Зимнее цветение воды в рыбохозяйственных водоемах Подмосковья

Выражаем благодарность С. Власовой и С. Полянской ЗАО АЦ ООО «Роса» г. Москва за обработку проб и ценные советы

Содержание рыбы в зимний период в рыбоводных прудах представляет собой сложный этап технологического процесса выращивания рыбы. Это относится как к рыбоводным хозяйствам с традиционной технологией, так и к хозяйствам других типов. Получившие в последнее десятилетие активное развитие предприятия, использующие водоемы для спортивной рыбалки, также сталкиваются с рядом проблем в зимний период. По плотности посадки эти водоемы сопоставимы с рыбоводными прудами и для поддержания благоприятного кислородного режима требуют использования аэрации, так как дефицит кислорода является одной из наиболее частых проблем, возникающих при проведении зимовки.

Гидрохимический режим водоемов формируется под воздействием множества факторов, среди которых ведущая роль принадлежит фитопланктону. Он оказывает значительное воздействие на содержание в воде кислорода, двуокиси углерода, активную реакцию воды, концентрацию основных биогенов. Суточный ритм колебаний растворенного кислорода является результатом фотосинтетической деятельности фитопланктона с одной стороны и потребления им кислорода в процессе дыхания с другой.

До недавнего времени существовало мнение, что при низкой температуре воды интенсивность фотосинтеза низка и не может существенно влиять на кислородный режим водоема. Однако ряд наблюдений показал, что зимой подо льдом содержание кислорода может значительно превышать уровень нормального насыщения, доходя до 120-130% и более. Из этого следует, что в водоемах даже при низкой температуре воды может продолжаться развитие фитопланктона, вырабатывающего кислород.

Данных о развитии фитопланктона зимой подо льдом сравнительно немного, тем не менее определенный материал в этом направлении накоплен. Оказалось, что низкая температура воды и недостаток света не препятствуют массовому развитию ряда водорослей, и при определенной биомассе их влияние на гидрохимический режим вполне ощутимо.

Подробные исследования в гипертрофированном озере Неро (Ярославская область) показали, что подо льдом может происходить массовое развитие цианобактерий (сине-зеленых или цианофитовых водорослей). Представители видов Limnothrix, Pseudanabena, Planktothrix присутствовали во всех зимних образцах. Чаще всего концентрация клеток и биомасса оставались низкими — около 4 млн клеток в 1 литре и 3 мг/л соответственно. Однако при определенных условиях биомасса могла доходить до 36,6 мг/л. Цианофиты и жгутиконосцы (Euglenophyta и Cryptophyta) являлись основными компонентами подледного сообщества. Биомасса цианофитовых варьировала от 0,005 до 3,5 мг/л (Бабаназарова, Сиделев, Щищелева, 2013).

Известен факт интенсивного зимнего цветения итальянской Мелосиры (Melosira italica), приведшего к засорению рыболовных сетей на Рыбинском водохранилище (Гусева К.А., Ильинский А.Л., 1959).

О зимнем цветении водоемов сообщал и ряд других авторов (Ясницкий, Скабичевский, 1957; Ермолаев, 1965; Маэда, Итимура, 1973; Лавриентева, 1981; Ляшенко, 2004; Ерина и др., 2019). Авторы последней работы сообщали, что в результате подледного цветения содержание растворенного кислорода подо льдом повышалось до 220% нормального насыщения. При этом 95% приходилось на диатомовые водоросли. Даже при относительно невысокой биомассе водорослей — 0,44 мг/л — содержание кислорода доходило до 180% насыщения.

В то же время в работе В.И. Ермолаева (1965) отмечается, что при численности водорослей в конце зимы в количестве 50 тысяч клеток в 1 литре кислород выделялся в очень небольшом количестве (0,3-0,35 мг/л), и это количество было в 15 раз меньше, чем потребление кислорода на окислительные процессы. Из материалов, представленных в данном исследовании, видно, что, начиная с января месяца, в воде озера Кривого системы реки Карасук происходило постепенное снижение численности и биомассы водорослей, и к марту она упала практически до нуля. На это же время обычно приходится снижение содержания кислорода и начало массовых заморов рыбы.

Очевидно, что к концу зимы с одной стороны, отмечается снижение образования кислорода в процессе фотосинтеза из-за отмирания водорослей, с другой стороны возрастает потребление кислорода на окисление их остатков. В любом случае существует связь между биомассой водорослей и содержанием кислорода в воде. Изучение закономерностей развития зимнего фитопланктона и поиск путей воздействия на этот процесс является, на наш взгляд, наиболее перспективным подходом в решении проблемы зимних заморов в рыбохозяйственных водоемах.

