ГЛАВА 2. Влияние абиотических и биотических факторов среды при индустриальных методах культивирования рыб
Абиотические факторы среды
Физико-химические свойства воды определяют эффективность выращивания водных организмов, так как они являются первичноводными животными и протекание всех жизненных функций зависит от состояния водной среды. Поэтому вода по своему составу в емкостях для выращивания должна отвечать нормам, которые обеспечивают сохранность вида, плодовитость и качество потомства, способствуют проявлению потенциальных возможностей роста и не создают условий развития различных заболеваний (Поляков, 1950; Алекин, 1953; Правила ..., 1975; Акимова и др., 1980; Ведемейер и др., 1981; Алабастер, Ллойд, 1984; Грищенко и др., 1999).
Весь комплекс факторов внешней среды можно разделить на две группы: абиотические и биотические. К абиотическим факторам среды, влияющим на эффективность выращивания рыбы в индустриальных условиях, относятся следующие:
– температурный режим;
– кислородный режим;
– водообмен;
– загрязнение;
– связь с воздушной средой;
– освещенность; – прозрачность.
Температура воды – один из универсальных и определяющих экологических факторов среды. Так как рыбы и другие культивируемые беспозвоночные – пойкилотермные организмы, то их активность зависит от температуры воды. По отношению к температуре воды эти организмы могут быть эвритермные и стенотермные.
Для форели, как и для других рыб, оптимальная температура зависит от возраста: для икры – 6...12,5oС; личинок, мальков – 10...14oС; сеголетков, годовиков – 14...16oС; товарной рыбы – 14...18oС. Пороговая температура составляет около –0,1oС, летальная –26oС. Для карпа оптимальная температура – 23...27oС, критическая – 0,5oС. Для форели благоприятные температуры колеблются от 12 до 16oС, допустимые – от 8 до 18oС. Если температура ниже 8oС, то молодь хуже питается и хуже усваивает корма; при температуре 18–20oС и более возникает трудность поддержания газового режима, кислорода и активизация болезней. Оптимальная температура для взрослого карпа составляет 22– 24oC, для молоди – 25...27oC. Для зимующего карпа критическая температура составляет 0,5oС. От температуры воды зависят сроки созревания, нереста, продолжительность жизни. Например, для карпа предельный срок жизни составляет на Кубе 8 лет, в России – 20 лет.
Растворенный в воде кислород (О2). Его содержание тесно связано с температурой воды. Он растворяется в 28 раз труднее, чем углекислый газ, и в 2 раза труднее, чем азот. В солоноватой и морской воде он растворяется меньше, чем в пресной. Оптимальные значения кислорода для выращивания водных организмов составляют 7–11 мг/л. Чем моложе рыба, тем больше ей требуется растворенного кислорода. Для форели массой до 50 г необходимо 500–600 мг О2кг/ч, а для форели массой 100–200 г требуется 400–500 мг О2 кг/ч.
Содержание растворенного кислорода может колебаться в широких пределах в зависимости от вида рыбы и различия потребности в нем. Например, для карпа оптимальное содержание растворенного кислорода на водоподаче составляет 7 мг/л (80% насыщения), на вытоке – 4 мг/л (40% насыщения), а для форели соответственно 9–11 и 5 мг/л.
Водная растительность днем выделяет молекулярный кислород в процессе фотосинтеза. От содержания О 2 зависит скорость эмбрионального развития. Содержание кислорода для форели может достигать 300–350%, тем не менее не следует допускать его превышения более 200–250%, а также не следует допускать резкого повышения температуры воды.
Пересыщение воды воздухом, точнее, азотом является одним из факторов, способствующих возникновению газопузырькового заболевания у рыб. Для молоди лососевых летальными являются следующие величины насыщения воды азотом: 103–104% нормального насыщения воды – для личинок с желточным мешком и мальков; 105–113% – для сеголетков, 118% – для взрослых рыб. Такая ситуация часто создается при выращивании рыбы на отработанных водах ГРЭС, ТЭС и АЭС, а также при механическом водоснабжении, когда появляется возможность подсоса воздуха в закрытом трубопроводе.
