5. ПРОБЛЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛИТЕЛЬНО YКСПЛУАТИРУЕМЫO ПРУДОВ
Перспектива развития любой отрасли сырьевого производства теснейшим образом связана с проблемами охраны окружающей среды. Прудовая аквакультура непосредственно воспроизводит биологические ресурсы и все технологии производства рыбы также теснейшим образом связаны со средой обитания гидробионтов. Несмотря на то, что в настоящее время приоритетным направлением становится пастбищное рыбоводство (Мамонтов, 1996), главным принципом которого является наиболее полное освоение природного продукционного потенциала, проблема повышения эффективности использования рыбоводных площадей остается главной. Особенно актуальна эта проблема для Северного Кавказа, где сосредоточено более 50 % всей прудовой площади страны, на создание которой были затрачены огромные государственные средства (Михелес, Митяева и др., 2000).
Искусственное воспроизводство ценных видов рыб может предусматривать в своей технологии этап подращивания, который связан с использованием прудового фонда.
Данная глава является результатом многолетних исследований процессов, протекающих в мелководных водоемах Нижнего Дона в условиях их использования в качестве объектов для выращивания сеголетков карпа и растительноядных рыб, а также для подращивания рыбца и шемаи.
Постановка проблемы Несмотря на более чем столетнее выращивание рыбы в искусственных водоемах, нет установившихся взглядов на методы получения высокой рыбопродуктивности и качественной продукции (Ушакова, 1986; Богатова, 1987). Еще А.Н. Елеонский (1946) считал, что эта важнейшая рыбоводная проблема остается далеко еще не разрешенной в результате крайней сложности и запутанности тех процессов, которые протекают между внесенными в пруд удобрениями,
почвой, водой и всей биомассой пруда. После появления классической работы «Удобрение прудов» (Винберг, Ляхнович, 1965), где, казалось,
были рассмотрены все аспекты этой проблемы, была доказана целесообразность удобрения прудов только азотно-фосфорными
удобрениями и подчеркнута зависимость между массой фитопланктона и рыбопродуктивностью, проблема осталась нерешённой.
Многолетние наблюдения А.И. Батенко (1971) за режимом соединений азота, фосфора и органического вещества показали,
что наличие и сезонные распределения их в большей мере зависят от температуры и почвы прудов, чем от видов удобрений, доз и способов
внесения в пруды. При длительном и постоянном насыщении воды азотом изменяется лишь соотношение соединений, причем одностороннее насыщение воды азотом приводит к заболеванию рыб.
Итак, в последние сорок лет интенсификация прудового рыбоводства основывалась на внесении аммиачной селитры
и суперфосфата с использованием больших доз негашеной извести на фоне органических удобрений.
Прудовая аквакультура – типичный пример агроценозов, которые не могут существовать без поддерживающих усилий человека.
Они неизбежно поглощаются естественной природой, как только эти усилия прекращаются. Интенсивные технологии выращивания
рыбы в 1970–80 гг. сменились экстенсивными в 1990-е годы.
В этих условиях стали проявляться процессы, характерные
для эндогенетических сукцессий: изменения биоценозов, связанные с преобразованием экотопа, а через него и всей системы биогеоценоза.
По мере увеличения слоя илистых отложений происходит смена
микробиотических сообществ: преимущественное развитие получают
анаэробные микроорганизмы.
Не контролируемые сукцессионные процессы приводят к состоянию
системы, которую можно назвать прудоутомлением – появляются
болезни рыб, снижается рыбопродуктивность. Крайняя степень
утомления водоемов приводит к накоплению в донных осадках патогенной
микрофлоры, появлению токсичных веществ.
Из вышеизложенного вытекает важность изучения структурного
состава органического вещества донных отложений.
Материалы и методика
Основными материалами для работы послужили результаты опытов
и исследований, выполненные в период 1988–2001 гг. в крупных
рыбоводных хозяйствах Ростовской области: Донском зональном
рыбопитомнике (ДЗРП) Азовского района, СПК «Рыбколхоз им. Абрамова»
Семикаракорского района, СПК «Рыбколхоз им. Мирошниченко».