Интересная работа в этом направлении была проведена Г.И. Прониной, Н.Ю. Корягиной и П.В. Терентьевым (2016). Исследования проводились весной. Оказалось, что наиболее активными продуцентами кислорода являлись диатомовые водоросли. Водоросли обогащали воду кислородом в количестве 1750 мг/(м3х час), что было на два порядка больше, чем поступление кислорода в воду из воздуха. Авторы считают, что воздействием на стратификацию в водоеме с помощью аэраторов-потокообразователей можно влиять на развитие диатомовых водорослей и, соответственно, на кислородный режим водоема (Пронина и др., 2014).

Целью настоящей работы было сравнительное изучение условий обитания рыб в зимнее время в трех водоемах по комплексу гидробиологических и гидрохимических показателей. Исследования проводились на двух прудах для спортивной рыбалки, расположенных в Раменском районе Московской области и на участке реки Быковка вблизи поселка Быково. Контролировались такие показатели как содержание растворенного кислорода, активная реакция воды (рН), окислительно-восстановительный потенциал (Eh), содержание ионов аммония, нитритов, нитратов, фосфатов, хлоридов, сульфатов, общее железо, концентрация растворенной двуокиси углерода. Исследовался видовой состав фитопланктона, определялась его биомасса. Гидрохимические исследования выполнялись в производственной лаборатории НПП СалмоРу по обычным методикам, применяемым в рыбоводной практике, с помощью тест-наборов для спектрофотометрического анализа компании ООО «МедЭкоТест» (МГУ им. М.В.Ломоносова). Содержание растворенного кислорода определялось с помощью термооксиметра Марк-303, рН и еН измерялись непосредственно на водоеме с помощью портативного рН/ORP/mV/C-метра HANNA HI991003.

Гидробиологические исследования проводились в аналитическом центре «Роса».

Характеристика водоемов

Первый водоем (№1) — искусственный пруд, созданный на месте оврага, площадью около 1,2 га, средней глубиной 1,6 м с перепадами глубин от 1,1 до 2,5 м. Пруд малопроточный, в него впадает периодически пересыхающий ручей. Этот водоем используется для спортивной рыбалки уже более 16-и лет. Он зарыблен карпом, форелью, щукой, осетрами, линем и другими видами рыб в разном соотношении, меняющимся в течение года. Общая ихтиомасса на момент отбора проб составляла около 1,5-1,8 тонн. Пруд оснащен аэраторами-потокообразователями, благодаря которым удается круглый год поддерживать благоприятный гидрологический и кислородный режим. Кормления рыбы не производится, хотя рыбаки активно используют прикормки разных видов. Для водоема характерны заметные колебания содержания кислорода, вплоть до предзаморного уровня. Избегать заморов рыбы удается избегать благодаря аэраторам. В пруду периодически возникает «цветение» воды. Водоем регулярно известкуется из расчета 150-200 кг извести на 1 га. Иловые отложения умеренные, не более 10-15 см. На момент отбора пробы основная часть акватории была покрыта льдом, свободная ото льда площадь была только в зоне работы аэратора. Благодаря работе аэраторов вода в пруду активно перемешивалась, температурной и кислородной стратификации не отмечалось.

Особенностью данного пруда является регулярное и интенсивное использование аэраторов. В зависимости от ситуации одновременно работают от одного до трех-пяти аэраторов. Пруд часто зарыбляется, в нем поддерживаются высокие плотности посадок, он весьма популярен у рыбаков.

Второй водоем (№2) также используется для спортивной рыбалки в течение последних 8-и лет. Он создан на участке старого русла реки Быковка, имеет площадь около 1,5 га и в настоящее время с рекой не соединяется. Река протекает в 5-8 м вдоль пруда. Пруд имеет глубины от 1,2 до 6 м, иловые отложения значительные, местами доходящие до 0,5 м. Пруд зарыблен разными видами рыб: карпом, форелью, осетром, щукой, линем. В зимнее время преобладает форель. Периодически водоем подвергается известкованию по воде из расчета 100 кг извести на 1 га.

Во втором пруду с недавнего времени также стали использоваться аэраторы, но в меньшем количестве. Обычно на водоеме работает один аэратор. Этот пруд также имеет популярность и активно посещается рыбаками.

