Правильна циркуляція води в рибницьких ставках критично важлива для їх функціонування.
Аерація є важливою умовою ефективного управління та успішного виробництва
Фотосинтез мікроводоростей (фітопланктону) є основним джерелом кисню у рибницьких ставках. Мікроводорості часто постачають надлишок кисню протягом денного часу доби, у той час як вночі, завдяки «диханню» водоростей, придонних відкладень мулу, риб та/або креветок запаси кисню можуть зменшуватись. Тому рибовод знає, що підтримання необхідного, адекватного рівня аерації розчиненим у воді киснем (DO) збільшує безпечність та продуктивність риби та креветок.
Багато фермерів, які займаються вирощуванням креветок, також забезпечують аерацію тривалістю декількох годин протягом денного часу доби з метою підтримання належного рівня насичення киснем мулу та придонних шарів води. Важливим питанням у багатьох країнах з ставковою аквакультурою є витрати на електроенергію для забезпечення механічної аерації. Забезпечення циркуляції води у ставках протягом денного часу доби є ефективною стратегією із збагачення води ставків киснем, що виробляється мікроводоростями під час процесу фотосинтезу, і може суттєво зменшити витрати на додаткову аерацію протягом нічного часу доби.
Ефективне насичення киснем та забезпечення циркуляції є важливими заходами для підтримки належного рівня розчиненого кисню у ставках та виробничих системах аквакультури. Фото Darryl Jory.
Базовим принципом крім циркуляції води є належне перемішування насичених киснем поверхневих шарів води з водою з придонних шарів із зменшеним рівнем кисню, що збільшує загальні резерви кисню у ставках. Доступність кисню у глибоких шарах води (придонних) прискорює деградацію (руйнування) органічних забруднень (залишків), що містяться на ґрунті ставків, попереджуючи накопичення потенційно отруйних (токсичних), таких, що містять редуковані компоненти, органічних речовин у придонних шарах води, зокрема у глибоких ставках та ставках з температурною стратифікацією (наявністю шарів води з суттєво відмінними температурними характеристиками). Ефективною є циркуляція протягом часу, коли відзначається пік фотосинтетичної активності, коли поверхневі шари води перенасичені киснем. Основні принципи та вигоди від циркуляції води у ставках для вирощування риби і креветок обговорюються у цій статті.
Стратифікація води у ставках
Стратифікація води зазвичай спостерігається у ставках з високими дамбами або створеними у ярах, урвищах тощо. Стратифікація ставкових вод відбувається тому, що поверхневі зеленкуваті за кольором води (багаті на фітопланктон) абсорбують (поглинають) сонячне світло та гріються протягом денного часу доби, в той час як позбавлені світла придонні шари води лишаються холодними. Теплі поверхневі води світліші (менш щільні) аніж холодні придонні води (щільніші). Оскільки відмінність у температурі, а відтак у щільності яскраво виражена, встановлюється потужна фізична стратифікація (розшарування). Кожний може реально відчути цю температурну/фізичну стратифікацію, коли повільно буде занурюватись у ставок: ваше черево буде відчувати тепло, а ваші ноги – холод. Ця фізична стратифікація може бути розірвана лише потужною силою, такою як механічна аерація або сильний вітер. Взимку, коли температура поверхневої води суттєво зменшується і поступово досягає такої або майже такої температури як придонна вода, фізична/температурна стратифікація мінімізується або руйнується (розривається). Стратифікація води має також і хімічну природу. Наявність сонячного світла призводить до концентрації фітопланктону у самих верхніх шарах води ставка. У результаті фотосинтезу, що відбувається у фітопланктоні протягом денного часу доби, поверхневі води збагачуються киснем, підвищується їх кислотність (pH) та знижується рівень двоокису вуглецю у порівнянні з придонними водами. Мікроводорості також вилучають з води аміак (NH3 / NH4 +) та інші поживні речовини для забезпечення процесу фотосинтезу та росту. Придонні води та ґрунт ставків зазвичай містять знижені кількості кисню та накопичують токсичні компоненти, такі як аміак, нітрити, метан, сірководень та інші редуковані (ті, що утворюються у процесі розпаду органічних речовин) субстанції, що утворюються у процесі анаеробного розкладу органічних речовин (головним чином мертвих водоростей, фекалій риб і креветок, незасвоєної їжі, листя та мікробної біомаси, що гниє (псується). Таким чином, фотосинтез фітопланктону у поверхневих шарах води та розклад органічних речовин у придонних шарах збільшують хімічну стратифікацію води у ставку (рис. 1).
