Измерване на качеството на водата в аквакултурите и рибовъдството

Измерване на качеството на водата в аквакултурите и рибовъдството.

Аквакултурите — отглеждането на риба, ракообразни, мекотели и водни растения — са основен източник на храна и икономическа дейност в световен мащаб. Независимо от вида на системата (езера, клетки, резервоари, канали или рециркулационни аквакултурни системи [RAS]), поддържането на оптимално качество на водата е от решаващо значение за здравето на животните, темповете на растеж и ефективността на производството. Точното наблюдение в реално време на pH, разтворения кислород (DO), солеността, амоняка, окислително-редукционния потенциал (ORP) и мътността осигурява оптимални условия на околната среда и минимизира риска от заболявания и смъртност.

Параметри в аквакултурите
В аквакултурите преносимите инструменти се използват за измерване на няколко критични параметъра за качеството на водата – не само разтворен кислород – за да се поддържат водните животни здрави и продуктивни. Ето основните параметри, които обикновено се измерват с преносими инструменти:

1. Разтворен кислород (DO)
• Най-важен; рибите и скаридите изискват специфични нива на DO. • Ниският DO може да причини стрес, заболяване или смърт.

Разтвореният кислород (DO) е един от най-важните параметри за качеството на водата в аквакултурите, който пряко влияе върху оцеляването, растежа и здравето на водните организми. Рибите, скаридите и други отглеждани видове разчитат на кислород, разтворен във водата, за дишане. Недостатъчните нива на DO могат да доведат до стрес, намалено хранене, по-бавен растеж, повишена податливост към болести и в крайна сметка до висока смъртност (Boyd, 1998).

Източници като Boyd and Tucker (2012) подчертават, че оптималните концентрации на разтворен кислород обикновено трябва да останат над 5 mg/L, за да процъфтяват повечето видове. Нива под 3 mg/L могат да причинят силен стрес, докато продължителното излагане на ниско съдържание на кислород може да предизвика смърт на риби. Освен това, ниският разтворен кислород може да наруши функцията на полезните нитрифициращи бактерии, забавяйки разграждането на вредния амоняк и нитрити във водата (Timmons & Ebeling, 2010).

Няколко фактора влияят върху нивата на разтворения кислород, включително температура, соленост, органично натоварване и фотосинтетична активност. По-топлата вода задържа по-малко кислород, а биологичните дейности, като разлагане, консумират кислород, особено през нощта, когато фотосинтезата спира. Поради това поддържането на адекватна аерация чрез механични устройства (напр. гребни колела, аерационни камъни) е от съществено значение, особено в интензивните аквакултурни системи.

Мониторингът на разтворения кислород е от решаващо значение не само за хуманното отношение към животните, но и за рентабилността и устойчивостта на фермите. Редовните измервания позволяват ранно откриване на проблеми, предотвратяване на катастрофални загуби и осигуряване на постоянно производство. Тъй като аквакултурите продължават да се разрастват в световен мащаб, внимателното управление на разтворения кислород остава крайъгълен камък на отговорните и успешни земеделски практики.

2. Температура
• Температурата на водата влияе върху метаболизма, разтворимостта на кислород и скоростта на хранене.
• Някои видове имат тесни оптимални температурни диапазони.

Температурата е един от най-важните фактори на околната среда в аквакултурите, влияещ върху почти всеки аспект на водния живот, от метаболизма и растежа до имунната функция и размножаването. Всеки вид има оптимален температурен диапазон, в който процъфтява; отклоненията могат да причинят стрес, да забавят растежа и да увеличат податливостта към болести (Boyd, 1998).

Според Тимънс и Ебелинг (2010), температурата влияе върху разтворимостта на кислород във водата – по-топлата вода съдържа по-малко разтворен кислород, което утежнява стреса за отглежданите видове. Освен това, скоростта на хранене, храносмилането и усвояването на хранителни вещества са зависими от температурата. Например, тилапията расте най-добре при 27–30°C, докато дъговата пъстърва се нуждае от по-хладни води около 12–18°C. Излагането на температури извън тези диапазони може да наруши ефективността на хранене, да намали устойчивостта към инфекции и при екстремни нива да причини смъртност.

Температурата също влияе пряко върху степента на амонячна токсичност. С повишаването на температурата на водата, токсичната форма на амоняк (NH₃) става все по-разпространена, което увеличава риска за водните организми (Boyd & Tucker, 2012). Следователно, поддържането на стабилни и подходящи за вида температури е от решаващо значение не само за растежа, но и за цялостното управление на качеството на водата.