Основными объектами служили выростные пруды площадью около
19 га, а также опытные пруды площадью 0,2 га.
Органический углерод в донных отложениях определялся
по методу Тюрина, валовый азот по Кьельдалю, валовый фосфор
на основе метода Дениже. Минеральные формы азота и фосфора
по методикам, принятым в агрохимии. Органические формы азота
и фосфора определялись по разнице между валовыми и минеральными
формами. Фракционный состав органического вещества выполнялся
по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой. Полученные
данные подвергались математической обработке и использовались
только достоверные величины.
Результаты исследований и выводы
Анализ органического вещества выростных прудов ДЗРП показал,
что содержание гумуса в слое 0–20 см колеблется от 1,93 до 7,1 %.
Причем, чем больше гумуса содержится в этом слое, тем выше его
величина в нижележащем (20–40 см). Указанное пространственное
распределение органического вещества в толще почво-грунтов
водоемов сближает его с зональными почвами, где также происходит
обогащение перегноем глубоких слоев чернозема.
Представляет интерес фракционный состав гумуса донных осадков.
Повторяя также закономерности зональных почв, в органическом
веществе водоемов, как для гуминовых, так и для фульвокислот
наибольший процент составляют фракции, связанные с кальцием. Общая
сумма гуминовых и фульвокислот составляет в среднем 30 %.
Отличительной чертой гумуса опытных прудов является повышенное
содержание фульвокислот по сравнению с таковым в выростных прудах.
Для рассмотренных донных осадков отношение гуминовых кислот
к фульвокислотам составляет от 1,0 до 1,5. Несмотря на меньшую
величину суммы фракций гуминовых и фульвокислот, по сравнению
с зональными почвами (30 и 50 %, соответственно), что, вероятно,
связано с молодым возрастом, полученные результаты свидетельствуют
о том, что процессы гумификации органического вещества в прудовых
системах Нижнего Дона повторяют тенденции, характерные для
Предкавказья.
Известно, что азот в почвах тесно связан с органическим
веществом. Какова тенденция накопления его в донных отложениях
прудов? Для примера рассмотрим сравнительно молодые по возрасту
седименты, образовавшиеся в результате 7-летнего использования
опытных прудов для подращивания рыбца и шемаи (табл. 53).
Таблица 53 Содержание органического углерода и соотношение форм азота и фосфора в прудах различных категорий (V зона рыбоводства, 2001 г.)
Пруды
Ингредиенты мг/100 г почвы
Азот минер.
С N
C NH
4
+ NO
2
- NO
3
-
P
Опытный No 2 630 7,491 0,026 1,034 316,5 325,0 0,206 79,9 82,0 1,94 7,7 -//- No 3 540 6,960 0,040 0,838 153,2 161,0 0,168 50,8 51,0 3,35 10,6 -//- No 4 300 7,400 0,002 0,912 179,7 188,0 0,412 21,6 22,0 1,60 13,5 Выростной 1680 5,340 0,034 3,432 562,2 571,0 0,946 186,1 187,0 2,94 8,98
Из представленной таблицы видно, что если в опытных прудах
органического углерода содержится 300–630 мг/100 г почвы, то выростные
пруды накапливают его значительно больше. Показанное отношение
С/N составляет не более 3.35, тогда как в зональных почвах это
отношение в среднем равно 10.0. Это связано с обогащением
органического вещества прудов азотом. Кроме того, видно, что как азот,
так и фосфор представлены в основном органическими соединениями.
Такие формы основных биогенов становятся доступными для
автотрофного уровня только в результате микробиологической
деятельности. Поэтому с одной стороны пруды можно рассматривать
как накопители азота, а с другой – как системы, в которых идут процессы
денитрификации и сульфатредукции, со всеми вытекающими из этого
негативными последствиями.
Таким образом, течение сукцессионных процессов в прудовых
системах Нижнего Дона способствует превращению их в водоемы
озерно-болотного типа, что и выражается в прудоутомлении.
Кроме того, накопление органического вещества и азота в прудах оказывает негативное влияние на трофический статус водных экосистем Азово-Черноморского бассейна, куда сбрасываются их воды.