Рис. 1: Фізична та хімічна стратифікація води у ставку. У напрямі від поверхні до дна йде зменшення інтенсивності освітлення, активності фотосинтезу, рівня кисню та температури води. За відсутності (браку) кисню, придонні шари води та ґрунт ставків стають анаеробними та накопичують токсичні субстанції (речовини). Риби та креветки намагаються уникати анаеробних ділянок у ставках.
(напис великими літерами: інтенсивність освітлення, фотосинтез та кисень: стратифікація води у ставках.
Помаранчевий трикутник: інтенсивність освітлення; зелений трикутник: фотосинтез; блакитний трикутник: кисень)
(напис у першому прямокутнику: аеробний шар води, тобто насичений киснем; напис у другому прямокутнику: анаеробний шар води, тобто із дефіцитом кисню)
Концентрація фітопланктону та стратифікація
Рясноту фітопланктону можна оцінити через колір та прозорість води. Прозорість води може бути визначена за допомогою диска Секкі та використана для передбачення ризику виникнення дефіциту кисню у ставку. Диск Секкі, таким чином, є простим, але дуже цінним приладом для рибовода, особливо коли прилади з вимірювання вмісту розчиненого кисню недоступні. У стало зелених водах ставків прозорість води часто знаходиться у діапазоні 20-60 см. Нижча прозорість води – це менша кількість світла для глибших шарів води у ставку. Існує прямий зв’язок між прозорістю води та глибиною, на якій обсяги виробництва кисню фітопланктоном у процесі фотосинтезу (P) дорівнюють обсягам поглинання кисню у процесі дихання (R).
У лімнології (наука, що вивчає внутрішні водойми) вважається, що P дорівнює R на глибині, що у 2.4 рази більша за прозорість води. Таким чином у ставку із прозорістю 0.5 м, P має дорівнювати R на глибинах близько 1.2 м. Нижче (глибше) 1.2 м, R перевищує P і рівень вмісту кисню різко зменшується у напрямі дна. Для ставків з прозорістю води 0.2 м, R починає перевищувати P на глибинах більше за 0.5 м. Таким чином зменшення прозорості води збільшує ймовірність зменшення обсягів розчиненого у воді кисню (і, відповідно, їх анаеробного стану). Враховуючи це, а також економічну доцільність, рибницькі ставки не мають будуватись занадто глибокими. Однак у випадку будівництва ставків у ярах чи урвищах майже неможливо уникнути глибоководних ділянок (глибиною понад 5-6 м) у центрі дамби (греблі), оскільки досить часто гребля має бути високою для створення водойми великої площі.
Рис. 2: Прозорість води вимірюється диском Секкі. Низька прозорість води (що відповідає більш рясному фітопланктону), є більш загрозливою та підвищує ймовірність стратифікації води та ризики зменшення кисню та загибелі риби у ставку.
(лівий стовпчик: Надмірна кількість планктону. Потужне цвітіння води. Низький вміст кисню та наявність токсичного аміаку. Ризик загибелі планктону та раптової смертності риб. Прозорість води за диском Секкі- 5-20 см
Наступний стовпчик: дуже рясний планктон. Низький вміст кисню та наявність токсичного аміаку. Погіршення поведінки та стану здоров’я риб та безхребетних. Ризик хронічних хвороб та підвищеного рівня смертності. Прозорість за диском Секкі – 20-30 см.
Третій стовпчик: Адекватна кількість планктону. Невеликий ризик зменшення кількості кисню та збільшення – отруйного аміаку. Поведінка риб та креветок і стан їх здоров’я нормальні. Прозорість за диском Секкі – 40-70 см.
Останній стовпчик: Низька щільність планктону. На дні водойми ростуть водні рослини та нитчасті водорості. Прозорість води за диском Секкі- більше 100 см.)
