технологические основы формирования фитопланктона для

«БИОЛОГО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА ДЛЯ
ИНТЕНСИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА
РЫБОПРОДУКЦИИ»
Т.В. Козлова,
УО «Белорусская государственная
сельскохозяйственная академия
Цель исследований – выявить закономерности, механизмы,
особенности формирования и функционирования первого трофического
звена пищевых цепей экосистем рыбоводных водоемов, обосновать
возможность управления этими процессами для эффективного использования
природного потенциала кормовой базы рыб, используя различные методы
интенсификации рыбоводства.
Задачи исследований – изучить таксономический состав фитопланктона
водоемов, используемых для рыбоводных целей, расположенных в разных
регионах СНГ, и провести его сравнительный анализ .
- определить особенности питания фитофильных личинок хирономид ,
в зависимости от таксономического состава фитопланктона и
степени
зарастаемости рыбоводных прудов высшей водной растительностью;
установить
зависимость
уровня
продукционно-деструкционных
процессов в планктоне выростных и нагульных прудов от таксономического
состава фитопланктона, дозы и кратности вносимых удобрений, количества
комбикормов и уровня эксплуатации водоемов;
определить уровень содержания фотосинтетических пигментов в
водорослях фитопланктона выростных и нагульных прудов при разных
методах интенсификации рыбоводства и установить связь показателя
содержания хлорофилла «а» с биомассой водорослей;
- построить эконометрические модели зависимости между показателями
прозрачности воды, уровнем концентрации хлорофилла «а» и биомассой
фитопланктона, первичной продукцией планктона и рыбопродуктивностью
прудов для определения оптимальных условий функционирования
экосистем и повышения уровня рентабельности производства рыбы;
- выявить зависимость между уровнем интенсификации рыбоводства и
эффективностью трансформации первичной продукции по трофическим
уровням и дать экономическую оценку применения различных методов
интенсификации
рыбоводства
при
выращивании
рыбопосадочного
материала и товарной рыбы.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
1.
Закономерности
формирования
видового
разнообразия
фитопланктона,
базирующиеся на использовании различных режимов интенсификации (раннее залитие
прудов, высокие плотности посадки рыб, многократное внесение удобрений, применение
ОПД в качестве органического удобрения);
2. Установление оптимальной качественной структуры фитопланктона для потребления
его консументами первого порядка, позволяющей изменять направленность пищевых
цепей в водоеме при различных уровнях интенсификации рыбоводства, что позволяет
учитывать особенности питания фитофильных личинок хирономид в зависимости от
степени зарастаемости прудов жесткой растительностью. В слабо заросших прудах
биомасса бентосных личинок увеличивается на 200% по сравнению с биомассой
фитофильных, при этом улучшаются условия питания молоди бентосоядных рыб.
3. Особенности утилизации первичной продукции рыбами, выразившиеся в том, что в
прудах с низким уровнем интенсификации степень утилизации первичной продукции
рыбами составляла от 1,1 до 2,3 %, в прудах со средним уровнем -0,6 - 0,8 и в прудах с
высоким уровнем интенсификации - 0,6 – 1,5%;
4. Метод определения биомассы фитопланктона по содержанию фотосинтетических
пигментов в планктоне рыбоводных прудов, позволивший установить связь показателя
хлорофилла «а» с биомассой водорослей, описываемую уравнением: B = 1.6603 х20.6827 ,
R2 = 0,88, где: B – биомасса фитопланктона, г/ м3 , а х2 – содержание хлорофилла «а»,
мг/м3;
5. Модели связей между параметрами абиотических и биотических
факторов
среды с первичной продукцией планктона, позволившие количественно определить
степень и направленность их влияния на продуктивность водоемов;
УРОВНИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
РЫБОВОДСТВА
низки
й
средний
высоки
й
ФИТОПЛАНКТОН
Таксономический состав
фитопланктона
рыбоводных водоемов
Особенности питания
фитофильных
личинок
Создание
эконометрической
модели
рыбопродуктивности
водоёмов
Уровень
первичного
продуцирования
планктона
прудов
Динамика
фотосинтетических
пигментов в зависимости от
уровня интенсификации
рыбоводства
Направленное
формирование
кормовой базы
рыб
Расчет экономической
эффективности
интенсификационных
мероприятий водоёмов
ПОВЫШЕНИЕ РЫБОПРОДУКТИВНОСТИ ВОДОЁМОВ
Коэффициент флористической общности фитопланктона прудов двух регионов
низкий (0,34). Максимальный коэффициент общности обнаружен для отдела
динофитовых (0,62), минимальный – для диатомовых (0,11). Средние значения
показателя общности отмечены для зелёных (протококковых - 0,50) и синезелёных водорослей (0,47). В целом фитопланктон выростных рыбоводных прудов
Беларуси можно охарактеризовать
как зелёно-сине-зелёно-эвгленовый, а
фитопланктон прудов Среднего Поволжья – как зелено – диатомово - эвгленовый.