Немаловажным фактором, от которого зависит естественная рыбопродуктивность, также являются почвы, на которых расположены
пруды. В Ростовской области большинство прудовых хозяйств расположены в пойме Дона. Основу почвенного покрова долины Дона
(до 70–80 % площади) составляют луговые, лугово-болотные, солончаковатые и солонцеватые глинистые почвы с солончаками,
особенно в притеррасовой части, а также болотные глинистые почвы. Второе место занимают аллювиально-луговые, легкосуглинистые,
супесчаные и песчаные.
Особо необходимо отметить болота, которые чаще всего
становились основой прудовых хозяйств (0,5 % общей площади области), причем их количество постоянно увеличивается. Для понимания сложности выбора подходов к созданию оптимальных условий развития
естественной кормовой базы, необходимой для успешного подращивания рыбца, в пойме Нижнего Дона выделены четыре района, отличающиеся
один от другого гидрологическим режимом, степенью засоления, растительностью.
Первый район: Станица Цимлянская – устье Северского Донца. Площадь около 90 тыс. га. Преобладают слабо засоленные аллювиально-
луговые почвы. В слое 0–20 см они содержат: гумуса 2,4–3,9 %; гидролизуемого азота 8,9–13,0 мг; подвижного фосфора 1,3–11,4 мг;
обменного калия 26–73 мг на 100 г почвы. Плодородие возрастает от прирусловой поймы к центральной. Грунтовые воды слабо засолены
и находятся на глубине 3–4 м от поверхности. В этой части поймы наиболее распространены пырейно-кострово-мятликовые, кострово-мятликовые луга.
Второй район: Устье Северского Донца – пос. Багаевский. Площадь 75 тыс. га. Затопление лугов почти отсутствует, уровень грунтовых вод летом – 2–3 м. Преобладают аллювиально-луговые, слабо
солончаковатые, карбонатные слоистые почвы, по плодородию схожие с почвами первого района.
Третий район: пос. Багаевский – Ростов. Площадь около 70 тыс. га. Многочисленная еричная сеть периодически наполняется
нагонными водами, что затрудняет отток грунтовых вод, уровень которых в центральной части поймы находится весной на 0,9–1,2 м.
Во влажные годы этот уровень повышается до 0,5–0,7 м. Почвы аллювиально-луговые темноцветные, карбонатные, слоистые, слабо
солончаковатые. В слое 0–20 см гумуса содержится 2,7–3,2 %; гидролизуемого азота – 4,48–11,2 мг; подвижного фосфора – до 10,4 мг;
обменного калия – 31,4–35,2 мг на 100 г почвы. Растительность лугов пырейная, пырейно-осоковая; пырейно-кострово-лисохвостная.
Четвертый район – Азов (дельта Дона). Площадь около 48,0 тыс. га,
часто затопляется паводковыми и нагонными водами, вследствие чего грунтовые воды не опускаются ниже 0,8–1,0 м. В почвенном покрове
преобладают луговые темноцветные, лугово-болотные и болотные почвы, которые в слое 0–20 см содержат: гумуса более 4,0 %,
гидролизуемого азота – около 11,0 мг; подвижного фосфора – 2,4 мг; обменного калия – 18 мг на 100 г почвы. Травостои: пырейно-кострово-
тростниковые, осоково-тростниковые.
Именно пестрота почвенного покрова долины Нижнего Дона
в условиях сравнительно-стабильного радиационного баланса солнечной энергии на уровне 2700 МДж/м2 в год определяет вариабельность
естественной рыбопродуктивности в широких пределах.
Важно также отметить, что при длительной эксплуатации прудового фонда происходит постепенное накопление органического углерода в донных отложениях, что приводит к дефициту кислорода в богатых органикой неглубоких водоемах или в придонных слоях глубоких водоемов.
Крайняя степень утомления водоемов приводит к накоплению в донных отложениях патогенной микрофлоры, появлению токсичных
веществ в результате нарушения баланса между различными группами аэробных и анаэробных микроорганизмов.
Основные изменения, происходящие в донных отложениях в результате длительной эксплуатации, характеризуются следующими
процессами.