Правилният контрол на температурата е от съществено значение в интензивните аквакултурни системи, като например рециркулационните аквакултурни системи (RAS), където условията на околната среда трябва да бъдат строго контролирани, за да се увеличи максимално производителността и благосъстоянието на животните. Инструменти като отоплителни системи, засенчване и аерация често се използват за смекчаване на температурните колебания и осигуряване на стабилни, оптимални условия през цялата година.

3. pH
• Измерва киселинността/алкалността на водата.
• pH влияе върху амонячната токсичност и цялостното здраве на рибите.

pH е ключов параметър за качеството на водата в аквакултурите, отразяващ баланса между киселинност и алкалност във водата. То пряко влияе върху физиологичното здраве на отглежданите видове, ефективността на биологичната филтрация и общата стабилност на водната среда (Boyd, 1998).

Повечето видове аквакултури, като тилапия, сом и скариди, се представят най-добре в относително тесен диапазон на pH, обикновено между 6,5 и 8,5 (Boyd & Tucker, 2012). Когато pH падне извън този диапазон, това може да наруши дишането, да намали скоростта на хранене и да отслаби имунната система. Например, киселинните условия (pH под 6,0) могат да увредят хрилете на рибите и да ограничат усвояването на кислород, докато прекалено алкалните условия (pH над 9,0) могат да увеличат токсичността на амоняка (Timmons & Ebeling, 2010).

Връзката между pH и токсичността на амоняка е особено важна. При по-високи нива на pH, по-голяма част от общия амоняк съществува в неговата токсична нейонизирана форма (NH₃), което представлява по-голяма заплаха за водните организми. По подобен начин, ниското pH може да възпрепятства активността на нитрифициращите бактерии, отговорни за превръщането на амоняка в по-малко вредни съединения, нарушавайки биофилтрацията и водещи до проблеми с качеството на водата.

Естествени фактори като фотосинтеза и дишане причиняват ежедневни колебания в pH, особено в езера, богати на водорасли. Следователно, редовното наблюдение на pH е от съществено значение, за да се предотвратят вредни колебания и да се осигурят оптимални условия за растеж. Буферирането на водата с материали като селскостопанска вар може да помогне за стабилизиране на pH и поддържане на безопасна среда за култивираните видове.

Накратко, поддържането на стабилно и подходящо pH е от основно значение за максимално здраве, растеж и производствена ефективност в аквакултурните системи.

4. Соленост (или проводимост)
• Важен за видовете в солени или морски среди.
• Помага за поддържане на осмотичния баланс при водните животни.

Всеки вид има предпочитан диапазон на соленост. Морските организми като скаридите (Litopenaeus vannamei) виреят при 15–35 ppt, докато сладководните видове като тилапията (Oreochromis spp.) предпочитат <5 ppt. Бракичните видове, като млечните риби, понасят междинни нива. Съчетаването на видове с подходяща соленост е от съществено значение за ефективното производство.

Солеността влияе върху баланса на солите и водата във водните животни. Отклоненията от оптималния диапазон принуждават организмите да изразходват енергия за осморегулация, намалявайки растежа и отслабвайки имунитета. Стабилните, специфични за вида нива на соленост спомагат за осигуряване на по-добро оцеляване и намаляване на огнищата на болести.

Солеността влияе и върху химичния състав на водата, включително pH, нивата на кислород и токсичността на амоняка и металите. При по-висока соленост е по-вероятно токсичният амоняк да се превърне в по-малко вредната си форма. Солеността влияе и върху наличието на минерали и разтворимостта на газовете, което я прави жизненоважен компонент от по-широкото управление на качеството на водата.

В езерата солеността се влияе от водоизточника, валежите и изпарението. В рециркулиращи аквакултурни системи (RAS) тя трябва да се поддържа внимателно поради минималния водообмен. Непрекъснатото наблюдение и периодичните корекции, използващи сол или прясна вода, спомагат за поддържането на стабилни нива.
Солеността играе централна роля за здравето и производителността на аквакултурите. Мониторингът и поддържането на оптимални нива, съобразени с вида и типа система, подпомагат ефективния растеж, намаляват стреса и подобряват общите резултати на фермата.

5. Амоняк (NH₃/NH₄⁺)
• Токсичен отпадъчен продукт от метаболизма и разлагането на животните.
• Дори ниските концентрации могат да бъдат смъртоносни.

