ASSESSMENT OF IMPACT OF GROWING COMMERCIAL FISH IN CAGES ON ECOLOGICAL STATE OF WATER BODY
Authors:
1.
Altai branch of Fisheries Research and Production Center, LLP
(Candidat of Geographical Sciences; Leading Researcher)
Russian Federation
Russian Federation
2.
Fisheries Research and Production Center, LLP
(Chief Academic Secretary)
Russian Federation
Russian Federation
3.
Altai branch of Fisheries Research and Production Center, LLP
(Director)
Russian Federation
Russian Federation
4.
Altai branch of Fisheries Research and Production Center, LLP
(Acting Junior Researcher)
Russian Federation
Russian Federation
5.
Fisheries Research and Production Center, LLP
(Researcher)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 65
to 71
Status:
Published
Received:
14.04.2022
Accepted:
16.06.2022
Published:
22.06.2022
Subject area:
UDK 574.633 Биологический анализ водоемов
Language:
Russian
Keywords:
cage fish farm, quality of water and bottom sediments, zooplankton, macrozoobenthos, saprobity index, oligochaete index
Funding:
the research is funded by the Ministry of Ecology, Geology and Natural Resources of the Republic of Kazakhstan (Grant No. BR10264236)
Abstract (English):
Growing a large mass of hydrobionts in a limited area (cage fish farming) entails a local increase in the load on the ecosystem from additional organic matter. In connection with the high growth rates of development of cage farms in various open natural water bodies, it is necessary to improve the system for monitoring their impact on aquatic biocenoses. The quality of surface waters and bottom sediments of the Ermakovskiy Bay of the Ust-Kamenogorsk Reservoir has been assessed in the of operation area of the cage farm Shygys, LLP. According to the zooplankton indices, the Pantle-Bukk saprobity index in the modification of Sladechek was used, the oligochaete index was used for macrozoobenthos. The studies were carried out at three stations: 200 m upper the bay (conditionally background station); at the cage line (reflects the local impact of the fish farm on the reservoir); 200 m lower the bay (reflects the overall impact of the enterprise on the reservoir associated with the removal of pollutants). As a result of the research, it was found that before the start of cage fish farm operation the quality of water and bottom sediments at all points of the study corresponded to the “clean” category. A year after the launch of the enterprise a decrease in the taxonomic richness of zooplankton was noted, which indicates a slight deterioration in the quality of surface waters. In the fourth year of cage farm operation the saprobity indices near the cage line grew up to 1.8, and lower the bay - to 1.6, which indicates a local deterioration of the surface waters quality (class III, moderately polluted water). A similar situation is also characteristic of benthic communities of invertebrates. In 2017, at all three research stations, and in subsequent years only at a conditionally background station bottom sediments were characterized as clean. In 2019-2021 the pollution of bottom sediments was on the rise in the cage zone and below the Yermakovskiy Bay. The values of the oligochaete index increased from 14-20 to 58-75%. In 2019, bottom sediments were rated as class IV (contaminated), and in 2021 - as class V (dirty). On the results of the studies there were developed the corrective measures for reducing the anthropogenic load on the open natural reservoir. In the future monitoring the changes in qualitative and quantitative indicators of hydrobionts in the operation area of fish cage farms will allow local monitoring of water quality and timely adjustment of reclamation and fish breeding activities.
Growing a large mass of hydrobionts in a limited area (cage fish farming) entails a local increase in the load on the ecosystem from additional organic matter. In connection with the high growth rates of development of cage farms in various open natural water bodies, it is necessary to improve the system for monitoring their impact on aquatic biocenoses. The quality of surface waters and bottom sediments of the Ermakovskiy Bay of the Ust-Kamenogorsk Reservoir has been assessed in the of operation area of the cage farm Shygys, LLP. According to the zooplankton indices, the Pantle-Bukk saprobity index in the modification of Sladechek was used, the oligochaete index was used for macrozoobenthos. The studies were carried out at three stations: 200 m upper the bay (conditionally background station); at the cage line (reflects the local impact of the fish farm on the reservoir); 200 m lower the bay (reflects the overall impact of the enterprise on the reservoir associated with the removal of pollutants). As a result of the research, it was found that before the start of cage fish farm operation the quality of water and bottom sediments at all points of the study corresponded to the “clean” category. A year after the launch of the enterprise a decrease in the taxonomic richness of zooplankton was noted, which indicates a slight deterioration in the quality of surface waters. In the fourth year of cage farm operation the saprobity indices near the cage line grew up to 1.8, and lower the bay - to 1.6, which indicates a local deterioration of the surface waters quality (class III, moderately polluted water). A similar situation is also characteristic of benthic communities of invertebrates. In 2017, at all three research stations, and in subsequent years only at a conditionally background station bottom sediments were characterized as clean. In 2019-2021 the pollution of bottom sediments was on the rise in the cage zone and below the Yermakovskiy Bay. The values of the oligochaete index increased from 14-20 to 58-75%. In 2019, bottom sediments were rated as class IV (contaminated), and in 2021 - as class V (dirty). On the results of the studies there were developed the corrective measures for reducing the anthropogenic load on the open natural reservoir. In the future monitoring the changes in qualitative and quantitative indicators of hydrobionts in the operation area of fish cage farms will allow local monitoring of water quality and timely adjustment of reclamation and fish breeding activities.
