IMPACT OF INTENSIVE FISH FARMING ON WATER QUALITY IN PONDS
Authors:
1.
Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov
2.
Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N. I. Vavilov
(Doctor of Agricultural Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department of Genetics, Breeding, Animal Feeding and Aquaculture)
3.
Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov
Type:
Article
Pages:
from 74
to 80
Status:
Published
Received:
05.09.2019
Accepted:
25.09.2019
Published:
25.09.2019
Subject area:
UDK 639.3
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
pond, fish farming, self-purification, monoculture, polyculture, vegetation season, bacteria, microorganisms, water quality
Abstract (English):
The article focuses on the problem of obtaining high-quality fish products, for which it is necessary to take into account the specific conditions of each water body. Ponds intensively exploited for fish farming suffer from the violation of the hydrochemical regime of water, accumulation of a significant mass of phytoplankton and increase of organic pollution, which results in fish illness and death. The issues of participation of hydrobionts in the processes of reservoir self-cleaning and the influence of fish-breeding processes on hydrochemical and microbiological characteristics of water in the fish farms are being investigated. The work was carried out on the basis of two fish hatcheries in the Saratov region: “Engels Fish hatchery” LLC and “Teplovsky Fish hatchery” FSUE. Water samples for the study were taken from ponds with uterine population of carp and nursery ponds with polyculture of carp and herbivorous fish, carp monoculture and carp and white carp polyculture. It has been noted that the examined nursery ponds belong to the type mesosaprobic reservoirs. They have a powerful potential for self-purification. With the increasing number of bacteria involved in recycling of dissolved organic matter there is a decrease in biochemical oxigen demand and chemical oxygen demand. In the fish pond microorganisms that provide the processes of water self-purification find favorable conditions for their development and reproduction, especially in polyculture environment. The best indicators of biochemical oxygen demand were observed in ponds with a polyculture of carp and silver carp, because silver carp is a biological ameliorator of the aquatic ecosystem. Maintaining optimal balance between all parts of the hydrobiocenosis of the fishpond and the biochemical processes occurring with the participation of hydrobionts, which contribute to the purification of water, has a positive effect on the quality of water in the reservoir.
The article focuses on the problem of obtaining high-quality fish products, for which it is necessary to take into account the specific conditions of each water body. Ponds intensively exploited for fish farming suffer from the violation of the hydrochemical regime of water, accumulation of a significant mass of phytoplankton and increase of organic pollution, which results in fish illness and death. The issues of participation of hydrobionts in the processes of reservoir self-cleaning and the influence of fish-breeding processes on hydrochemical and microbiological characteristics of water in the fish farms are being investigated. The work was carried out on the basis of two fish hatcheries in the Saratov region: “Engels Fish hatchery” LLC and “Teplovsky Fish hatchery” FSUE. Water samples for the study were taken from ponds with uterine population of carp and nursery ponds with polyculture of carp and herbivorous fish, carp monoculture and carp and white carp polyculture. It has been noted that the examined nursery ponds belong to the type mesosaprobic reservoirs. They have a powerful potential for self-purification. With the increasing number of bacteria involved in recycling of dissolved organic matter there is a decrease in biochemical oxigen demand and chemical oxygen demand. In the fish pond microorganisms that provide the processes of water self-purification find favorable conditions for their development and reproduction, especially in polyculture environment. The best indicators of biochemical oxygen demand were observed in ponds with a polyculture of carp and silver carp, because silver carp is a biological ameliorator of the aquatic ecosystem. Maintaining optimal balance between all parts of the hydrobiocenosis of the fishpond and the biochemical processes occurring with the participation of hydrobionts, which contribute to the purification of water, has a positive effect on the quality of water in the reservoir.