Озон (О3). Бактерицидные свойства озона были установлены еще в конце XIX в. Озон широко применяется при обеззараживании питьевой воды. Он представляет собой аллотропическое видоизменение кислорода. При обычных условиях это голубовато-фиолетовый газ, в жидком состоянии – темно-синего цвета, в твердом – черного. При определенных условиях озон взрывоопасен. Растворимость его в воде выше, чем у кислорода. Молекула озона крайне неустойчива и легко разлагается с выделением энергии. Озон обладает высоким окислительным потенциалом и легкостью диффузии через клеточные оболочки микробов. Он окисляет органическое вещество микробной клетки, приводя ее к гибели. Спорообразующие бактерии более устойчивы к воздействию озона. Последний губительно действует на гидробионты. Водоросли гибнут при концентрации озона 0,5–1,0 мг/л, моллюски – при 3,0 мг/л. Для полной гибели циклопов, олигохет, дафний и коловраток достаточно 2 мг/л. Для обеззараживания воды достаточно 0,5–4 мг/л О3. Чем более мутная вода, тем больше нужно расходовать озона. Он улучшает вкус воды, снижает ее цветность и уничтожает запах. Подача озона после биологического фильтра обеспечивает окисление аммония и нитритов.
Озон при концентрации 15 мг/л полностью уничтожает за 15 с бактерии и вирусы и окисляет значительное количество органических веществ, а также снижает концентрацию железа.
Углекислота, двуокись углерода, свободный диоксид (СО2). Биопродуктивность водоема зависит от наличия двуокиси углерода. В большей концентрации углекислый газ ядовит для рыб. Содержание СО хание, 2 уже в концентрации 30 50–80 мг/л – нарушение мг/л вызывает аритмию и угнетенное дыравновесия, 107 мг/л – плавание на боку. Гемоглобин связывает большое количество СО2, что приводит к резкому уменьшению концентрации О2. Рыбы начинают задыхаться даже в насыщенной ислородом воде.
В природных водах углекислота содержится в трех формах:
1) в свободном состоянии в виде газа, растворенного в воде (двуокись углерода);
2) в виде ионов НСО3 (гидрокарбонат ионов);
3) в виде ионов СО3 (карбонат-ионов).
При избытке СО2 рыба гибнет с прижатыми жаберными крышками, а при недостатке О2 – с оттопыренными. Концентрация СО2 может резко повыситься во время паводка, весной, летом и осенью во время дождей.
Содержание углекислоты оказывает существенное влияние на жизнедеятельность рыб (табл. 1).
Соленость и содержание минеральных солей. Под соленостью понимают общее количество минеральных веществ, растворенных в 1 кг морской воды, которое выражают в граммах на килограмм или в тысячных долях, обозначают как S и выражают в промилле (‰). Соленость затруднительно определить химическим путем, поэтому ее определяют через весовую концентрацию хлора в воде: S‰ = 1,80655 (Cl). Пресные воды содержат 1 г/л, солоноватые – 1–15 г/л, соленые – 15–40 г/л минеральных солей.
Форель способна покрыть потребности в минеральных веществах из окружающей воды. Для нее лучше жесткая вода, чем мягкая. С возрастом концентрация солей может быть большей. Молодь хорошо растет при 3–6‰, неплохо переносит 9‰. Соленость в количестве 12–15‰ для двухлетней форели уже является нормальной. При массе 100 г и более форель хорошо переносит соленость 30–35‰.
В жизни рыб и других гидробионтов большую роль играют Са, Р, К, Fe, Si, Na, Mg, Mn, Cu, Co и др. Из солей важное значение имеют соли угольной кислоты (бикарбонаты и карбонаты), а также соляной (хлориды), фосфорной (фосфаты), серной (сульфаты), азотной (нитраты) и других кислот. Источниками поступления микроэлементов в рыбу являются вода, растительность, естественный и искусственный корма.
Активная реакция среды – рН (водородный показатель рН) является показателем концентрации ионов водорода в воде и определяет среду: кислую, нейтральную или щелочную. Его название происходит от английского слова power (р) и химического знака ионов водорода (Н).
Для карпа допустимые значения рН находятся в пределах 4,5–10,8. Критическое значение рН для форели составляет 9,2. Весной при резком возрастании щелочности до 9 наблюдается гибель рыб. Летом жизнедеятельность растений (элодея, рдест гребенчатый, синезеленые и нитчатые водоросли) повышает значение рН. Негашеная известь, соли меди и гербициды нейтрализуют кислую среду. Водородный показатель существенно зависит от содержания Са в воде. Нейтральное содержание рН равно 7, благоприятные условия содержания рН – 6,5–8, критические значения ниже 6 и выше 8. Жесткая вода стабилизирует рН. Величина рН определяет токсичность многих биологически активных веществ.