Keywords:
cage fish farm, quality of water and bottom sediments, zooplankton, macrozoobenthos, saprobity index, oligochaete index
cage fish farm, quality of water and bottom sediments, zooplankton, macrozoobenthos, saprobity index, oligochaete index
Введение
Садковое рыбоводство – самая распространенная технология товарного выращивания лососевых рыб во всем мире [1]. Данное рыбоводное направление получило свое развитие и в Восточном Казахстане: начиная с 2018 г. на Усть-Каменогорском водохранилище функционируют садковые рыбоводные хозяйства. В 2021 г. на базе садкового форе-левого хозяйства ТОО «Шыгыс» начали прово-дить работы по доместикации узкоареального эндемичного и ценного вида лососевых рыб – маркакольского ленка (Brachymystax lenok savinovi Mitrofanov). Маркакольский ленок распространен в оз. Маркаколь и впадающих в него реках. Как и все лососевые, маркакольский ленок требователен к качеству воды, поэтому оценка экологического состояния водного объекта в зоне функционирования садкового хозяйства имеет важное значение [2].
При оценке влияния рыбоводных садковых хозяйств на качество воды и донных отложений приоритетным признан биологический метод, т. к. показывает ответ биологических сообществ на весь комплекс негативного воздействия [3].
Целью данного исследования была оценка качества поверхностных вод и донных отложений Ермаковского залива по гидробиологическим показателям в зоне влияния садкового хозяйства по выращиванию радужной форели.
Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:
– оценить качество поверхностных вод Ермаковского залива по показателям зоопланктона;
– оценить качество донных отложений по показателям макрозообентоса;
– разработать рекомендации по снижению экологической нагрузки на водоем со стороны садкового рыбоводного хозяйства.
Биологический мониторинг необходим для получения точных сведений об уровне воздействия хозяйства на окружающую среду и (при необходимости) для принятия срочных мер при появлении негативных воздействий.
Материал и методы исследований
В данной статье отражены материалы исследований, проведенных в период открытой воды
в 2017, 2019 и 2021 гг. в Ермаковском заливе Усть-Каменогорского водохранилища. Исследования проводили на 3 станциях: 200 м выше залива Ермаковский, у садковой линии и 200 м ниже залива.
В качестве биологических индикаторов качества водной среды были использованы зоопланктон и макрозообентос. Отбор и обработку проб проводили широко используемыми методами, принятыми в гидробиологии [4, 5]. Известно, что наиболее популярным методом оценки степени загрязнения водного объекта по показателям раз-вития зоопланктона является сапробиологический анализ (метод сапробности Пантле и Букка в модификации Сладечека), а для водохранилищ – по макрозообентосу – широко используют олигохетный индекс. Выбранные показатели для мониторинга наиболее информативны и позволяют объективно оценить экологическую ситуацию, они достаточно просты в определении, доступны и недороги. Эти методы позволяют получить адекватную оценку качества вод и донных отложений, дают высокую репрезентативность результатов [6, 7].
Всего было отобрано и проанализировано по
86 проб зоопланктона и макрозообентоса.
Результаты и обсуждение
Залив Ермаковский расположен в Уланском районе Восточно-Казахстанской области на правом берегу Усть-Каменогорского водохранилища. Залив занимает межгорную долину каньонного типа протяженностью 1 130 м, площадью 16 га. Ширина залива в начале 120 м, на выходе в водохранилище – 300 м, что составляет наибольшую ширину. Глубины нарастают быстро по продольной оси и от бере-га: в продольном направлении нарастают от 2–3 м в на-
чале залива до 17–20 м в районе садковой линии и на выходе в водохранилище.
