Физические и химические свойства воды

Вода вместе с грунтом, растениями и животными организмами составляет водоем.
На протяжении многих веков организм рыб приспосабливался к определенным условиям водной среды, пребывая с ней в постоянном взаимодействии. Условия окружающей среди сказывают влияние на жизненные процессы рыбы - дыхание, питание, рост и развитие, нервную деятельность и т.д. Природные условия, а также активная деятельность людей могут оказывать значительное влияние на качество водной среды, что в свою очередь влияет на развитие рыбоводства. Широкое внедрение интенсивных методов в прудовом рыбоводстве (увеличение плотности посадки рыбы на выращивание, питание кормосмесями, внесение удобрений в пруды) обуславливает нагромождение органических веществ, ухудшает кислородный баланс, приводит к повышенной концентрации углекислоты. Резкие колебания количества растворимого в воде кислорода, кислотности (рН), высокая концентрация аммония, органическое засорение оказывают негативное влияние на рост рыбы. В таких условиях рыба вынуждена постоянно приспосабливаться к изменению химического состава воды, температурного режима и других факторов. Поэтому, зная факторы, влияющие на качество водной среды и жизнедеятельность рыб, можно наблюдать за изменениями химического состава воды и своевременно проводить оздоровительные мероприятия. Это позволит поддерживать качество воды на оптимальном уровне и повысить рыбопродуктивность. К физическим особенностям воды, которые характеризуют пригодность ее для выращивания рыбы, относят: температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус. Общие требования к воде, поступающие в летние карповые и форелевые пруды показаны в табл.1.

Таблица №1
Требования, предъявляемые к качеству воды, поступающей в летние пруды

Показатель Нормативные значения воды, поступающей в летние пруды
карповые форелевые
Температура, 0С Не должна иметь перепад более 5° относительно воды в прудах. Максимум не должен превышать 280 Не должна иметь перепад более 50 относительно воды в прудах. Максимум не должен превышать 200°
Запахи, привкусы Вода не должна иметь посторонних запахов, привкусов и придавать их мясу рыб
Прозрачность, м 0,75-1,0 не менее 1,5

Цветность, нм до 585 менее 540
Взвешенные вещ-ваг/м3 до 25 до 10
Растворенный кисл-д, г /м3 не ниже 5,0 не ниже 9,0
Водородный показатель, 6,5-8,5 7,0-8,0
Двуокись углерода, г/м3 25,0 10,0
Сероводород, г/м3 отсутствие отсутствие
Аммиак, г/м3 до 0,05 до 0,05
Окисляемость перманганатная, гО/м3 до 15,0 до 10,0
Окисляемость бихроматная, гО/м3 до 50,0 до 30,0
БПК6, гО,/м3 до 3,0 до 2,0

БПКполн, гО,/м3 до 4,5 до 3,0

Аммоний-ион, rN/м3 1,0 0,5

Нитрит-ион, rN/м3 0,02 0,02
Нитрат-ион, rN/м3 2,0 1,0
Фосфат-ион, гР/м3 0,5 0,3
Железо общее, г/м3 1,8 0,5
Железо закисное, г/м3 не более 0,5 не более 0,1
Общая численность микроорганизмов, млн .кл/мл до 3,0 до 1,0