Управлението на амоняка е от решаващо значение в аквакултурите, тъй като амонякът, отпадъчен продукт, отделян от рибите и получен в резултат на разлагане на органична материя, е силно токсичен дори при ниски концентрации. Във водата амонякът съществува в две форми: нейонизиран амоняк (NH₃), който е силно токсичен, и йонизиран амоний (NH₄⁺), който е относително нетоксичен. Балансът между тези форми зависи от температурата на водата и pH – по-високите температури и по-високото pH благоприятстват по-токсичната нейонизирана форма (Boyd, 1998).

Високите нива на амоняк могат да причинят сериозни здравословни проблеми на водните видове, включително увреждане на хрилете, намалено усвояване на кислород, нарушен растеж, потисната имунна функция и в крайна сметка смърт (Boyd & Tucker, 2012). Стресът от амонячната токсичност често прави рибите и скаридите по-уязвими към бактериални и паразитни инфекции. Хроничното излагане дори на ниски нива на амоняк може да забави растежа и да намали ефективността на преобразуване на храната, което води до икономически загуби.

В добре управлявани аквакултурни системи, биологичната филтрация – чрез нитрифициращи бактерии – превръща токсичния амоняк в нитрити, а след това в относително безвредни нитрати. Ако обаче системата е претоварена с отпадъци (от прехранване или висока гъстота на отглеждане) или ако температурата на водата и pH условията се променят, амонякът може бързо да се натрупа до опасни нива (Timmons & Ebeling, 2010).

Редовното наблюдение на общия амонячен азот (TAN) и поддържането на благоприятни условия на pH и температура са основни стратегии за предотвратяване на амонячната токсичност. Добри практики като контролирано хранене, поддържане на здрави биофилтри и редовна смяна на водата също са от решаващо значение за поддържането на амоняка на безопасни нива.

Правилното управление на амоняка не само гарантира здравето и растежа на аквакултурните видове, но е от основно значение за устойчивите и печеливши земеделски дейности.

6. Нитрити (NO₂⁻) и нитрати (NO₃⁻)
• Странични продукти от азотния цикъл.
• Високото съдържание на нитрити е силно токсично; високото съдържание на нитрати може да причини дългосрочни здравословни проблеми.

Нитратът (NO₃⁻) е крайният продукт на азотния цикъл в аквакултурните системи, резултат от бактериалното окисление на нитритите. Въпреки че нитратите са значително по-малко токсични от амоняка или нитритите, високите им концентрации с течение на времето все още могат да повлияят негативно на водните видове, особено в затворени и рециркулиращи аквакултурни системи (RAS) (Boyd, 1998).

При умерени нива нитратите обикновено се понасят от повечето риби и скариди. Хроничното излагане на повишени нива на нитрати (обикновено над 80–100 mg/L за много сладководни видове) обаче може да причини стрес, да намали темповете на растеж, да наруши репродуктивните функции и да отслаби имунната функция (Timmons & Ebeling, 2010). Някои чувствителни видове, като морските риби и декоративните видове, са още по-уязвими към натрупване на нитрати.

За разлика от амоняка и нитритите, нитратите не се изпаряват или разграждат лесно във водата, което прави отстраняването им по-трудно. Методите за контрол на нитратите включват обмен на вода, използване на денитрификационни системи (които превръщат нитратите в азотен газ при анаеробни условия) и интегриране на растения или водорасли, които абсорбират нитрати (Boyd & Tucker, 2012).

В добре управлявани системи, поддържането на ниски концентрации на нитрати спомага за поддържане на оптимално здраве на рибите, подпомага по-доброто качество на водата и подобрява устойчивостта чрез намаляване на необходимостта от честа подмяна на водата. Редовното наблюдение на нивата на нитрати е особено важно при интензивни и гъсто отглеждани стопанства.

Макар и по-малко опасни в непосредствена близост от амоняка или нитритите, ефективното управление на нитратите е от решаващо значение за дългосрочното здраве и успех на аквакултурните стопанства.

7. Мътност
• Измерва бистротата на водата.
• Високата мътност може да стресира рибите, да запуши хрилете и да блокира светлината за водните растения.

Мътността се отнася до мътността или замъгляването на водата, причинени от суспендирани частици като глина, органична материя, планктон и неизядена храна. В аквакултурите управлението на мътността е важно, защото влияе върху проникването на светлина, химичния състав на водата и здравето на водните видове (Boyd, 1998).