Дно залива каменисто-галечниковое, с вкраплениями песчано-иловых отложений. В глубоководной части довольно большой слой илистых отложений. На мелководье в заливе хорошо развиты прибрежные макрофиты – как погруженные, так и полупогруженные (осока, тростник, уруть, рдест) [8].
В 2018 г. в заливе Ермаковский была установлена садковая линия по выращиванию товарной продукции радужной форели. В 2021 г. на базе рыбоводного хозяйства «Шыгыс» начали прово-дить экспериментальные работы по доместикации маркакольского ленка.
Экологическое воздействие садковых рыбоводных хозяйств носит многофакторный характер. Самым значительным экологическим загрязнением при разведении рыб является загрязнение воды питательными веществами, т. е. эвтрофирование. Увеличение содержания питательных веществ
в воде и уровень негативных последствий для водоема зависят от величины нагрузки по отношению к существующим возможностям их разбавления, т. е. самоочищения водоема (температура воды, проточность, рельеф дна и т. д.).
Считается, что химикаты, используемые при разведении рыб (формалин, соль, хлорамин, перекись водорода), не наносят существенного вреда окружающей среде, т. к. их использование минимально, а содержание в воде быстро уменьшается. Но в непосредственной близости от предприятия возможно вредное воздействие на местном уровне, особенно на наиболее чувствительные виды планктона и микроорганизмов [9].
Для оценки качества поверхностных вод Ермаковского залива использовали данные по зоопланктону. В составе зоопланктона Ермаковского залива за весь период исследования зарегистрировано
27 таксонов – 13 Rotifera, 5 Copepoda, 9 Cladocera. Перечень таксономического состава зоопланктона приведен в табл. 1.
Таблица 1
Table 1
Таксономический состав зоопланктона Ермаковского залива
в 2017 (1), 2019 (2) и 2021 (3) гг.
Taxonomic composition of zooplankton in the Ermakovskiy Bay
in 2017 (1), 2019 (2) and 2021 (3)
Видовой состав Район исследования
200 м выше залива 200 м ниже залива У садковой линии
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Rotifera
Polyarthra dolichoptera Idelson (о–β) – + + – + – – + +
Keratella quadrata (Muller) (о–β) + + + + + + + – –
Keratella cochlearis (Gosse) (β–о) + + + + + + + + +
Filinia longiseta (Ehrenberg) (β–a) + – + + – + + – +
Notholca acuminata (Ehrenberg) – – – – – + – – –
Kellicottia longispina (Kellicott) (о) – + + – – – – + –
Asplanchna priodonta (Gosse) (о–β) + + – + + – + – –
Conochilus unicornis (Rousselet) (о) + + – + + – + + –
Bipalpus hudsoni (Imhof) (о) + + – + – – + – –
Euchlanis proxima (Muller) – – – + – – + – –
Trichocerca longiseta (Rousselet) (о) – – – + – – – – –
Synchaeta pectinata Ehrenberg (β–о) – – – + – – – – –
Brachionus calyciflorus (Muller) (β–α) – – – + – – – – –
Окончание табл. 1
Ending of table 1
Видовой состав Район исследования
200 м выше залива 200 м ниже залива У садковой линии
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Copepoda
Mesocyclops leuckarti (Claus) (о) + + + + + + + + +
Neutrodiaptomus incongruens (Poppe) (β) – + – + – – + – –
Cyclops vicinus (Uljanine) (о–β) – + – + – – + – –
Macrocyclops albidus (Jurine) (β) + – – + – – – – –
Thermocyclops crassus (Fischer) (о–β) – – – + – – – – –
Cladocera
Bosmina longirostris (Muller) (о–β) + + + + + + + + +
Diaphanosoma brachyurum (Lievin) (о–β) + – – + + + + – +
Daphnia longispina (O. F. Muller) (β) + + – + – + + – +
Daphnia cucullata (Sars) (β) + + + + – + + + +
Ceriodaphnia quadrangula (Muller) (β) + – – – – – + + –
Chydorus schaericus (O. F. Muller) (β) + – – – – – + – +
Disparalona rostrata (о–β) + – – – – – – – –
Bosmina obtusirostris (Muller) + – – – – – – – –
Acroperus harpae (Baird) (x–o) – – – – – – – – +
Всего видов 16 13 8 19 8 9 16 8 10
Доминантное ядро зоопланктона (частота встречаемости 100 %) представлено тремя таксонами – K. cochlearis, M. Leuckarty, B. longirostris. Также в массе встречались циклопы на науплиальной стадии развития. Наиболее разнообразны коловратки, на их долю приходится 48 % от общего числа видов.