Третий водоем (№3) – малопроточный участок реки Быковка, расположенный рядом с этим прудом, практически не используется в рыбохозяйственных целях. На дне отмечаются значительные иловые отложения. От рядом стоящих деревьев в реку попадает большое количество листового опада. Вселения рыбы в водоем не производится, рыбаки этот участок практически не посещают. Аэрации водоема не проводится. Известкование никогда не проводилось. На момент отбора пробы на данном участке реки скорость течения визуально не наблюдалась. Отмечалась выраженная температурная и кислородная стратификации. Из лунки от воды исходил явный запах сероводорода.

Результаты исследований представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Гидробиологические показатели

Таблица 2. Гидрохимические показатели

¹Нормативы утверждены Минсельхозом России приказом № 552 от 13.12. 2016 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (с изменениями на 12. 10. 2018)
¹* Для олигротрофных/мезотрофных/эвтрофных водоемов (приказ Минсельхоза России № 552 от 13.12. 2016)
² Общие требования к воде, поступающей в прудовые карповые хозяйства (летние пруды) согласно ОСТ 15.372-87

Результаты и обсуждение

Наиболее благоприятные условия для рыб наблюдались в пруду №1. В этом водоеме отмечалась наименьшая интенсивность развития фитопланктона. Биомасса его была в 6 и 4 раза меньше, чем в двух других водоемах. В абсолютном выражении биомасса была довольно значительной (1,22 мг/л) и почти втрое превышала величину биомассы водорослей (0,44 мг/л), о которой сообщалось в работе О.Н. Ериной и др. (2019), когда содержание кислорода доходило до 180% от равновесной концентрации. Видовое разнообразие в водоеме 1 было существенно больше (63 вида) против 35-ти и 14-ти в двух других водоемах. Доминирующими видами были диатомовые и зеленые водоросли. Сине-зеленые водоросли присутствовали в водоеме №1, но по биомассе они составляли всего около 6% от всей биомассы.

Второй пруд для спортивной рыбалки существенно отличался от первого по ряду показателей. В пруду происходило активное «цветение» сине-зеленых водорослей. Численность фитопланктона в 45 раз, биомасса в 6,3 раза были выше, чем в первом пруду. «Цветение» наблюдалось при температуре воды 0,2 оС. Сине-зеленые водоросли по биомассе составляли 80% от общей биомассы водорослей. В третьем водоеме (участок реки Быковка) вода была непригодна для жизни рыб из-за низкого содержания кислорода и наличия сероводорода. Фитопланктон был представлен в основном зелеными водорослями (84% по биомассе).

Содержание кислорода являлось ключевым показателем, по которому оценивались условия обитания рыбы во время зимовки. Наиболее благоприятные показатели отмечались в пруду 1. Как и в работе Г.И. Прониной и др. (2016), мы видим, что при наличии в пруду диатомовых водорослей в водоеме сохранялся благоприятный кислородный режим.

В водоеме 2, несмотря на высокую биомассу сине-зеленых водорослей, кислородный режим оставался более напряженным. Очевидно, это подтверждает вывод упомянутых выше авторов о низкой интенсивности обогащения воды кислородом при развитии сине-зеленых водорослей. Диатомовых водорослей в пруду 2 практически не было.

В водоеме №3 сохранялись фактически заморные условия. Известно, что для развития сине-зеленых водорослей необходимо наличие сравнительно высоких концентраций биогенов, прежде всего фосфора и азота, а также спокойные стоячие воды (Кузь, Жолдакова, 2017). Аэраторы, активно используемые на водоеме 1, обеспечивали интенсивное перемешивание воды и формировали заметное течение, что в итоге и сдерживало развитие сине-зеленых водорослей. Кроме того, аэраторы ускоряли процесс минерализации органического вещества и активизировали процессы самоочищения водоема.

Наибольшее отличие между водоемами отмечалось по такому показателю, как окислительно-восстановительный потенциал. В водоеме 1 он был в 3,6 и в 7,5 раз больше, чем в водоемах 2 и 3 соответственно.

Вероятно, комплекс мер (аэрация, известкование) позволил поддерживать ОВП на высоком уровне. В водоеме 2 аэрация и известкование применялись в меньшем объеме, а в водоеме 3 они вообще не проводились.

Процессы нитрификации в водоеме 3 протекали менее интенсивно, в воде отмечалось высокое содержание аммонийного азота и нитритов. БПК5 в 2-3 раза превышало значения, полученные для двух других водоемов. Были заметны различия и по содержанию двуокиси углерода, которой было в 5 и 3 раза больше, чем в водоемах 1 и 2.