1. Образование и накопление гумусовых веществ. Изменение
органических остатков происходит по двум главным направлениям – минерализация и гумификация. Основные продукты гумификации,
от которых зависит формирование разных свойств донных отложений, представлены гуминовыми и фульвокислотами. К неспецифическим органическим веществам относятся органические кислоты, аминокислоты,
воски, смолы и т.д.
2. Выщелачивание и миграция растворимых солей. Под этими
явлениями понимается процесс выноса за пределы донных отложений простых солей щелочных и щелочноземельных металлов.
3. Оглинивание. Процесс образования вторичных глинистых минералов типа монтмориллонита, гидрослюд, вермикулита и др.
Оглинивание – биогеохимический процесс, в результате которого биологические системы способны извлекать К, Mg, Fe из кристаллической
решетки минералов. Однако в оглинивании также немаловажная роль принадлежит химическим и физическим процессам замещения катионов,
окисления, гидролиза, гидратации, образования осадков, комплексов и т.д. Необходимые условия оглинивания – положительные температуры и увлажнение.
4. Оглеение. Процесс образования глинистых материалов, содержащих закисное железо, а также простых закисных солей железа и марганца. Наиболее распространены сидерит FeCO
3
и вивианит Fe
3
(PO
4
)
2
·8H
2
O.
При гидролизе сидерита образуется весьма мобильный бикарбонат железа Fe (HCO
3
)
2
. Эти вещества окрашивают зоны оглеения
в зеленоватые; зеленовато-голубые и черно-голубые тона.
В донных отложениях, содержащих сульфаты, закисное железо
находится в виде гидротроилита Fe(HS)
2
·nH
2
O, небольшие количества которого окрашивают донные отложения в интенсивно черный цвет.
Гидротроилит, подвергаясь кристаллизации, переходит в пирит – FeS
2
. Сущность глеевого процесса состоит в следующем: под воздействием
гетеротрофных анаэробных организмов железо свободных окисных соединений, а также железо из частично распадающихся силикатов
и алюмосиликатов восстанавливается до закисного двухвалентного, вступает в комплексные связи с органическими веществами и алюмосиликатами. В закисные формы вместе с железом переходят
и другие соединения.
При переменном гидроморфизме, когда процессы переувлажнения
сменяются окислительным режимом, типична следующая реакция:
4Fe(HCO
3
)
2
+ O
2
+ 2H
2
O = 4Fe(OH)
3
+ 8CO
2
.
Гидроокись железа Fe(OH)
3
и ее производные придают профилю ярко-оранжевые и ржавые тона, которые сочетаются с пятнами
ярко-сизо-зеленого цвета истинного оглеения.
В засоленных донных отложениях в условиях оглеения закисные
формы железа окисляются с образованием серной кислоты:
FeS
2
+ 7O + H
2
O = H
2
SO
4
+ FeSO
4
.
Таким образом, глееобразование протекает в анаэробных условиях при обязательном участии гетеротрофной микрофлоры и наличии органического вещества в условиях постоянного или периодического увлажнения. Глееобразование сопровождается переходом окисных соединений в закисные.
5. Мергеленакопление. Процесс выпадения CaCO
3
и MgCO
3
в осадок в виде тонкомучнистой массы – один из диагностических признаков болотного процесса. Проявляется при подтоке гидрокарбонатно- кальциевых вод на заболоченные территории.
Донные отложения прудов в процессе эксплуатации постоянно находятся под влиянием циклической смены окислительных и восстановительных процессов. Значительная часть веществ (двухвалентное железо, сероводород, метан и др.), появляющихся в этих водоемах в период гипоксии, токсичны для гидробионтов.
Таким образом, в ходе эксплуатации прудов на дне рыбоводных водоемов формируются определенного состава донные отложения. Их количественный и качественный составы зависят как от зональных особенностей климата и почвенного покрова ландшафта, так и от интенсификационных мероприятий, направленных на увеличение рыбопродуктивности. Однако, как правило, длительная эксплуатация прудов способствует значительному накоплению органического вещества в донных отложениях, что приводит к негативным последствиям. В этих условиях без обязательного проведения определенных известных технологических приемов, таких как летование, выкос жесткой и мягкой водной растительности, оптимальные соотношения плотностей посадки, новые виды поликультуры, рациональное внесение органо-минеральных удобрений, невозможно создать оптимальные условия получения жизнестойкого рыбопосадочного материала и высокой рыбопродуктивности.