Из 27 зарегистрированных таксонов 24 являются индикаторами сапробности, среди которых превалируют виды с β и о–β-валентной сапробностью.
Наибольшее таксономическое богатство зоопланктона отмечено в 2017 г., до начала функционирования садкового хозяйства. В составе зоопланктона зарегистрировано 22 таксона. Значения индексов сапробности, рассчитанные по зоопланктону, на трех точках исследований варьировали
в пределах II класса качества от 1,10 до 1,35, среднее значение составило 1,40, что соответствует
II классу, вода чистая.
В 2019 г. таксономическое богатство зоопланктона снижается наполовину, причем большее снижение таксономического богатства наблюдается
в районе установки садковой линии и ниже залива. Значения индекса сапробности варьировали в пределах II класса качества, воды на всех исследуемых станциях соответствовали категории «чистые», за исключением участка между садками, где в июне индекс сапробности составил 1,60, что соответствует III классу качества, «воды умеренно загрязненные».
На четвертый год функционирования садкового хозяйства таксономический состав зоопланктона практически не изменился, однако изменилось его распространение по станциям исследования, что отразилось на показателях индекса сапробности. Так, на станции, расположенной выше залива
с садками, среднее значение индекса сапробности составило 1,3, что соответствует II классу качества вод (чистая). У садковой линии и ниже Масьяновского залива значения индекса сапробности были соответственно 1,8 и 1,6, что свидетельствует
о наличии умеренного загрязнения.
Таким образом, результаты анализа степени развития зоопланктона в течение четырех лет функционирования садкового хозяйства свидетельствуют о незначительном снижении качества воды в районе садковой линии и ниже залива [6].
Органические материалы, накапливающиеся благодаря кормам, разросшимся водорослям и водной растительности, опускаются на дно водоемов, где деятельность разлагающих их микроорганизмов начинает способствовать повышенному потреблению кислорода. Уменьшение уровня содержания кислорода в придонном слое воды может также изменить структуру донных живых сообществ в водоеме [9].
Анализ состояния макрозообентоса проводили в период 2017–2021 гг. с двухлетним интервалом.
В составе донных сообществ макробеспозвоночных отмечено 23 таксона, из них 13 таксонов хирономид, 5 таксонов моллюсков, по 2 таксона ракообразных
и мизид, а также малощетинковые черви.
Для расчета олигохетного индекса использо-вали отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов, в % (табл. 2) [5].
Таблица 2
Table 2
Динамика средних значений численности (экз./м2) и олигохетных индексов
на станциях мониторинга в Ермаковском заливе в 2017, 2019 и 2021 гг.
Dynamics of average abundance values (sp./m2) and oligochaete indices
at monitoring stations in the Ermakovskiy Bay in 2017, 2019 and 2021
Группа 200 м выше залива У садковой линии 200 м ниже залива
2017 г. 2019 г. 2021 г. 2017 г. 2019 г. 2021 г. 2017 г. 2019 г. 2021 г.
Олигохеты 120 400 240 120 280 960 40 160 280
Моллюски – – 80 40 – – – – 80
Мизиды 40 – 40 40 – 40 – – –
Гаммарусы 440 520 40 160 120 120 120 120 –
Хирономиды 80 600 440 240 80 240 120 – 80
Всего 680 1 520 840 600 480 1 280 280 280 400
Олигохетный индекс, % 18 26 29 20 58 75 14 57 70
Класс
качества I класс, «очень чистые» II класс, «чистые» II класс, «чистые» I класс, «очень чистые» IV класс,
«загрязненные» V класс,
«грязные» I класс, «очень чистые» IV класс, «загрязненные» V класс,
«грязные»
До начала функционирования садкового рыбоводного хозяйства уровень развития макрозообентоса на всех трех точках исследования соответствовал первому классу качества, «очень чистые». Через два года проведения рыбоводных работ наметилась тенденция к снижению качества донных отложений. В сообществах макрозообентоса снизилась доля моллюсков и ракообразных, но увеличилась доля олигохет. В 2019 г. класс каче-ства воды по олигохетному индексу изменялся от «очень чистого» до «загрязненного». Выше залива вода была чистая по показателям состояния макрозообентоса. В 2021 г. качество воды у садковой линии и ниже залива по показателям зообентоса продолжает ухудшаться до V класса, «вода грязная». Данная ситуация свидетельствует о накоплении органических веществ под садками и частичном выносе их из залива.