Выводы

1. Зимнее «цветение» воды в рыбохозяйственных водоемах является вполне обычным явлением и может существенно влиять на гидрохимический, прежде всего газовый (кислородный) режим водоема, играя важную роль в кислородном балансе прудов. В летнее время «цветение» обычно сопровождается значительным насыщением воды кислородом, превышающим нормальное (равновесное) насыщение иногда в два и более раз. Зимой из-за более низкой освещенности и температуры интенсивность фотосинтеза и образование кислорода протекают менее интенсивно, однако при определенных условиях может наблюдаться значительный прирост кислорода. При определенных обстоятельствах (снижение освещенности после снегопадов, исчерпание необходимых биогенов) может произойти отмирание части фитопланктона, что будет сопровождаться падением концентрации кислорода и замором рыбы.
2. Низкая температура воды не является препятствием для развития ряда водорослей, в том числе сине-зеленых. Эта группа водорослей отличается сравнительно низкой интенсивностью выделения кислорода. Их присутствие в водоеме негативно сказывается на качестве воды и может придавать ей неприятные привкусы и запахи. В конечном итоге это способно привести к тому, что у рыбы появится неприятный запах, пострадает репутация пруда, и как следствие, произойдет отток рыбаков.
3. На основании имеющихся данных можно предполагать, что интенсивная аэрация воды с помощью аэраторов-потокообразователей, насыщающих воду кислородом, создающих течение в прудах, улучшающих условия существования для диатомовых водорослей, благоприятно сказывается на формировании сообщества фитопланктона, ведет к увеличению его видового разнообразия, и в конечном итоге положительно влияет на кислородный режим водоема.
4. На основании проведенных исследований и анализа имеющейся информации, можно сделать вывод, что мероприятия, направленные на создание благоприятных условий для развития подо льдом оптимального альгоциноза, помогут решить проблему дефицита кислорода в рыбохозяйственных водоемах в зимнее время.

Литература

1. Бабаназарова О., Сиделев С., Щищелева С. Структура зимнего фитопланктона в озере Неро, Россия. Aquat. Biosist. 2013, 9, 18.
2. Гусева К.А., Ильинский А.Л., О засорении рыболовной сети итальянской Мелосирой в период зимнего цветения на Рыбинском водохранилище. Труды Всесоюзного гидробиологического общества, 1959, 9: 183-194
3. Ерина О.Н., Пуклаков В.В., Соколов Д.И., Гончаров А.В. Подледное цветение фитопланктона в Можайском водохранилище. Вестник биотехнологии, 2019, т. 15, №2:49-54
4. Ермолаев В.И. О зимнем фитопланктоне оз Кривого системы реки Карасук, 1965 Водоросли и грибы Западной Сибири. Часть 2. (Труды центрального Сибирского ботанического сада. Вып. 10)' \\под ред. Поповой Т.Г., Вернер А.Р. - Новосибирск: Редакционно-издательский отдел Сибирского отделения АН СССР, 1965 - с.165
5. Кузь Н.В., Жолдакова З.И. Проблема «цветения» водоисточников. Оценка влияния процессов водоподготовки на содержание цианобактерий в питьевой воде хозяйственно-питьевого водоснабжения города Москвы /Здоровье населения и среды обитания, 2017, N9 (294) C. 35-39.
6. Лавриентьева Г.М. Особенности развития зимнего фитопланктона в малых озерах Северо-Запада. Труды ГосНИОРХ, 1981, 162:89-103
7. Ляшенко О.А. Водоросли в воде и на дне Рыбинского водохранилища подо льдом. Биология внутренних вод, 2004, 4: 43-47
8. Маэда О., Итимура С. О высокой плотности популяции фитопланктона, обнаруженного в озере подо льдом. Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie, 1973, 58:673-685
9. Пронина Г.И., Корягина Н.Ю., Терентьев П.В., Буртовой А.П. Использование особенностей фотосинтеза диатомовых водорослей для управления кислородным режимом не спускных водоемов. Биологические науки. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2014, №50, с158-160
10. Пронина Г.И., Корягина Н.Ю., Терентьев П.В. Воздействие фитопланктона на кислородный режим рыбохозяйственного водоема в условиях низких температур. В сб. Товарная аквакультура и искусственное воспроизводство гидробионтов. Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство. 2016. №1 с 52-61
11. Строганов Н.С., Бузинова Н.С. Практическое руководство по гидрохимии. Изд-во Московского университета, 1989. С194
12. Ясницкий В.Н., Скабичевский А.П. Фитопланктон Байкала. Труды Байкальской лимнологической станции. 1957, 15: 212-262