Температура тела рыбы зависит от температуры окружающей среды, влияние ее на рост, питание и размножение значительное. Температура воды зависит от солнечной радиации, испарения, теплообмена с атмосферой, перенесения тепла течениями, турбулентного перемещения воды и других факторов. Водоемы прогреваются сверху вниз. Годовую и суточную температуру воды на поверхности и глубине определяют по количеству тепла, которое выходит на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания воды. Суточные колебания температуры составляют несколько градусов, в результате чего вода прогревается неглубоко. На мелководье амплитуда колебания близка к атмосферной. Среднегодовая температура воды зависит от географического расположения водоема и источника водоснабжения - в северных регионах она всегда ниже, чем в южных.
Всякие смены температурного режима водоема могут привести к нарушению его экологических особенностей, а также стать причиной гибели рыбы. Для каждого животного и растительного организма в пределах температурного диапазона существуют свои оптимальные температуры роста и воспроизводства. Условия, при которых жизненные процессы в организме происходят нормально, являются оптимальными. В соответствии с этим всех рыб условно делят на тепловодных и холодноводных. Интенсивность жизненных процессов рыб и организмов, которые населяют данный водоем, зависят от температурного режима.
Так, нерест карпа лучше всего происходит при температуре 18 - 22°С. Икра развивается при температуре 22°С на протяжении 2,5 - 3 суток, при температуре 20°С - 3,5-4 суток, при 19°С - 4,5-5 суток, а при 17 С – 7-7,5 суток. Температура воды 20-28°С способствует хорошему питанию и усвоению корма. Если же температура воды снижается до 16°С, это может привести к значительному снижению употребления корма.
Действие неблагоприятных температур в период развития карпа приводит к возникновению дефекта жаберных крышек, зрения, ребер, тела, позвоночника и т.д. Высокая температура воды ухудшает процесс дыхания рыбы. При этом потребность в кислороде увеличивается, в результате чего увеличивается граница кислородного порога. При низких температурах минимальная потребность в кислороде для карпа составляет 0,5 - 0,6 мг/л, а при температуре 25 - 30°С она увеличивается до 1,2 мг/л.
В бассейновых хозяйствах, где температурный режим регулируется, выращивают личинок карпа и травоядных рыб. Лучшие показатели (темп роста, затраты корма) при выращивании личинок карпа получают при температуре 28 - 30°С. Итак, температура воды - один из важнейших показателей водной среды, от которого зависит эффективность рыбоводства.
Прозрачность воды обусловлена ее цветом и содержанием разнообразных цветных примесей и минеральных частиц (мутность). От уровня этого показателя зависит проникновение водорослей на глубину водоема, поскольку они лучше развиваются при интенсивном освещении солнцем. В отдельные периоды года прозрачность воды изменяется. Так, летом в прудах с интенсивным ведением рыбоводства прозрачность не превышает 60-80 см, что связано с развитием большого количества микроскопических водорослей. Зимой, когда микроорганизмы отмирают, вода становится прозрачнее. В период паводков в реках и ручьях увеличивается количество глинистых частиц, что значительно снижает прозрачность воды.
В зависимости от степени прозрачности воду условно делят на прозрачную, слегка мутную и сильно мутную. Прозрачность определяют высотой столба воды, при которой наблюдается белый диск, прикрепленный к шнуру с делениями и опущенный на определенную глубину пруда. Большое количество примесей в воде нежелательно, ибо, оседая на жабрах рыб, они могут вызвать заболевания. Поэтому в прудах, особенно нерестовых, мальковых и зимниках, вода должна быть чистой, без ила и органических частиц.
Цвет воды зависит от растворенных и завислых в ней частиц, особенно растительного происхождения. Чистая вода всегда имеет голубой цвет. Бурые или желтые оттенки свидетельствуют о том, что в воде имеются дубильные вещества. Такая вода имеет кислую реакцию и происходит преимущественно с болотных массивов. Высокая концентрация железа и его составляющих придает воде ржаво-желтый оттенок. В отдельных случаях вода может засоряться промышленными отходами, которые придают ей оттенки от ясно-серого до темного. Сам цвет воды непосредственно не влияет на жизненные процессы водных организмов, однако, его изменения в некоторых случаях могут быть показателями негативных условий водной среды.
В природе вода никогда не бывает химически чистой, а всегда содержит частицы неорганических и органических веществ. Протекая в различных слоях земли или на поверхности, она растворяет соли (кальция, магния, железа и т.д.), насыщается ними, а соприкасаясь с газами, растворяет их. Поэтому природные воды всегда отличаются по своему химическому составу друг от друга. Химический состав природных вод формируют растворимые в ней газы, основные ионы, биогенные и органические вещества, микроэлементы.
Газовый режим в водоемах формируется за счет газов, которые попадают в нее из атмосферы и в результате химических процессов. Кислород и углекислый газ необходимы для жизнедеятельности водных организмов, а сероводород, метан и азот, нагромождаясь в больших объемах, угнетают их жизнь в водоемах. Количество растворенных, газов зависит от температуры, давления и наличия в воде солей.