Негативное воздействие на сообщество донных беспозвоночных связано не только с нарушением технологического процесса, в результате которого образуется достаточно большое количество биологических отходов, но и с неправильным выбором места установки садковой линии. Рельеф дна акватории не должен препятствовать рассеиванию неусвоенного рыбами корма и продуктов метаболизма на максимально большей площади. Этому может способствовать небольшой уклон ложа водоема без глубоких ступеней и впадин. Следует избегать углублений и котлованов под местом расположения садков. Эхолокационная съемка района исследований в 2021 г. показала наличие углубления в ложе водоема под садками, где концентрируются остатки корма и продукты жизнедеятельности рыб (рис.).
Карта глубин в районе садковой линии в заливе Ермаковский
Depth map in the area of the cage line in the Ermakovskiy Bay
На основании проведенных исследований рыбоводному хозяйству были предложены рекомендации по улучшению экологического состояния открытого природного водоема, которые включали следующие положения:
– изменить схемы расположения садковой линии с учетом правил размещения рыбоводных хозяйств;
– откорректировать технологический процесс выращивания рыбы, включая изменение условий разведения рыбы и рыбоводных методик, методики кормления и уменьшения количества отходов кормов;
– провести мелиоративные мероприятия.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования по оценке экологического состояния Ермаковского залива Усть-Каменогорского водохранилища в районе функционирования рыбоводного садкового хозяйства показали, что данное хозяйство негативно влияет на экологическое состояние поверхностных вод и донных отложений открытого природного водоема. По показателям развития зоопланктона поверхностные воды изменили свой экологи-ческий статус незначительно и в целом соответствуют
категории «чистые» и «умеренно загрязненные».
В большей степени наблюдается локальная деградация сообществ макрозообентоса. В 2019–2021 гг. загрязнение донных отложений шло по нарастающей. В садковой зоне и ниже залива Ермаковский значения олигохетного индекса увеличились до значений, соответствующих категориям «загрязненные» и «грязные».
Технология садкового рыбоводства проста и эффективна. Внутри самой технологии возможностей развития с целью снижения воздействия на окружающую среду существует немного. В связи с этим неизмеримо возрастает роль правильного выбора места размещения рыбоводных хозяйств, соответствие планируемых объемов производства товарной рыбы гидрологическим параметрам водоема и точного соблюдения технологии выращивания рыбы, включая кормление, очистку воды и пр.
1. Ryzhkov L. P. Akvakul'tura v basseyne Belogo morya // Problemy izucheniya, racional'nogo ispol'zovaniya i ohrany prirodnyh resursov Belogo morya: materialy HI Vseros. konf. s mezhdunar. uchastiem. SPb.: Izd-vo ZIN RAN, 2010. S. 153-154.
2. Mitrofanov V. P. K sistematike lenka iz ozera Marka-Kul' // Sb. rabot po ihtiologii i gidrobiolo-gii. Alma-Ata: Izd-vo In-ta zoologii AN KazSSR, 1959. Vyp. 2. S. 267-275.
3. Abakumov V. A. Zakonomernosti izmeneniya vodnyh biogeocenozov pod vozdeystviem antropogennyh faktorov // Kompleksnyy global'nyy monitoring Mirovogo okeana. L.: Gidrometeoizdat, 1985. T. 2. S. 262-273.
4. Sharapova L. I., Falomeeva A. P. Metodicheskoe posobie pri gidrobiologicheskih rybohozyaystvennyh issledovaniyah vodoemov Kazahstana (plankton, zoobentos). Almaty, 2006. 27 s.
5. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnyh ekosistem. SPb.: Gidrometeoizdat, 1992. 318 c.
6. Andronikova I. N. Ispol'zovanie strukturno-funkcional'nyh pokazateley zooplanktona v sisteme monitoringa // Gidrobiologicheskie issledovaniya morskih i presnyh vod. L., 1988. S. 47-53.
7. Bakanov A. I. Ispol'zovanie zoobentosa dlya monitoringa presnovodnyh vodoemov (obzor) // Biologiya vnutrennih vod. 2000. № 1. S. 68-82.
8. Geldyeva G. V., Veselova L. K., Egorova N. D. i dr. Prirodnye usloviya i estestvennye resursy Vostochnogo Kazahstana / otv. red. G. A. Tokmagambetov. Alma-Ata: Nauka, 1978. 190 s.
9. Ouens M. Biogennye elementy, ih istochniki i rol' v rechnyh sistemah // Nauchnye osnovy kontrolya kachestva poverhnostnyh vod po gidrobiologicheskim pokazatelyam. L.: Gidrometeoizdat, 1977. S. 54-64.