Keywords:
pond, fish farming, self-purification, monoculture, polyculture, vegetation season, bacteria, microorganisms, water quality
pond, fish farming, self-purification, monoculture, polyculture, vegetation season, bacteria, microorganisms, water quality
В последнее время обострение политической обстановки заметно повлияло на экономическое положение России. В связи с введением США и Евросоюзом антироссийских санкций, а также ответных защитных мер со стороны России вопрос продовольственной безопасности приобрел особую актуальность. К важнейшим продуктам питания относится рыба и рыбные продукты [1]. Рыбная продукция, богатая животным белком с уникальным набором аминокислот, жирных кислот и витаминов, которые не встречаются в таком количестве и разнообразии ни в зерновых культурах, ни в мясе, ни в других продуктах, занимает ведущее место в обеспечении сбалансированности питания и здоровой диеты [2]. Рациональные нормы потребления пищевых продуктов, отвечающие современным требованиям здорового питания, которые сформулированы Минздравом России, составляют 22 килограмма рыбы в год на человека. При этом уровень потребления рыбы в России, согласно данным 2018 г., составляет лишь 19 кг на человека в год. Важнейшим условием для наращивания объемов производства рыбы и рыбных продуктов является высокий уровень интенсификации рыбоводства. Вследствие этого необходимо учитывать специфические условия каждого водоема и разрабатывать новые методы для получения качественной рыбной продукции за счет использования их естественных продукционных возможностей [3]. В развитии рыбоводства России ведущая роль принадлежит прудовой аквакультуре, где для выращивания рыбы используются небольшие по площади водные объекты [3]. Однако пруды, интенсивно эксплуатируемые для рыборазведения, зачастую переходят в категорию гипертрофных, т.е. сильно загрязненных водоемов. Для них характерны нарушение гидрохимического режима воды, накопление значительной массы фитопланктона и увеличение органического загрязнения, что может приводить к замедлению роста, болезням и гибели рыбы [4]. В настоящее время существует несколько основных путей очистки воды и предотвращения эвтрофикации водоемов: первый - усиление проточности воды и внесение в воду различных окислителей; второй - создание условий, стимулирующих процессы самоочищения воды; третий - использование эффективных сорбентов, очищающих воду и повышающих резистентность организма [5]. Эффективное выращивание рыб оказывает влияние на качество воды в прудах, на процессы самоочищения водоемов. Если в пруду поддерживается оптимальный баланс между всеми звеньями гидробиоценоза, не нарушаются биохимические процессы, протекающие с участием разнообразных гидробионтов (как в толще воды, так и на дне), способствующие очищению воды, то можно говорить о положительном влиянии рыбоводства на качество воды в водоеме. Цель работы заключалась в оценке влияния прудового рыбоводства на гидрохимический и микробиологический режим воды. Материал и методика исследований Исследования проводились по инициативе Ассоциации «Росрыбхоз» и поддержке Министерства сельского хозяйства РФ в вегетационный сезон 2018 г. в двух рыбопитомниках Саратовской области: ООО «Энгельсский рыбопитомник» и ФГУП «Тепловский рыбопитомник». Объектами разведения в указанных хозяйствах являются сазан, зеркальный карп, парский чешуйчатый карп, белый и пестрый толстолобики и их гибриды, форель и стерлядь. Указанные рыбопитомники выращивают рыбу от личинки до малька в моно- и поликультуре. В процессе эксперимента определяли показатели воды: температуру, рН, содержание растворенного кислорода по общепринятым методикам; определение содержания кислорода и водородного показателя (рН) осуществляли аппаратом «Самара-3pH». В соответствии с «Инструкцией по химическому анализу воды прудов» (ВНИИПРХ, 1984) устанавливали концентрации биогенных элементов: нитритов, нитратов, аммонийного азота, фосфатов. Химический и микробиологический анализ воды проводился в Научно-образовательном центре «Промышленная