Беларусь
Среднее
Поволжье
17%
23%
1%
2%
2%
2%
1% 4%
9%
2%
28%
2%
3%
3%
31%
21%
27%
сине-зеленые
криптофитовые и динофитовые
золотистые
диатомовые
желто-зеленые
эвгленовые
вольвоксовые
протококковые
сине-зеленые
криптофитовые и динофитовые
улотриксовые
конъюганты
золотистые
диатомовые
желто-зеленые
эвгленовые
вольвоксовые
протококковые
улотриксовые
конъюганты
8%
10%
4%
ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ ФИТОФИЛЬНЫМИ ЛИЧИНКАМИ ХИРОНОМИД
Личинки Cricotopus gr. silvestris,
обладая
положительным
фототаксисом,
значительно
дольше,
чем
другие
хирономиды, находятся в толще
воды прудов, представляя собой
легкодоступный ценный корм
для молоди рыб. В питании
личинок Cr. gr. silvestris из слабо
заросших прудов преобладали
диатомовые
и
зеленые
водоросли. У личинок из сильно
заросших прудов с низким
уровнем
развития
фитопланктона гораздо чаще
встречаются фрагменты мелких
Cladocera, детрит, минеральные
частицы и животная пища.
1 – водоросли; 2 –
детрит;
3 –
минеральные частицы; 4 –
животная пища.
Содержание пищи в
кишечниках Cr. gr.
silvestris, %
Численность
Млн. кл.
/л.
Тыс.экз.
/м3
Продуктивность гидробионтов в
водоёмах комплексного назначения
Уровень развития естественной кормовой базы
ВКН « Днепрец» позволяет отнести его к категории
мезотрофных водоемов. Параметры среды и летняя
биомасса
зоопланктона
(1,55-7,12
г/м3)
в
водохранилище дают возможность вселять в него
ценный объект аквакультуры – пелядь. Расчетные
показатели
свидетельствуют о том, что за счет
использования естественных кормовых ресурсов по
зоопланктону возможно поднять рыбопродуктивность
по пеляди до 65,5 кг/га.
Сезонная динамика биомассы фитопланктона
водохранилища
«Днепрец» в 2004–2005 гг., г/м3
Био
мас
са
(В),
г/м3
16
14
•
Среднемесячные
максимальные значения
биомассы
фитопланктона
отмечены в июле 2004 г.
(16,50 г/м3), в в этот
период в его составе
преобладали зеленые
водоросли.
•
При доминировании в
конце августа и сентябре
сине-зеленых
водорослей типичного
«цветения» воды не
наблюдалось.
12
10
8
6
4
2
0
IV
V
VI
VII
VIII
Месяцы
– 2004 г.
– 2005 г.
IX
X
Сезонная динамика биомассы зоопланктона водохранилища
«Днепрец» в 2004–2005 гг., г/м3
• Наиболее низкой
8
биомасса зоопланктона
была в апреле, при
доминировании
веслоногих (2,45 г/м3).
7
6
5
• Максимальные
показатели биомассы
характерны для июля
( 7,12 г/м3) в это
время доминировали
ветвистоусые рачки.
4
3
2
1
0
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
Месяцы
– 2004 г.
– 2005 г.
Сезонная динамика биомассы зообентоса
водохранилища
«Днепрец» в 2004–2005 гг., г/м3
•
9
8
7
6
Био
масс
а
(В),
г/м2
•
5
4
3
2
1
0
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
Месяцы
– 2004 г.
– 2005 г.
Минимальная
биомасса донной
фауны отмечена в
октябре (0,68 – 0,92
г/м2), в бентосе
преобладали личинки
хирономид.
Максимальные
значения отмечены
для июня, июля,
когда бентос был
наиболее
разнообразным и его
биомасса
складывалась из
биомасс
двустворчатых и
брюхоногих
моллюсков и других
бентосных форм
(8,02 г/м2)
1. Выращивание товарной рыбы в поликультуре (серебряный карась+щука+карп) с
использованием осеннего зарыбления и весеннего дозарыбления карпом, обеспечивают
высокий темп роста карася, который, утилизируя осенние запасы детрита в водоеме,
дополнительно увеличивает свою массу и успешно зимует. Рано весной он адаптируется
к условиям выращивания и осенью достигает средней массы 543 г.
2. При осеннем облове среднештучная масса щуки составила 975 г, что в 1,5 раза выше
средних показателей по нормативам. Такой высокий темп роста этого ихтиофага
обеспечивается его богатой кормовой базой.
