределах нормативных значений при солености водной среды не более 5 ‰. Полученные результаты позволили оценить эффективность выращивания молоди русского осетра при моделировании солоноватоводных условий (рис. 4). Рис. 4. Прирост живой массы молоди русского осетра в солоноватоводных условиях УЗВ Минимальная скорость роста наблюдалась при выращивании русского осетра в воде соленостью 0 и 3 ‰. При солености 5 и 7 ‰ данный показатель увеличивался на 8,0-21,0 %. Однако такие показатели солености на протяжении длительного периода способствовали негативному изменению гидрохимических условий, увеличению токсичности аммонийного азота, что снизило выживаемость рыб на 10,0 %. Физиологическое состояние культивируемых рыб оценивали на основе анализа метаболической функции крови. Изменение обменных процессов у рыб при выращивании в солоноватоводных условиях можно рассматривать как положительную тенденцию в стабилизации их функционального состояния. Показатели крови молоди русского осетра, выращиваемой при солености 5-7 ‰, приближались к параметрам, характерным для рыб в естественной среде обитания. Для дыхательных процессов рыб, выращиваемых в соленой воде, условия являются более благоприятными, т. к. количество углекислоты в ней невелико. Количество CO2 зависит от рН, а повышение кислотности воды способствует снижению интенсивности газообмена и учащению дыхательного ритма. Более высокий уровень гемоглобина наблюдается у рыб в солоноватоводных условиях (30,0-45,0 г/л), что подтверждается литературными данными [25, 26]. При проведении биохимического анализа крови во всех вариантах эксперимента отмечается высокий уровень липидов (4,8-6,5 г/л), что характерно для рыб, питающихся полнорационными сухими кормами. В условиях Северного Каспия данный показатель варьирует в пределах 3,0-4,0 г/л. При равных условиях содержания единственным фактором, который мог повлиять на динамику общих липидов, была соленость среды. Уровень холестерина и общего белка находился в пределах, характерных для осетровых рыб в Каспийском море, и не превышал 3,5 ммоль/л и 26,0 г/л. Водно-солевой обмен оценивали по концентрации осмотически активных веществ сыворотки крови, которая связана с соленостью среды (табл. 2). Таблица 2 Изменение осмоляльности сыворотки крови русского осетра в зависимости от степени солености водной среды Период Степень солености, ‰ 0 3 5 7 Осмоляльность, ммоль/кг H2O Начало эксперимента 221,0 ± 1,65 219,0 ± 2,41 226,0 ± 0,95 224,0 ± 2,91 Конец эксперимента 239,0 ± 0,94 227,0 ± 1,57 228,0 ± 1,83 234,0 ± 1,28 Осмоляльность сыворотки крови рыб в условиях эксперимента соответствовала показателям разновозрастных групп осетровых в опреснённой зоне Северного Каспия - 230,0-270,0 ммоль/кг H2O. Некоторое повышение осмотического давления внутренней среды организма - естественное состояние водно-солевого обмена у каспийских осетровых рыб, т. к. поддерживать гипертоничность в слабосолёной среде значительно легче, чем в пресной по причине излишней гидратации организма. Заключение По результатам исследования можно сделать следующие выводы: - выращивание осетровых в солоноватоводных условиях способствует более эффективному использованию компонентов пищи в желудочно-кишечном тракте рыб, что подтверждается интенсивным темпом их роста; - полученные нами данные в совокупности с результатами исследований, характеризующих механизм осморегуляции осетровых рыб, свидетельствуют о том, что в слабосолёной воде (3-7 ‰) осетровым рыбам значительно легче поддерживать внутренний солевой баланс, поскольку в пресной воде организм рыб затрачивает часть энергии на защиту от излишней гидратации; - оптимальной при выращивании осетровых рыб в условиях солоноватоводного режима в УЗВ является соленость 5 ‰. Повышение эффективности товарного осетроводства и получение физиологически полноценной молоди, выращиваемой с использованием современных технологий, остается одной из актуальных проблем. Ввиду биологических особенностей осетровых важным технологическим приемом является создание солоноватоводного режима выращивания. Однако необходимо учитывать, что соленость воды оказывает воздействие на все абиотические факторы среды, в том числе увеличивается рН и снижается скорость реакции нитрификации. При интенсивном рыбоводстве важно соблюдать биологическое равновесие и предотвращать появление в воде аммонийного (NH4/NH4+) и нитритного (NO2) азота. Нарушение процессов аммонификации и нитрификации негативно отражается на эффективности работы биологического фильтра в системе замкнутого водообеспечения, что приводит к появлению в воде опасных токсических концентраций аммонийного и нитритного азота, оказывающих пагубное воздействие на организм рыб.
References

1. Hrustalev E. I. Policiklichnye tehnologii vyraschivaniya molodi cennyh vidov ryb // Rybnoe hozyaystvo. 2009. № 2. S. 64-66.

2. Suslov A. E., Makovskaya A. I. Energosberegayuschie tehnologii vodopodgotovki dlya sistem zamknutogo vodoobespecheniya predpriyatiy akvakul'tury // Transport i servis. 2013. № 1. S. 123-133.

3. Belyaeva V. N. Razmeschenie v estestvennyh vodoemah molodi osetrovyh, vyraschennoy na rybovodnyh zavodah del'ty Volgi // Tr. Centr. NII osetr. hoz-va: Osetrovye SSSR i ih vosproizvodstvo. 1967. T. 1. S. 140-147.