экология» Саратовского государственного технического университета им. Ю. А. Гагарина. Для исследований качества воды в ФГУП «Тепловский рыбопитомник» пробы брались из двух прудов: - пруд № 14 - летний маточный, где находилось маточное поголовье сазана; - пруд выростной № 16 с поликультурой сазана и растительноядных рыб. Для исследований качества воды в ООО «Энгельсский рыбопитомник» пробы брались из двух прудов: - пруд выростной № 4 - выростной, с монокультурой карпа; - пруд выростной № 2 с поликультурой карпа и белого толстолобика. Отбор проб воды осуществляли из разных мест рыбоводных прудов. Пробы отбирали у берега (проба № 1), на поверхности в центре пруда (проба № 2) и вблизи дна в центре пруда (проба № 3) три раза за вегетативный сезон. Отбор, хранение и консервация проб проводились при соблюдении норм ГОСТ [6, 7]. Исследования гидрохимического состава проводили согласно соответствующим природоохранным нормативным документам Федерального уровня (ПНД Ф) [8]. Полученные экспериментальные данные подвергнуты биометрической обработке общепринятыми методами с использованием программно-вычислительного пакета MS Excel 2007. Результаты исследований и их обсуждение В условиях ФГУП «Тепловский рыбопитомник» с маточным поголовьем сазана в монокультуре все гидрохимические показатели находились в пределах оптимальных значений. Температура воды колебалась в пределах 20-25 °С, значения растворенного кислорода составляли 6,5-8 мг/л (табл. 1). Таблица 1 Гидрохимические и микробиологические показатели в прудах с монокультурой карповых Показатель ФГУП «Тепловский рыбопитомник» (маточное поголовье сазана в монокультуре) ООО «Энгельсский рыбопитомник» (маточное поголовье карпа в монокультуре) Вегетационный период начало конец начало конец рН 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 Кислород, мгО2/л 6,5 ± 0,00 8,0 ± 0,00 6,5 ± 0,00 7,0 ± 0,00 Хлориды, мг/дм3 0,60 ± 0,2 0,25 ± 0,0 27,13 ± 3,13 12,73 ± 0,08** Сульфаты, мг/дм3 16,09 ± 1,62 14,75 ± 1,71 98,33 ± 1,65 70,35 ± 0,17*** Жесткость, мг-экв/л 4,30 ± 0,04 4,82 ± 0,05 7,50 ± 0,29 7,45 ± 0,23 Аммоний, мг/дм3 0,0036 ± 0,0030 0,0021 ± 0,0003* 0,0040 ± 0,0010 0,0010 ± 0,0001** Железо общее, мг/дм3 0,0047 ± 0,0037 0,0017 ± 0,0007 0,0060 ± 0,0020 0,0030 ± 0,0000 Фосфаты, мг/дм3 0,150 ± 0,018 0,170 ± 0,150 0,073 ± 0,030 0,016 ± 0,002 Биохимическое потребление кислорода (БПК5), мл О2/л - 2,67 ± 0,33 - 2,52 ± 0,11 Химическое потребление кислорода (ХПК), мл О2/л 4,62 ± 0,44 4,41 ± 0,15 6,90 ± 0,08 4,37 ± 0,00*** Нитраты, мг/дм3 0,0553 ± 0,002 0,0410 ± 0,007 0,0550 ± 0,020 0,0100 ± 0,001* Нитриты, мг/дм3 0,0103 ± 0,001 0,0040 ± 0,001** 0,0060 ± 0,001 0,0030 ± 0,001 Общее микробное число (ОМК), КОЕ/мл 558,00 ± 62,00 744,67 ± 61,82 485,67 ± 70,86 280,67 ± 25,57 *Р ≥ 0,95; **p ≥ 0,99; ***p ≥ 0,999. Уже к середине вегетационного сезона под действием работы бактерий усилился процесс разложения органического вещества и можно было наблюдать уменьшение количества сульфатов на 8,3 %, аммонийного азота на 41,67 %, нитритов на 61,16 %, нитратов на 25,86 %. Средние значения общего микробного числа (ОМЧ) к середине вегетационного сезона выросли на 234,33 КОЕ/мл. Значения биохимического потребления кислорода (БПК5) достигли 2,78 ± 0,03 мг О2/л. Показатели жесткости воды и фосфатов отвечали нормам выращивания карповых рыб в летний период. К концу вегетационного сезона все процессы разложения органического вещества замедлились, что стало причиной стабилизации основных гидрохимических показателей. В условиях ООО «Энгельсский рыбопитомник» в выростном пруду с молодью карпа в монокультуре почти все гидрохимические и микробиологические параметры были в границах оптимальных значений, кроме сульфатов. Сульфаты превышали оптимальные значения более чем в 2 раза (табл. 1). Количество растворенного кислорода колебалось в пределах 6,3-7,0 мг/л. Уровень фосфатов и железа не превышал допустимых границ и соответствовал потребностям гидробионтов. Значения жесткости воды находились в диапазоне 7,45-7,77, что благоприятно для жизнедеятельности