Виснаження запасів кисню та токсичні компоненти у придонних шарах води
Фізична та хімічна стратифікація менше виражені у мілководних ставках, оскільки вітри у цілому сприяють достатній циркуляції води та її перемішуванню. Завдяки цьому перемішуванню кисень потрапляє до нижніх шарів. Однак у глибоких ставках стратифікація достатньо виражена. Оскільки глибші шари води отримують менше світла, а вітер сприяє перемішуванню води лише до обмежених глибин, рівень кисню на великих глибинах звичайно дорівнює нулю, або має й негативні значення у ставках завглибшки 2.5 м. Неґативний рівень кисню означає, що існує додатковий попит на кисень для редукції (перетворення) деяких речовин(таких як нітрити, аміак, метан та сірководень), які утворюються у глибших шарах води під час анаеробного розкладу органічних речовин. Цей додатковий попит у кисні відомий під назвою «негативний окислювально-відновний потенціал» ґрунту ставків або води. Ґрунт та придонні шари води часто мають негативний окислювально-відновний потенціал. Звідси придонні шари води у глибоких ставках (як у ярах чи урвищах) або великі водосховища у цілому є «негостинними» для водних мешканців та навіть можуть становити загрозу для риб та креветок у зв’язку з браком кисню, високим рівнем двоокису вуглецю та наявністю різноманітних токсичних компонентів. Накопичувані органічні залишки також є прихистком та поживним середовищем для поширення патогенних – і часто умовно патогенних організмів. Чим глибший є став, тим більші обсяги води, що містить отруйні речовини та не містить кисень, накопичуватимуться у його глибинних шарах.
Ризик раптового «перекидання»
Ставок з анаеробними та токсичними придонними водами є бомбою, яка може вибухнути будь-коли. Може траплятись дуже швидке та повне перемішування донних та поверхневих вод («перекидання» ставка), що може спричиняти падіння вмісту кисню з одночасним зростанням двоокису вуглецю та токсичних компонентів. Потужний вітер, великі обсяги витоку та раптове падіння температури тощо можуть призвести до раптового «перекидання» ставка (потрапляння у верхні шари води придонних вод з низьким вмістом кисню). У випадку такого «перекидання» ставка може відзначатись різке погіршення благополуччя водних тварин та масова загибель риби. У глибоких ставках рівень розчиненого у воді кисню часто дорівнює нулю вже на глибинах 2.5-3.0 м. Чим глибші ставки, тим вони містять більшу кількість гнилої, анаеробної та низької якості води у своїх глибинних шарах. У ставках глибших за 5 м обсяг шкідливої донної води може перевищувати обсяг поверхневої води гарної якості (Рис. 3). Саме це є причиною того, що коли «перекидання» відбувається у глибоких ставках, то риби або креветки гинуть або стан їх благополуччя погіршується на відміну від тварин, що мешкають на мілководді.
Великі руслові ставки часто використовують для вирощування риб у сажалках. Фактично без варіантів сажалки розміщують на найглибших ділянках ставка, щоб утримувати риб якнайдалі від їхніх власних фекалій. Фермери зазвичай також використовують шляхи (путівці), що прокладені верхівками гребель, для полегшення того, щоб дістатись до сажалок. Однак розміщення сажалок на найглибших ділянках підвищує ризик втрати геть усього гурту риб у ставку у випадку, якщо спостерігатиметься «перекидання» ставка. Риби, що утримуються у сажалках, не мають жодного шансу втекти з ураженої ділянки води на менш уражену у результаті надзвичайної події і часто гинуть (Рис. 3). Для зменшення ризику загибелі риб у результаті «перекидання» ставка та запобіганню загибелі риб, малі та середнього розміру сажалки (завглибшки 1.5-2.0 м) мають розміщуватись над мілководною зоною, коли припускається відстань від дна сажалки до дна ставка 0.5-1.0 м. На додаток, звичайне перемішування збагаченої киснем поверхневої води з бідними на кисень глибинними водами допомагає забезпечити глибинні шари води ставків киснем, послабивши ту шкоду, яку можуть завдати рибам раптові «перекидання» ставків.