Следовательно, успешное подращивание при искусственном воспроизводстве рыб возможно, во-первых, при правильной эксплуатации прудов, и, во-вторых – при создании условий, способствующих обеспечению личинок естественным кормом.
Все вышеизложенное показывает, что с увеличением сроков эксплуатации прудов, расположенных в долине Нижнего Дона, необходимо усложнение приемов создания благоприятных условий
для подращиваемых рыб. Основные этапы этих приемов должны быть следующие:
– подбор прудов с хорошо просыхающим ложем после спуска воды, площадь прудов – 0,2–1,0 га;
– культивация ложа в ранневесенний период, удаление остатков высшей водной растительности;
– дезинфекция ложа активным хлором, например гипохлоритом натрия (NaOCl) в дозе 300 кг/га перед залитием водой;
– внесение органических удобрений в пруды с содержанием гумуса в донных отложениях <3,5 %; удобрения вносят из расчета
50 кг/га после залития водой; перманганатная окисляемость воды не должна превышать 30 гО/м3;
– за неделю до вселения личинок в пруды в светлое время суток
вносят минеральные удобрения в растворенном виде, содержащие соединения азота и фосфора. Лучшими азотистыми удобрениями
для Y зоны рыбоводства являются аммиачная селитра, содержащая азота 34,6 % и мочевина CO(NH
2
)
2
, содержащая 46 % азота. Аммиачная
селитра вносится из расчета 25 кг/га, мочевина – 20 кг/га. Из фосфорных удобрений используют либо простой суперфосфат, содержащий
19 % фосфора, либо двойной, содержащий 45 % пятиокиси фосфора (растворимость в воде 35 %). И если простой суперфосфат вносят
из расчета 50 кг/га, то двойной вносят в половинной дозе 25 кг/га. Температура воды перед внесением удобрений должна быть не ниже
18 оС;
– через неделю после вселения рыбы повторно вносят азотно- фосфорные удобрения в дозах, указанных выше;
– после вселения проводят наблюдения за развитием фито- и зоопланктона, зообентоса;
– прозрачность воды в прудах глубиной 1 м должна держаться
на уровне 0,50–0,15 м по диску Секки;
– гидрохимические показатели должны соответствовать нормам,
указанным в таблице 3;
– через 10 дней после последнего внесения азотно-фосфорных
удобрений вносят сложные удобрения, содержащие не только азот и фосфор, но и калий. Такие, например, как нитрофоска или
нитроаммофоска. Доза внесения зависит от уровня развития фитопланктона и может составлять от 25 кг/га до 50 кг/га;
– при повышении перманганатной окисляемости воды свыше 35 гО/м3 поверхность воды обрабатывают раствором перманганата калия
(KMnO
4
): 5 г растворяют в 10 л воды и обрабатывают поверхность воды методом дождевания. Разовое внесение не должно превышать 100 г на 1 га;
– в случае высокой плотности посадки рыбы или слабого развития естественной кормовой базы удобрение сложными соединениями
повторяют через 10 дней;
– как только естественная кормовая база сформируется, но не ранее
30 дней после вселения личинки, вносят хлористый калий из расчета 50 кг/га;
– основным условием создания высокой естественной кормовой базы при подращивании личинок искусственно получаемых ценных
видов рыб является соблюдение соответствия между биомассой, продукцией и режимом изъятия кормовых организмов.
В природных парах хищник-жертва наблюдаются эволюционно закрепленные взаимные приспособления изъятия во времени, зависящие от естественных циклов в жизни организмов.
В искусственных условиях плотность посадки рыбы должна быть такова, чтобы режим изъятия кормовых организмов на начальном этапе подращивания не превышал 50 %. Исключительно при таких условиях возможно сохранение определенного уровня развития естественной кормовой базы и, следовательно, успешного подращивания личинок. В этом случае снизившаяся в результате изъятия биомасса популяции восстанавливается за счет продукционного процесса, причем прирост пропорционален наличной биомассе.