рыб. В водоеме наблюдались деструкционные процессы, ведущие к самоочищению водоема. К середине вегетационного сезона выросло общее количество микроорганизмов, которые, активно потребляя кислород на окислительные реакции, в свою очередь, достигли значения БПК5 2,75 мл О2/л. В результате нитрификационных процессов количество аммония снизилось на 19,24 %, а количество нитритов уменьшилось на 89,58 %. Несмотря на высокое содержание сульфатов наблюдался процесс разложения органического вещества, в результате чего количество сульфатов снизилось на 28,5 %. В пруду «ФГУП Тепловский рыбопитомник», где выращивалась поликультура сазана и растительноядных рыб, за период вегетационного сезона активная реакция среды находилась на уровне оптимальных значений, растворенный кислород колебался в пределах 6,5-8 мг/л. Температура воды колебалась в диапазоне 20-25° С (табл. 2). Таблица 2 Гидрохимические и микробиологические показатели в прудах с поликультурой карповых и растительноядных рыб Показатель ФГУП «Тепловский рыбопитомник» (поликультура сазана и растительноядных рыб) ООО «Энгельсский рыбопитомник» (поликультура карпа и белого толстолобика) Вегетационный период начало конец начало конец рН 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 6,5 ± 0,00 Кислород, мгО2/л 6,5 ± 0,00 8,0 ± 0,00 6,5 ± 0,00 7,0 ± 0,00 Хлориды, мг/дм3 0,45 ± 0,07 0,23 ± 0,01* 23,80 ± 1,80 12,67 ± 0,04** Сульфаты, мг/дм3 15,61 ± 0,75 11,26 ± 0,64* 86,92 ± 2,81 62,56 ± 1,92** Жесткость, мг-экв./л 2,87 ± 0,32 5,33 ± 0,41** 7,60 ± 0,42 6,23 ± 0,31 Аммоний, мг/дм3 0,0043 ± 0,002 0,0013 ± 0,002 0,0030 ± 0,001 0,0006 ± 0,001*** Железо общее, мг/дм3 0,056 ± 0,030 0,048 ± 0,030 0,008 ± 0,003 0,007 ± 0,010 Фосфаты, мг/дм3 0,050 ± 0,02 0,130 ± 0,02* 0,086 ± 0,04 0,092 ± 0,02 БПК5, млО2/л - 2,60 ± 0,06 - 2,74 ± 0,04 ХПК, млО2/л 2,38 ± 0,81 3,63 ± 0,13 4,63 ± 0,41 5,67 ± 0,07* Нитраты, мг/дм3 0,0527 ± 0,019 0,0163 ± 0,002 0,0270 ± 0,020 0,0030 ± 0,001 Нитриты, мг/дм3 0,0137 ± 0,0012 0,0028 ± 0,0002*** 0,0130 ± 0,0010 0,0010 ± 0,0000*** ОМЧ, КОЕ/мл 286,33 ± 44,90 533,33 ± 57,83* 659,33 ± 50,02 280,00 ± 61,10** ТКБ, КОЕ/мл 76,00 ± 16,09 15,00 ± 2,89* 133,67 ± 10,48 11,67 ± 4,12*** *Р ≥ 0,95; **p ≥ 0,99; ***p ≥ 0,999. Жесткость воды, количество фосфатов в водоеме были в пределах оптимальных значений. Выращивание карпа в поликультуре с белым толстолобиком не только имеет преимущества в увеличении рыбопродуктивности водоема, но и способствует поддержанию режима водоема на оптимальном уровне. Поглощая большое количество зеленых и сине-зеленых микроводорослей, белый толстолобик является биологическим мелиоратором водной экосистемы, предотвращая уменьшение кислорода и возникновение заморов. В пруду ООО «Энгельсский рыбопитомник» с поликультурой карпа и белого толстолобика уровень рН и количество растворенного кислорода находились в пределах нормы. Количество железа и фосфатов, жесткость воды были на уровне физиологических потребностей гидробионтов. Количество БПК5 достигло 2,74 мл О2/л к концу сезона. Показатель химического потребления кислорода (ХПК) с ростом температуры и накопления органики в водоеме также повысился к концу вегетационного сезона и составил 5,67 мл О2/л (табл. 2). В пруду, где выращивался карп в поликультуре с белым толстолобиком (ООО «Энгельсский рыбопитомник»), произошло снижение ОМЧ до 280,00, этому способствовало активное потребление микроорганизмов белым толстолобиком и карпом, которые со своей непосредственной пищей поглощают значительное количество детрита с населяющими его микроорганизмами. В водоеме наблюдались процессы самоочищения. Количество сульфатов под действием деструкционных процессов к концу вегетационного сезона снизилось на 28,46 %. Содержание хлоридов также уменьшилось к концу вегетационного сезона на 53 %. В результате деструкционных процессов количество аммония уменьшилось на 80 %. Содержание нитритов снизилось на 92,31 %. В пруду, где выращивалась поликультура сазана и растительноядных рыб (ФГУП «Тепловский рыбопитомник»), за период вегетационного сезона