Кислород — один из важнейших растворимых газов, который постоянно присутствует в поверхностных водах. Количество его в значительной степени зависит от химико-биологического состояния водоема. Главными источниками насыщения поверхностных вод кислородом является атмосфера и фотосинтетическая деятельность микроскопических водорослей. Под воздействием ветра воздух перемещается с поверхностными слоями воды. При высокой температуре растворимость кислорода в воде уменьшается, а при низкой - увеличивается. Насыщение воды кислородом в природных условиях всегда ниже 100%, потому, что большое количество его используется на окисление органических веществ. При массовом развитии водорослей (в солнечные дни) в некоторых водоемах насыщение кислородом может достигать 150 - 200%.
Большинство видов рыб приспособились дышать кислородом, растворимым в воде, и не могут усваивать его из атмосферы. В организм рыбы кислород поступает через кровь, обеспечивая обмен веществ, а вместе с ним и жизнь. Даже кратковременное прекращение поступления кислорода в кровь рыбы приводит к ее гибели. Недостаток кислорода в воде негативно влияет на усвоение рыбой корма и этим самым тормозит ее развитие. По данным некоторых исследований карп интенсивно потребляет и усваивает корм при содержании кислорода в воде 7 - 9 мг/л. Если содержание кислорода снижается до 3 - 6 мг/л, рацион карпа уменьшается на 50%, а при 2 мг/л составляет, лишь 0,25% нормы. При не удовлетворительном кислородном режиме рыба плохо растет, а кормовой коэффициент при этом увеличивается. Снижение концентрации кислорода до 0.5 мг/л приводит к гибели карпа, а форель гибнет при концентрации 2,5 - 3 мг/л.
В июле - августе, когда в прудах нагромождается много органических остатков, содержание растворимого кислорода может снизится до 2 мг/л. В такие дни кормить рыбу следует через два часа после восхода солнца. В это время количество кислорода в воде увеличивается до 2,5 - 3 мг/л. При продолжительном дефиците кислорода нормы кормления следует уменьшать наполовину или на две трети. В некоторых случаях совсем прекращают кормление до восстановления кислородного режима.
Углекислый газ СО2 в определенных количествах содержится почти во всех природных водах. При этом большая часть его находится в воде в растворенном состоянии. Небольшое количество его (до 1%) может взаимодействовать с водой и создавать угольную кислоту. Содержание углекислоты в воде постоянно меняется. Днем зеленые растения усваивают ее и с помощью солнечной энергии перерабатывают на органические вещества. Так, в июле - августе в прудах с хорошо развитыми водорослями углекислого газа почти не бывает. Ночью вследствие дыхания водных организмов и окисления органических веществ содержание его увеличивается. Чем интенсивнее происходят эти процессы, тем больше нагромождается углекислоты, особенно в прудах, где много органических веществ и мало извести. Количество углекислоты в таких прудах может достигать до 30—35 мг/л. Для карповых прудов оптимальная концентрация углекислого газа зимой до 10, а летом — до 25 мг/л. Повышение концентрации выше оптимальной свидетельствует о загрязнении пруда органическими веществами. Особенно следует следить за соотношением между кислородом и углекислотой. Так, для карпа соотношение, близкое к 0,02 — губительно.
Кислотность воды (рН) характеризует активную реакцию среды. Чем ближе значение рН к нулю, тем выше концентрация водородных ионов в растворе, тем кислее среда. Вследствие реакций, которые происходят в воде, рН постоянно меняется. Эти смены происходят в каждом времени года, а также на протяжении суток. Наибольшие показатели рН воды (8—8,8) наблюдаются во второй половине вегетационного периода, когда биомасса водорослей наиболее разлита и фотосинтетическая деятельность усилена. Большинство рыб живут при рН в пределах 5 - 9, однако, некоторые из них могут выдерживать другие показатели. Так, ерш, форель, окунь погибают при рН 9,2 в то же время, форель может жить при рН 4,8, а окунь даже при рН 3,6. Для карповых важно, чтобы среда была нейтральной с рН 7—8. Кислая реакция воды негативно влияет на обмен веществ у рыбы, вследствие чего она не полностью усваивает корм, что, в свою очередь, приводит к задержке роста рыбы. При понижении рН до 6,5 у карпа нарушается азотный обмен.
Окисляемость воды свидетельствует о содержании растворимых органических и минеральных веществ. Величина окисленности показывает, сколько затрачивается кислорода (мг/ л) на разрушение органических веществ, остатков не - съеденного корма. На протяжении вегетационного сезона окисленность меняется от 10 до 30 мг/л и более. Значительное усиление окисленности происходит в июне - августе, что обусловлено нагромождением продуктов жизнедеятельности рыб, остатками животного и растительного происхождения и не съеденных комбикормов. При сильно высокой вместимости органических веществ (загрязнение водоема сточными водами с животноводческих ферм, сахарных и спиртовых заводов) кислород полностью затрачивается на их разрушение. При значительном повышения окисленности воды следует выяснить причины загрязнения и принять необходимые меры (повысить водообмен, выполнить известкование, аэрацию воды и т.д.).