Рис. 3: Ілюстрація ставка з крутими схилами, у якому розміщено сажалки. Раптове повне перемішування глибинних та поверхневих вод («перекидання» ставка) робить підвищеною ймовірність серйозного ризику зростання смертності риб у сажалках, розташованих над глибоководною частиною поблизу від греблі, оскільки обсяги бідних на кисень та фактично анаеробних глибинних вод у такому ставку значно перевищує рівень багатих на кисень поверхневих вод. Ризик загибелі риб, розміщених у сажалках, що розташовуються над мілководною частиною, у випадку «перекидання» ставка зменшується. Як приклад варто згадати масову загибель тиляпії у 4-гектарному садку внаслідок раптового «перекидання» ставка під час грози з опадами. Під час надзвичайної події (масова загибель риб) за даними аналізів рівень розчиненого у воді кисню на поверхні води біля дамби внаслідок «перекидання» ставка був близький до нуля.
(на рисунку: B – глибинні води, обсяг; S – поверхневі води, обсяг. У стовпчику ліворуч: мілководна зона (ближче до берега). Менше ризик загибелі риб внаслідок раптового «перекидання» ставка. B<S. У стовпчику праворуч: Глибинна зона (ближче до греблі): збільшений ризик загибелі риб унаслідок «перекидання» ставка. B=3xS)
Аерація є важливою умовою ефективного управління та успішного виробництва
Стратифікація (розшарування) води у ставках обмежує забезпечення киснем та його доступністю у верхніх шарах стовпу води. Вночі обмежені резерви кисню швидко поглинаються у результаті дихання зоопланктону, риб та/або креветок, різноманітними мікроорганізмами, а також процесом окислення редукованих компонентів у воді та на ґрунті ставка. Для запобігання дефіциту кисню рибоводи досить часто у нічні години здійснюють додаткову аерацію ставків. У ставках, що використовуються для вирощування креветок, фермери також здійснюють аерацію у денні години для збільшення рівня розчиненого кисню та загального поліпшення якості придонної води та ґрунту, оскільки креветки використовують природні харчові організми та споживають потонулі пелети (гранули) у цій зоні.
Циркуляція води є ефективною стратегією для змішування багатих на кисень поверхневих вод та придонних вод з низьким вмістом кисню (анаеробних)(Рисунок 4). Сонячними днинами поверхневі води перенасичуються киснем під час фотосинтезу мікроводоростей. Фотосинтез, таким чином, є найшвидшим, найефективнішим та маловитратним шляхом з включення кисню до вод ставка. У рибницьких ставках під час максимуму фотосинтезу (від 11 до 3 години опівдні), концентрація кисню у поверхневих водах перевищує 2 мг O2/л/год. (або 2 г O2/м3/год.). Фотосинтез здатний перенасичувати поверхневі води ставків киснем багато більш ефективно аніж найбільш ефективні мікропухирці, що створюються шляхом застосування керамічних дифузійних пластин, які використовуються для оксигенації (насичення киснем) спеціальних місткостей для перевезення риби («рибовозок»).
Якщо ми для прикладу розглянемо гектарний ставок (10000 m2), з приповерхневим шаром води завтовшки 0.6 м, насичення киснем до концентрації 2 г кисню на м3 на годину за рахунок фотосинтезу дорівнюватиме 12 кг кисню на годину, що маємо постачати у ставок механічними (примусовими) методами. Для порівняння аератор з крильчаткою та вертикальним насосом ефективно інкорпорує близько 1 кг O2/к.с./год. Таким чином, для того, щоб інкорпорувати обсяг кисню, який надходить до води у результаті фотосинтезу, необхідно витрачати (забезпечувати постачання) 12 к.с./год. механічної аерації. Реально ж потрібно багато більше потужності для аерації, оскільки механічний аератор може інкорпорувати до води кисню до точки насичення розчиненого кисню (близько 7.8 мг O2/ л за28°C на рівні моря у прісній воді та 6.4 мг O2/ л у морській воді за солоності 36 0/00. І насичення води киснем шляхом механічного насичення вимагає великих зусиль та так само великих витрат енергії, чим ближче до максимальних рівнів насичення ви намагаєтесь наблизитись, тобто найменш ефективним методом є насичення киснем за рахунок атмосферного кисню з допомогою механічної аерації.