активная реакция среды находилась на уровне оптимальных значений, значение растворенного кислорода колебалось в пределах 6,5-8 мг/л. Температура воды находилась на уровне 20-25 °С. Жесткость, количество фосфатов в водоеме были в пределах оптимальных значений. Все исследуемые показатели режима водоема с поликультурой сазана и растительноядных рыб не выходили за рамки требований, предъявляемых для выращивания карповых рыб в летний период. В воде водоема ФГУП «Тепловский рыбопитомник» под действием работы микроорганизмов, которые к середине вегетационного сезона достигли средних значений 1 330 КОЕ/мл, к концу вегетационного сезона произошло снижение количества сульфатов на 27,87 %, аммония на 69,77 %, нитритов на 79,56 %. Потребление фитопланктоном и использование денитрифицирующими бактериями кислорода нитратов в жаркий период лета на окисление органических веществ привели к концу вегетационного сезона к снижению их количества на 69,5 %. К осени количество нитратов уменьшается. В связи с потреблением микроорганизмами азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Разложение органического вещества сопровождалось увеличением ОМЧ к середине вегетационного сезона до 533,33 КОЕ/мл. Содержание хлоридов и сульфатов к концу вегетационного сезона снизилось на 65,0 и 16,7 % соответственно. Жесткость воды, количество фосфора были в оптимальных границах. Содержание железа в водоеме также несколько снизилось к концу рыбоводного сезона. Это, по-видимому, в определенной степени связано с влиянием этого элемента на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме. Определенное количество закисных соединений железа, растворенных в воде, необходимо для жизни растений и животных, т. к. железо входит в состав хлорофилла растений, крови животных, а также их тканей. В течение вегетационного сезона количество микроорганизмов в водоеме не было постоянным. В середине вегетационного сезона ОМЧ увеличилось в 5,5 раз, что было связано с накоплением органического вещества, которое подверглось процессам деструкции, в результате чего уровень БПК5 достиг 2,7 мл О2/л, а уровень ХПК повысился на 38,5 %. Количество нитритов снизилось на 64,3 %, а количество нитратов - на 42,86 %, что и возможно к концу вегетационного сезона. Заключение Экосистема рыбоводного пруда является своеобразным биологическим фильтром, где идут сложные биологические процессы, улучшающие качество воды. В условиях рыбоводного пруда микроорганизмы, обеспечивающие процессы самоочищения воды, находят благоприятные условия для своего развития и размножения, особенно в условиях поликультуры. Исследованные выростные пруды принадлежат к типу мезосапробных водоемов, поскольку показатель биохимического потребления кислорода не превышает 3,0 мгО2/л. Данные пруды обладают мощным потенциалом самоочищения. Почти параллельно с ростом количества бактерий, участвующих в процессах утилизации растворенного органического вещества, происходит снижение биохимического и химического потребления кислорода. Наилучшие показатели БПК5 были отмечены в прудах с поликультурой карпа и белого толстолобика.
1. Vasil'ev A. A., Handozhko G. A., Guseva Yu. A. Vyraschivanie osetrovyh v sadkah. Saratov: Privolzh. knizh. izd-vo, 2012. 128 s.
2. Ponomarev S. V., Bakaneva Yu. M., Fedorovyh Yu. V. Akvakul'tura. SPb.: Lan', 2017. 440 s.
3. Privezencev Yu. A. Vyraschivanie ryb v malyh vodoemah. M.: Kolos, 2000. 128 s.
4. Gusev A. G. Ohrana rybohozyaystvennyh vodoemov ot zagryazneniya. M.: Pisch. prom-st', 1975. 365 s.
5. Cherepennikov A. A. Himiya vody i mikrobiologiya. M.: Vyssh. shk., 1967. 323 s.
6. GOST 17.1.5.05-85. Ohrana prirody. Gidrosfera. Obschie trebovaniya k otboru prob poverhnostnyh i morskih vod, l'da i atmosfernyh osadkov.
7. GOST R 5192-2000. Voda. Obschie trebovaniya k otboru prob.
8. Rukovodstvo po opredeleniyu metodom biotestirovaniya toksichnosti vod, donnyh otlozheniy, zagryaznyayuschih veschestv i burovyh rastvorov. URL: https://znaytovar.ru/gost/2/RukovodstvoRukovodstvo_po _opre3.html / (data obrascheniya: 30.10.2018).