Умерената мътност може да бъде полезна, като осигурява сянка, намалява прекомерния растеж на водорасли и предлага известна защита на рибите от хищници. Високата мътност обаче – особено от неорганични частици като глина – може да причини сериозни проблеми. Тя може да запуши хрилете на рибите, да намали ефективността на хранене, да стресира животните и да насърчи разпространението на патогени (Boyd & Tucker, 2012). Освен това, прекомерната мътност може да ограничи фотосинтезата от фитопланктона, което може да доведе до по-ниско производство на разтворен кислород и нестабилни водни условия.

Органичната мътност, причинена от неизядена храна, отпадъци и разлагащи се организми, е особено опасна. Тя подхранва растежа на бактериите, което води до изчерпване на кислорода и натрупване на вредни вещества като амоняк и нитрити (Timmons & Ebeling, 2010).

Управлението на мътността включва практики като минимизиране на ерозията около водоемите, контролиране на скоростта на хранене, използване на седиментационни басейни и прилагане на флокуланти или коагуланти, ако е необходимо. Редовният мониторинг помага да се гарантира, че нивата на мътност остават в безопасни граници за отглежданите видове – обикновено по-малко от 25–50 NTU (нефелометрични единици за мътност) за видове в бистра вода като пъстърва, докато по-толерантни видове като сом могат да се справят с по-високи нива.

Накратко, контролирането на мътността е от решаващо значение не само за поддържане на добро качество на водата, но и за насърчаване на здравословни и продуктивни аквакултурни дейности.

8. Въглероден диоксид (CO₂)
• Високото съдържание на CO₂ може да понижи pH на кръвта при рибите (ацидоза).
• Важно в системи с висока гъстота на отглеждане.

9. Алкалност
• Действа като буфер срещу промените в pH.
• Помага за стабилизиране на химичния състав на водата.

10. Хлор
• Особено важен при използване на пречистена чешмяна вода.
• Дори малки количества могат да бъдат вредни за водните организми.

11. ORP
• ORP е като „индикатор за състоянието“ на водата за аквакултури — помага ви да откриете проблеми рано (като мръсна вода, ниско съдържание на кислород или лоши бактерии), преди те да стресират или убият животните ви.

Окислително-редукционният потенциал (ORP) измерва способността на водата да освобождава или приема електрони по време на химични реакции, служейки като индикатор за качеството на водата и цялостното здраве на системата. В аквакултурите ORP е особено важен, защото отразява баланса между окислители (като кислород) и редуциращи агенти (като органични отпадъци) във водата (Boyd, 1998).

Оптималното ниво на ORP, обикновено между +200 и +300 миливолта (mV), показва добро качество на водата с достатъчно кислород за поддържане на здравословен воден живот (Boyd & Tucker, 2012). Когато стойностите на ORP паднат твърде ниски (под +150 mV), това предполага лошо качество на водата, натрупване на органични отпадъци, ниско ниво на разтворен кислород и потенциално токсични условия като повишено съдържание на амоняк или сероводород. Тази среда може да стресира рибите и скаридите, да наруши имунната им система и да увеличи смъртността.

От друга страна, много високите нива на ORP (над +400 mV), особено когато се използват силни окислители като озон, също могат да бъдат вредни. Прекомерното окисление може да увреди хрилетните тъкани на рибите и да доведе до оксидативен стрес (Timmons & Ebeling, 2010).

ORP е особено ценен в интензивни системи като рециркулиращи аквакултурни системи (RAS), където качеството на водата може да се промени бързо. Мониторингът на ORP помага на фермерите да открият ранни признаци на влошаване на качеството на водата или неизправности на биологичните филтри, преди те да станат видими чрез други параметри. Той може също така да насочва контролираното използване на озон за дезинфекция, без да се вреди на запасите.

В обобщение, поддържането на оптимален диапазон на ORP е от съществено значение за осигуряване на здравословна и стабилна среда, максимален растеж и предотвратяване на огнища на болести в аквакултурното отглеждане.

Референции:

1. Dramm.com. (2014). Dissolved Oxygen in the Greenhouse. [online] Available at: http://www.dramm.com/media/Dissolved%20Oxygen%20in%20the%20Greenhouse.pdf [Accessed 14 Jan. 2019].
2. Suyantohadi, A., Kyoren, T., Hariadi, M., Purnomo, M. and Morimoto, T. (2010). Effect of high consentrated dissolved oxygen on the plant growth in a deep hydroponic culture under a low temperature. IFAC Proceedings Volumes, 43(26), pp.251-255

Подходящи уреди:

HORIBA LAQUAtwin PH-11

HORIBA LAQUAtwin PH-22