Рис.4: Профіль вмісту розчиненого кисню від поверхні до дна у ставку з крутими схилами до циркуляції та після 2-хгодинної циркуляції площею 0.84 га з використанням крильчатого циркулятора потужністю 2 к.с. (4.76 к.с./га) з 12:00 до 14:00 (польові спостереження автора). Після циркуляції рівень розчиненого у воді кисню на поверхні зменшується, оскільки відбувається дифузія кисню у повітря, в той час як крильчатий аератор збурює перенасичену киснем поверхневу воду. Однак концентрація кисню на глибині нижче 1 м стрімко збільшується. Кількість кисню у глибоких шарах води (зелена зона) майже у 7 разів перевищує втрату кисню поверхневими шарами (червона зона). Таким чином циркуляція води збільшила загальний резерв кисню у ставку. Мал. Fernando Kubitza.
Szyper та Lin (1990), у дослідженні щодо циркуляції у ставку глибиною від 1.4 до 1.6 м, де вирощувалась тиляпія, спостерігали, що ставки, в яких було зроблено циркуляцію тривалістю 2 години у денний час (з 1-ої до 3-ї або 4-ї опівдні) під час піку фотосинтезу у ставку мали вранці (о 6-ій годині) вміст кисню близько 3 мг/л, у той час як у ставку, де циркуляція не здійснювалась, вміст кисню становив лише 0.5 мг/л . Таким чином циркуляція води є ефективним засобом з підвищення загальної кількості (резерву) розчиненого кисню для дихання у нічні години ставкової спільноти, до тієї пори, коли фотосинтетична діяльність не відновить запаси кисню до належного рівня протягом наступного дня. Таким чином обсяги аерації у нічні години можуть бути суттєво зменшені.
Як впливати на циркуляцію води?
Поверхневі води мають бути проштовхнуті униз (з використанням крильчатих колес, насосів аспіраторного типу (струменевими) або спеціально сконструйованих циркуляторів води, інших пристроїв) або придонні води мають бути підняті угору (з використання пристроїв з аероліфтингу, аераторів типу вертикальних «фонтанів» або в інший спосіб) для поліпшення циркуляції води (Рис. 5). З метою зробити розрив стратифікації (руйнування стратифікації) стовпа води більш ефективним, поліпшити насичення киснем придонних вод та збільшити запаси кисню у ставку у цілому, водну циркуляцію потрібно здійснювати протягом годин максимуму процесу фотосинтезу, коли приповерхневі води перенасичені киснем.
Рис. 5: Схематичне представлення деяких пристроїв, що використовуються для поліпшення циркуляції води у ставках. Деякі з них використовуються для «проштовхування» поверхневої води униз (крильчасті аератори та струменеві насоси), а деякі – для підняття придонних вод на поверхню (аерація вертикальними насосами або «фонтанами», оснащеними 150-200 мм трубами, глибинні насоси або пристрої для забезпечення аероліфтингу). Мал. Fernando Kubitza.
Вертикальні насоси (аератори фонтанного типу) можна застосовувати з розширеними 200 мм ПВХ трубами. Довжина труб визначається глибиною ставка. Розширені труби дозволяють циркуляцію/рух придонної води угору, і поступове її заміщення поверхневою водою, що рухається донизу. Здійснення цих заходів удень, протягом часу максимуму фотосинтезу, дозволяє рибоводам мінімізувати вертикальну стратифікацію води у ставку та збагатити придонні води киснем. Фото: AndrèNascimento та Fernando Kubitza.
Рис. 7: Двобічний крильчастий насос-аспіратор (2 к.с на кожну крильчатку), який використовується для поліпшення перемішування води у ставку. Крильчатка штовхає поверхневу воду униз без зайвого збурювання поверхні, що має наслідком мінімальні втрати кисню перенасиченої розчиненим киснем поверхневої води. Фото: Fernando Kubitza.