Кислые воды болот, гуминовые вещества препятствуют эффективному выращиванию рыбы. Приток талой воды резко меняет активность среды и вызывает массовые отходы рыбы. Для карпа предел выживания составляет 4,3–10,8, для ручьевой форели – 4,5–9, для радужной – 9,2. При высоком значении рН повышается ядовитое воздействие аммиака.
Течение – носитель кислорода, удаляет продукты метаболизма (обмена), остатки корма, экскременты. Течение равномерно распределяет корм. В лотках скорость течения не превышает 2–3 см/с. Крупная форель может преодолевать течение до 20 м/с. Известно, что большая скорость вызывает повышенный водообмен и ухудшает рыбоводноэкономические показатели. Поэтому необходимо создавать умеренное течение. Обычно течение в емкостях для выращивания не должно быть выше 0,5 м/с.
Водообмен. От степении водообмена зависит рыбопродуктивность и рыбопродукция водоема и рыбоводной емкости. При лучшем водообмене, как правило, объемы рыбопродукции увеличиваются.
Жесткость зависит от наличия солей Ca и Mg. За единицу жесткости принят градус жесткости: 1 немецкий градус 1oН = 10 мг Са в 1 л воды; 1 французский градус 1oФ = 10 мг СаСО 3 ; 1 английский градус 1oА = 10 мг СаСО3 в 700 г воды, или 14,3 мг/л СаСО3 Жесткость бывает кальциевой и магниевой, а суммарная – общей жесткостью. Карбонатная жесткость (СаСО3 ) – известь характеризует концентрацию кальция и магния, а бикарбонатная (СаСО3)2 хорошо растворяется в воде до 900 мг/л, или до 50o. Жесткость, остающаяся в воде после кипячения, называется постоянной и выражается в мгэкв./л: 1 мг экв./л Са = 20,04 мг; 1 мг-экв./л Мg = 12,16 мг. Карбонатная жесткость составляет 70–80% от общей жесткости. По степени жесткости воду делят на 6 классов (табл. 2).
Повышение жесткости воды на 2–4oН можно добиться добавлением известняка, мела, мрамора. Более эффективно действует добавление хлористого кальция и магния.
Освещенность. Радужная форель не любит прямого солнечного света, но она боится его меньше, чем ручьевая форель. С возрастом у нее наблюдается отрицательный фототаксис.
Прямые солнечные лучи способны вызывать ожоги тела у мальков, поэтому лучше, когда выращивание идет при рассеянном, ослабленном свете. Свет и фиолетовые лучи губительны для икры лососевых, желтые и оранжевые лучи безвредны. От длительности светового дня в сильной степени зависят сроки полового созревания форели. Карпы-годовики менее активны в сумерки и на рассвете, т. е. при слабой освещенности.
Прозрачность обусловлена цветом и мутностью воды. Хорошо, когда бассейны, заполненные водой, просматриваются до дна. В садках должна быть достаточно прозрачная вода, так как форель при питании ориентируется в основном с помощью зрения. При выращивании карпа прозрачная вода – признак малопродуктивности пруда.
Мутность. Взвешенные вещества. Превышение нормы взвешенных веществ приводит к гибели рыб, замедлению роста, снижению устойчивости к заболеваниям, отрицательному воздействию на развитие икры и личинок, изменяет естественные движения рыб, снижает обеспеченность пищей. За норму количества взвешенных веществ принимается 25 мг/л и ниже. При 400 мг/л поведение рыбы изменяется и возникают проблемы с рыболовством. Для осаждения мутности иногда применяют коагулянты.
По содержанию взвешенных веществ и окрашенных гумусовых соединений различают высокомутные и высокоцветные воды. Для карпового водоема прозрачные воды являются признаком малопродуктивности.
Органические вещества. Количество их должно быть ограниченно. а В БПК притекающей воде расход (биологическое потребление КМnО кислорода) 4 не должен – быть более 20 мг, не более 10 мг/л. Особую опасность представляют азотистые соединения, которые несут остатки корма, продукты обмена веществ.