Сероводород в природе встречается очень редко и может появляться в водоемах сильно загрязненных органическими веществами (отмершими водорослями и животными организмами). Эти остатки, оседая на дно водоема, создают благоприятные условия для гнилостных процессов. Органические вещества распадаются, концентрация кислорода в придонных слоях резко понижается, в результате развиваются серные бактерии, которые разлагают белковые вещества в сероводород. Аналогичная ситуация может возникнуть в прудах, где выращивают рыбу при большой плотности посадки и интенсивном питании.
В воде болотного происхождения сероводород может возникнуть за счет обновления сернокислых солей гуминовыми кислотами. Сероводород - яд и поэтому его присутствие в рыбоводных прудах недопустимо. Попадая в организм рыбы, он соединяется с железом гемоглобина крови, в результате Чего способность крови связывать кислород снижается. При концентрации сероводорода в воде 1 мг/л у рыбы уменьшается частота дыхания, и она не может усваивать кислород. Особенно опасно содержание сероводорода в зимовальных прудах.
Метан — отравляющий газ, создается в загрязненных или заболоченных прудах, главным образом за счет разложения органических веществ. В воде практически не растворяется. Образуясь на дне водоема, метан выделяется на поверхности в виде пузырьков. Особенно он вреден для рыбы зимой. Беспрерывное его выделение из почвы бывает достаточным для отравления рыбы, которая попадает в зону действия газа. Кроме того, рыба из бедных на кислород слоев воды вынуждена подниматься в верхние и находиться в постоянном движении, из-за чего она худеет и становится более восприимчива к болезням.
Биогенные вещества — это вещества, которые входят в состав живых организмов и имеют определенное биологическое значение. Это азот и фосфор. Выделение таких веществ в отдельную группу несколько условно, поскольку кроме них жизнедеятельность растений и животных невозможна без большого количества таких веществ, как кальции, магний, калий, натрий, железо, марганец и т.д.
Аммонийный азот в прудах может быть в виде аммиака или ионов аммония. Его содержание составляет 0,2 - 1 мг/л воды. Соединения аммонийного азота получаются при разрушении и минерализации органических белковых веществ. Процессы превращения органических веществ в минеральные происходят лучше всего в прудах с высоким содержанием кислорода при нейтральной среде. Если содержание кислорода в прудах низкое, процессы минерализации останавливаются на стадии образования аммонийного азота, особенно при высокой плотности посадки рыбы. В нагульных выростных прудах оптимальным считают содержание до 1,5 мг азота в 1 литре воды.
Нитритный азот, В природных водах содержание нитритного азота составляет от сотых до десятых частей миллиграмма в одном литре воды. Он создается при окислении бактериями органических веществ, а также в процессе восстановления нитратов. В рыбоводческих прудах концентрация нитритного азота не должна превышать 0,05 мг/л. Более высокое содержание нитритов в прудовой воде является показателем загрязнения ее органическими веществами и продуктами их распада.
Нитратный азот в прудовой воде встречается очень редко, так как активно усваивается фитопланктоном и высшими водорослями. К осени концентрация нитратного азота значительно увеличивается, что связано с активизацией биохимических процессов. Максимальное его количество может наблюдаться в зимний период. Желательно, чтобы концентрация нитратного азота в одном литре воды рыбоводческих прудов пребывала в пределах 1 - 2 мг.
Фосфаты. В природных водах фосфаты находятся в виде ионов минерального фосфора и растворов соединений органических веществ. Содержание отдельных ионов зависит от реакции воды - в кислой среде преобладают ионы минерального фосфора. При проведении рыбоводных исследований в большинстве случаев достаточно определить только минеральный фосфор, который легко усваивается водорослями. В воде его очень мало — сотые или десятые доли миллиграмма в одном литре воды, однако, значение для развития растений огромное. Высшие водоросли и фитопланктон усваивают только минеральный фосфор, и он вместе с остальными биогенными веществами используется для синтеза белка. Поэтому недостаток растворенного фосфора в воде задерживает его синтез. Кроме того, плохо развиваются бактерии, которые минерализируют органические вещества. Рыба усваивает фосфор из корма, частично он поступает непосредственно из воды через жабры и кожу. Используется он в организме рыбы для синтеза белков крови, развития мускульных тканей и костей. В рыбоводных прудах концентрация фосфора обусловлена смыванием с грунтов водоразборных площадей, разложением планктона и заглубленной в воде растительности. Количество фосфора может увеличиваться за счет минеральных удобрений.
Железо. В рыбоводных прудах соединения железа могут быть в восстановленном и окисленном состоянии. Восстановленное железо может окисляться кислородом воды и переходить в нерастворимую форму. После окисления оно выпадает в осадок бурого цвета, который может оседать на жабрах рыб, что затрудняет дыхание и приводит к гибели рыбы. При оптимальном содержании общего железа (до 2мг/ л) ионы его усваиваются растениями и используются для создания хлорофилла. Животным организмам железо необходимо для создания гемоглобина. В воде рыбоводных прудов летом при интенсивном фотосинтезе и кислотности более 8,3—8,4 ионных форм железа практически не бывает.