Переваги (вигоди), що отримуються у результаті циркуляції води
Як зазначено в обговоренні питання вище, регулярна циркуляція води руйнує хімічну та фізичну стратифікацію води у ставку, що робить ставкове середовище більш гомогенним (однорідним) та сталим, та суттєво зменшує ризик загибелі риби у результаті раптового «перекидання» ставка. Циркуляція води збільшує загальний вміст води у ставку, зменшує час та витрати на додаткову циркуляцію уночі. Завдяки циркуляції води збільшується продуктивність мікроводоростей (фітопланктону), доступність природної їжі (мікроводоростей, зоопланктону та організмів бентосу). Мікроводорості знаходяться завдяки цьому у постійному русі та забезпечуються поживними речовинами, що утворюються у результаті розпаду (розкладання на складові) органічних речовин у донних шарах. Крім того, видається, що циркуляція води сприяє існуванню корисних мікроводоростей, зокрема зелених, зменшуючи домінування небажаних ціанобактерій (синьозелені водорості), часто пов’язуваних з несприятливими явищами для культивованих водних тварин та з деякими випадками отруйності для риб. Показано також корисність зелених водоростей для зменшення вібріонних інфекцій у креветок. Оскільки у результаті циркуляції якість придонної води та ґрунту ставків поліпшується, організми бентосу стають більш доступними та придатними для харчування риб та креветок. У ставках з гарною циркуляцією води риби та креветки можуть ліпше використовувати всю місткість ставка – від дна до поверхні – та мати більше можливостей для харчування природною їжею. Оскільки природна їжа слугує джерелом поживних речовин, поліпшується якість води у ставку, то фермери отримують ліпші прирости гідробіонтів, поліпшується кормовий коефіцієнт та ступінь виживання культивованих риб та ракоподібних.
Прикінцеві нотатки
У цілому рибоводи підсвідомо розуміють корисність циркуляції для риб та креветок. Але не всі вони використовують циркуляцію у своїй практичній діяльності на регулярних засадах. Моє персональне переконання та значний досвід доводять, що шляхом циркуляції води рибоводи можуть значно поліпшити якість ставкового середовища, показників продуктивності (ріст та кормовий коефіцієнт), здоров’я, ступіню виживання, швидкості (інтенсивності) годування, і, як наслідок, збільшенню врожаю культивованих об’єктів аквакультури. І я сподіваюсь на ширше застосування циркуляції води на тих фундаментальних засадах, що викладено у цій статті. Маю підкреслити, що більшість спостережень щодо циркуляції води є швидше емпіричними, і декілька контрольних досліджень насправді підтверджують корисність циркуляції.
Пропелер з живленням від трактору як той, що на фото, може використовуватись у випадку необхідності термінової аерації або перемішування води у ставку, але ефективність його дії обмежується операційною глибиною дії такого пристрою. Пристрій, що перемішує воду, може прискорити рух багатих на кисень вод униз та контакт їх з придонними водами, що збідніли на кисень, збільшуючи таким чином рівень кисню на дні ставка.. Фото: Fábio Mori.
Увімкнення крильчастого аератора протягом годин максимального фотосинтезу призводить до зменшення рівня кисню у приповерхневих водах, що перенасичені розчиненим киснем. Однак крильчатка є ефективною для перемішування води у ставку та сприяє зростанню кисню у придонних шарах води. Фото: Fernando Kubitza
Більш ґрунтовні дослідження щодо циркуляції води у ставках мають бути спрямовані на:
- a) визначення та розробку найбільш ефективних пристроїв для забезпечення циркуляції води у ставках;
- b) опрацювання протоколів та керівництв з застосування циркуляції води;
- c) визначення того, наскільки збільшується денний раціон (та, відповідно, врожайність ставка) завдяки застосуванню планової (регулярної) циркуляції;
- d) визначення того, скільки часу та грошей може бути збережено завдяки регулярному використанню циркуляції у ставках.
Автор – Fernando Kubitza, Ph.D.
Переклад – Володимир Герасимчук
Acqua Imagem Services in Aquaculture
Rua Evangelina Soares de Camargo, 115
Jardim Estádio – Jundiai/SP – CEP 13203-560 Brazil
fernando@acquaimagem.com.br
© 2016 The Global Aquaculture Advocate
Постійна адреса повідомлення у мережі Інтернет:
http://advocate.gaalliance.org/proper-water-circulation-in-aquaculture-ponds-critical/
та
http://advocate.gaalliance.org/proper-water-circulation-in-aquaculture-ponds-part-2/