Токсичен недиссоциированный свободный аммиак (NH3), который выделяется при гидролитическом расщеплении конечного продукта распада белковых веществ – аминокислот, С возрастанием рН его токсичность усиливается. Лучше, если содержание NH3 не превышает 0,01 мг/л, а для мальков – 0,006 мг/л. Для обезвреживания его пропускают через известковые и гравийные фильтры. Продукты распада NH3 – нитраты являются конечными продуктами окисления азота и в умеренных количествах не оказывают вредного воздействия.
Аммиак (NH3) Присутствие аммиака всегда и о грязнении воды азотсодержащими веществами и о происхождении гнилозастных процессов. Рыба выделяет его через жабры. Рост карпа останавливается при содержании 0,06 мг NН3/л, которое задерживает рост молоди карпа. Имеется две формы аммиака: ионизированный аммиак (NH3) нетоксичен, неионизированный аммиак (NH4) токсичен. Он оказывает токсическое действие, которое резко усиливается при повышении рН. Допустимая концентрация аммиака составляет 0,1 мг/л, а для солей аммония – 0,5 мг/л. Форель гибнет при концентрации аммиака 0,3–0,4 мг/л. Для снижения концентрации аммиака применяют биофильтры.
Аммоний (NH4 ) – наиболее токсичная форма из всех соединений неорганического азота. Он образуется в результате минерализации органических веществ гетеротрофными бактериями, а также как побочный продукт азотистого обмена гидробионтов. Считалось, что только аммиак (NH3) может проникать в ткани. Теперь показано, что обе эти формы способны проникать в ткани.
Нитриты (NO2) накапливаются при повышенном уровне аммиака, могут вызывать окисление двухвалентного железа гемоглобина крови в трехвалентное железо метгемоглобина, неспособного переносить кислород. При этом кровь приобретает коричневый цвет. Для лососевых порог токсичности нитритов колеблется от 0,1 до 1 мг. При хорошей аэрации нитриты окисляются до нитратов. В морских и солоноватых водах нитриты не опасны для рыб, а в пресной воде даже в малых количествах очень опасны.
Нитраты (NO3) – продукты окисления нитритов, являются более стойкими соединениями. Нитраты становятся токсичными при концентрации 100–300 мг/л. Они способствуют развитию водорослей и паразитарных циклов. В природных водах их содержание может колебаться в зависимости от времени года от 1 до 15 мг/л и более. В пресной воде они в 2000 раз менее токсичны для чавычи и радужной форели, чем нитриты. В солоноватой воде нитраты более токсичны.
Фосфаты. Обычно их количество мало – 0,1 мг/л. Наличие их способствует развитию водорослей.
Железо. Патогенность железа зависит от формы и состояния. В подземных водах преобладает закисное железо. Часто в двухвалентной форме растворено в кислой и бедной кислородом (артезианской) воде. При аэрации железо выпадает в виде хлопьев, превращаясь в трехвалентное – гидроокись. Закисное железо создает благоприятные условия для развития железобактерий, которые развиваются в громадных количествах, забивая просвет в водоподающих трубах. Оно забивает у мальков жабры, способствуя их массовой гибели. Его содержание не должно превышать 1 мг/л. Для закисного железа ПДК составляет 0,1 мг/л, для окисного – не более 0,9 мг/л.
Хлор. Содержание его даже в количестве 0,1–0,2 мг/л при температуре 10–14°С вызывает через короткое время гибель молоди. В воде замкнутых установок не должно быть более 0,01 мг/л хлора. Форель, кижуч, канальный сом очень чувствительны к воздействию хлора. Карп относительно устойчив.
Сероводород (H2S) недопустим в прудах, в поступающей воде. Главным источником HS2 и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биологических окислениях органических веществ, поступающих в водоем со сточными водами. Обычно сероводород не содержится в воде и быстро окисляется кислородом. Наличие его в воде свидетельствует о сильном загрязнении. Пересыщение воды азотом и кислородом вызывает газопузырьковое заболевание.
Щелочность определяется расходом НСl на титрование: 1 мл увеличиваем в 2 раза и получаем 2 мг-экв./л. Для определения количества Са это число умножаем на 28 и получаем 2 × 28 = 56 мг-экв./л. На 1 га пруда глубиной 1 м при щелочности 2 мг-экв./л. в воде растворяется 560 кг извести (2 · 28 · 100). Повышение щелочности усиливает гибель икры в период инкубации. Вновь построенные бассейны из бетона (цемента) должны быть хорошо промыты, иначе в них будет повышенная щелочность воды.