4. Legeza M. I. Otnoshenie kaspiyskih osetrovyh k solenosti // Razrabotka biologicheskih osnov i biotehnika razvitiya osetrovogo hozyaystva v vodoemah SSSR. Astrahan', 1968. S. 32-33.

5. Kokoza A. A., Levin A. V., Pyzhov N. V. Vyzhivaemost' molodi osetrovyh, vyraschivaemyh na rybovodnyh zavodah del'ty Volgi // Rybnoe hozyaystvo. 1984. № 8. S. 43-45.

6. Sheluhin G. K., Metallov G. F., Geraskin P. P. Vliyanie temperaturno-solevogo rezhima kaspiyskoy vody na molod' russkogo osetra Acipenser gueldenstuedtii // Voprosy ihtiologii. 1990. T. 30, vyp. 2. S. 296-304.

7. Slivka A. P., Zykova G. F., Krasikov E. V., Fedorov V. A., Shvedov V. V., Chukanov V. A. Kachestvennaya struktura, dinamika chislennosti, raspredelenie, sostoyanie zapasov osetrovyh v Kaspiyskom more // Rybohozyaystvennye issledovaniya na Kaspii. Rezul'taty NIR za 1999 god. Astrahan', 2000. S. 154-160.

8. Nikol'skiy G. V. Ekologiya ryb. M.: Vyssh. shk., 1974. 368 s.

9. Krayushkina L. S. Osobennosti osmoticheskoy i ionnoy regulyacii u morskih prohodnyh osetrov - korotkonosogo Acipenser brevirostrum i ostrorylogo A. oxyrhynchus (Acipenseridae) // Voprosy ihtiologii. 1998. T. 38, № 5. S. 684-692.

10. Natochin Yu. V. Ionoreguliruyuschaya funkciya pochki. L.: Nauka, 1976. 267 s.

11. Natochin Yu. V., Luk'yanenko V. I., Lavrova E. A., Metallov G. F. Kationy syvorotki krovi osetrovyh v morskoy i rechnoy periody zhizni // Voprosy ihtiologii. 1975. T. 15, vyp. 5 (94). S. 890-895.

12. Natochin Yu. V., Luk'yanenko V. I., Shahmatova E. I., Lavrova E. A., Metallov G. F. Dvenadcatiletniy monitoring (70-90-e gody) fiziko-himicheskih parametrov syvorotki krovi u russkogo osetra Acipenser gueldenstaedtii // Voprosy ihtiologii. 1995. T. 35, vyp. 2. S. 253-257.

13. Metallov G. F., Ponomarev S. V., Aksenov V. P., Geraskin P. P. Fiziologo-biohimicheskie mehanizmy ekologo-adaptacionnoy plastichnosti osmoreguliruyuschey sistemy osetrovyh ryb. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2010. 191 s.

14. Pravdin I. F. Rukovodstvo po izucheniyu ryb. M.: Pisch. prom-st', 1966. 376 s.

15. Van Kampen E. J., Zijlstra W. G. Standardization of hemoglobinometry. II. The hemoglobincyanide method // Clin. Chim. Acta. 1961. Vol. 6. R. 538-545.

16. Trinder P. Determination of glucose in blood using glucose oxidase with an alternative oxygen acceptor // Ann. Clin. Biochem. 1969. Vol. 6. P. 24-27.

17. Fishbach F., Dunning M. A manual of laboratory diagnostic tests. Lppincott Williams & Wilkins, 2004. 1291 p.

18. Zöllner N., Kirsch K. Z. Über die quantitave Bestimmung von Lipoiden (Micromethode) mittels der vielen Lipoiden (allen Bekannten Plasma-Lipoiden) gemeinsamen Sulfo-Phospho-Vanilin-Reaction // Zeitschrift für die gesamte experimentelle Medizin. 1962. Vol. 135, no. 6. R. 545-561.

19. Knight J., Anderson S., Rawle J. Chemical basis of the sulfo-phospho-vanillin reaction for estimating total serum lipids // Clin. Chem. 1972. Vol. 18. R. 199- 202.

20. Filippovich Yu. B., Egorova T. A., Sevast'yanova G. A. Praktikum po obschey biohimii. M.: Prosveschenie, 1975. 318 s.

21. GOST R 55578-2013. Produkty pischevye specializirovannye. Metod opredeleniya osmolyal'nosti. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200105942.

22. Lakin G. F. Biometriya. M.: Vyssh. shk., 1990. 293 s.

23. Zhigin A. V. Zamknutye sistemy v akvakul'ture: monogr. M.: RGAU-MSHA im. K. A. Timiryazeva, 2011, 2011. 664 s.

24. Demina M. V., Ionova N. V. Rekomendacii po provedeniyu gidrobiologicheskogo kontrolya na sooruzheniyah biologicheskoy ochistki s aerotenkami. Perm': OGU «Analiticheskiy centr», 2004. 52 s.

25. Hrustalev E. I., Velichko M. S., Haynovskiy K. B. Osobennosti vyraschivaniya segoletkov sterlyadi v basseynah i sadkah pri vysokom fone temperatury i aktivnoy reakcii vody // Rybnoe hozyaystvo. 2008. № 2. S. 80-81.

26. Sementina E. V., Serpunin G. G., Savina L. V., Velichko M. S. Vliyanie solenosti na gematologicheskie pokazateli molodi sterlyadi // Tr. VI Mezhdunar. nauch. konf., posvyasch. 50-letiyu prebyvaniya KGTU na Kaliningrad. zemle: Innovacii v nauke i obrazovanii - 2008. Kaliningrad, 2008. Ch. 1. S. 104-106.


Login or Create
* Forgot password?