Токсические вещества (С1, Zn, Cu, Hg и др.). ПДК для них составляет 0,01 мг/л. Сульфат меди (CuSO 4 ) вызывает повреждение жабр и гиперемию уже при содержании 5 мг/л. Он убивает зоопланктон, беспозвоночных, грибы, водоросли и простейшие организмы.
Нефтепродукты недопустимы в рыбоводных емкостях. Если они не оказывают прямого воздействия на рыбу или других гидробионтов, то придают специфический запах их мясу. Привкус обнаруживается уже при содержании нефти и керосина в концентрации 0,01–0,02 мг/л.
Минеральные масла. Дизельное, моторное и другие масла образуют пленку, оседают на дно. Разрушение их бактериями происходит очень медленно. Пленка затрудняет потребление кислорода, загрязняет кожный покров, забивает жабры. При попадании в кишечник минеральные масла нарушают его функционирование. Неприятный привкус масел создают ароматические углеводороды, входящие в состав этих масел. Для устранения привкуса необходимо передержать рыбу в проточной воде не менее двух суток.
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) попадают с бытовыми промышленными и сельскохозяйственными сточными водами. Они нарушают слизистую оболочку жабр рыб, что способствует развитию патогенных организмов и снижению сопротивляемости рыбы, а также нарушают работу органов равновесия и обоняния. Рыбы начинают плавать на боку.
Хлорорганические пестициды применяют в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, аскарицидов, фумигантов в борьбе с вредителями зерновых, овощных и полевых культур, лесонасаждений и плодовых деревьев. Они являются производными хлормногоядерных углеводородов (ДДТ), циклопарафинов и др., очень стойки к воздействию температуры, солнца и влаги, способны накапливаться в организмах, причем продукты их распада могут быть более ядовиты.
Биотические факторы среды
Рыбы в водоеме вступают с другими гидробионтами в различные отношения. Они возникают как между представителями одного вида (внутривидовые связи) или разных видов (межвидовые взаимосвязи), так и между рыбами и представителями других систематических групп. Многообразные связи образуются при питании (симбиоз или конкуренция, хищник и жертва, паразит и хозяин и т. д.), защите от врагов (образование стай, защита потомства).
Биотические и абиотические связи обитателей водоема тесно переплетаются между собой, в результате чего вырабатывается единство организма со средой обитания: стая (косяк), скопление (временная группировка рыб), стадо (популяция) – локальная самовоспроизводящаяся группа рыб одного вида.
Биотическими факторами, влияющими на эффективность выращивания рыбы и других гидробионтов в индустриальных условиях, могут быть следующие:
1) монокультура;
2) поликультура (осетры, бестеры, радужная форель, судак, щука, молодь карпа);
3) каннибализм;
4) конкуренция в питании и сфере обитания (поверхность воды, толща воды, придонные слои, заросли жесткой и мягкой растительности);
5) плотность посадки, от которой зависит конечная масса карпа. Золотой карась и серебряный карась, колюшка не должны быть в пруду, так как они являются в питании конкурентами карпа;
6) кормление (естественные, искусственные, тестообразные и гранулированные корма, воздействие на питание рыб зоопланктона, фитопланктона, нектона, перифитона, детрита и бентоса);
7) жизнестойкость;
8) размерно-весовая структура стада;
9) пищевые взаимоотношения, сортировка;
10) добавочные рыбы. Дополнительное подсаживание мелких щук, судаков и окуней для разрядки мелкой сорной рыбы. Выращивание добавочных рыб, уток, гусей и др. Совместное выращивание карпа с линем, серебряным карасем, пелядью, рипусом, чудским сигом, щукой, сомом, радужной форелью, осетрами;
11) привлечение воздушного корма;
12) враги рыб – хищные рыбы, животные (норка, ондатра), птицы и пр.;
13) болезни и паразитизм (диплостомоз, аргулез, ихтиофтириоз и др.).
Таким образом, зная условия существования выращиваемых гидробионтов и их биотические взаимоотношения, можно успешно управлять биологическими процессами в рыбохозяйственных водоемах и повышать их рыбопродуктивность.
Контрольные вопросы
1. На какие показатели оказывают влияние абиотические факторы при индустриальном методе выращивания рыбы?
2. Перечислите основные абиотические факторы среды.
3. Назовите минеральные элементы, играющие важную роль в жизнедеятельности рыб.
4. Назовите главные биотические факторы. Как они влияют на выращиваемую рыбу?