3. За период выращивания карп достиг среднештучной массы 1113 г, что объясняется
разреженной посадкой рыб, подкормкой зерновыми отходами, высоким уровнем
развития естественной кормовой базы водоема и отсутствием конкуренции в питании с
серебряным карасём.
4. Общая рыбопродуктивность пруда составила 517 кг/га, что в 6,5 раза выше средних
показателей (около 80 кг/ га) для республики по водоемам подобного типа.
5. Фактический экономический эффект от внедрения составил 22,926 мл. руб. Удельная
экономическая эффективность внедренных результатов НИР составила 1,51 руб./руб.
затрат.
6. Данная технология разработана для малых водоемов, имеющих большие запасы детрита.
В качестве результативного показателя взята биомасса фитопланктона (Yх), а
в качестве факторов следующие: х1 – прозрачность воды, м; х2 – концентрация
хлорофилла «а», мк/м3; х3 – АЧ – ассимиляционные числа, мг СО2/мг хл.; х4 –
рыбопродуктивность.
На основании статистической обработки многолетних данных по
параллельному определению биомассы водорослей и концентрации
хлорофилла «а» в фитопланктоне рыбоводных прудов Белорусского Полесья
была получена эконометрическая модель вида:
B = 1.6603 х20.6827 , R2 = 0,88
Биомасса фитопланктона,
г/м3
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
хлорофилл а, мг/м3
450
Исследования показали, что на первоначальном этапе имеет место
возрастающий эффект увеличения концентрации хлорофилла «а» на
рост биомассы фитопланктона. При достижении концентрации
хлорофилла «а» величины 50-80 мг/м3, его взаимосвязь с биомассой
переходит в пропорциональную зависимость.
Взаимосвязь концентрации хлорофилла «а» с прозрачностью воды и
биомассой фитопланктона описывается эконометрической моделью
вида:
В  81,91  61,7 x1  0,058x2
R=0,82, D= 0,789, F1=51,9, taj = │2,54 – 3,12 │
Анализ параметров модели показывает, что увеличение прозрачности
воды способствует снижению биомассы, а увеличение концентрации
хлорофилла «а» незначительному увеличению биомассы.
Комплексное влияние всех учтенных факторов на формирование биомассы
фитопланктона характеризуется следующими параметрами модели:
В  39,34  68,14 x1  0,02 x2  1,88x3  3,16 x4
R=0,87, D= 0,7936, F1=57,8, taj = │1,96-2,19│
Где R-коэффициент множественной корреляции, F1 –критерий , D – коэффициент детерминации
• Регулирование уровня рыбопродуктивности прудов возможно путем
направленного
формирования
таксономического
состава
фитопланктона. От соотношения « кормовых» и «некормовых» видов
водорослей в составе фитопланктона зависит длина пищевых цепей в
водоеме и эффективность утилизации энергии в экосистеме.
• При таком методе интенсификации как раннее залитие прудов, в
планктоне водоёмов численность фитопланктона была выше на 24%,
и в его составе преобладали «кормовые» водоросли (протококковые,
вольвоксовые и диатомовые).
• Преобладание в фитопланктоне кормовых водорослей обеспечивает
пищевые потребности зоопланктона, и увеличивает его продукцию,
способствовало
повышению
доли
меропланктона
в
составе
зоопланктона до 30%. (в поздно залитых прудах она была в пять раз
ниже).
• Обеспечение пищевых потребностей зоопланктона увеличивает его
продукцию, что способствует повышению доли меропланктона в
составе зоопланктона до 30% (в поздно залитых прудах она была в
пять раз ниже). Показатели продукции зообентоса в рано залитых
прудах были в 2,4 раза, а рыбопродуктивности за счёт естественной
кормовой базы в 3,8 раза выше, чем в поздно залитых прудах
(диаграмма 1). В ранозалитых прудах преобладают пастбищные цепи
питания и организмы зоои меропланктона лучше обеспечены
кормовыми организмами.
30
20
10
Продукция зообентоса, г/м2
40
100
80
60
40
20
1
2
60
50
40
30
20
10
0
0
0
70
1
2
1
2
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
Рыбопродуктивность за счет естественной кормовой базы,
кг/га
80
120
50
Доля меропланктона в составе зоопланктона, %
90
140
Продукции зооплантона, г/м2
Численность фитопланктона, млн кл/л
60
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
1– раннее залитие прудов, 2 – позднее залитие прудов
– «кормовой» фитопланктон,
–«некормовой» фитопланктон
Диаграмма 1. Эффективность выращивания
рыбопосадочного материала при разных сроках
залития выростных прудов
Многократное внесение
удобрений
в пруды более
эффективно по сравнению с одноразовым.
Как в зоне Среднего Поволжья, так и в Беларуси, при
многократном внесении удобрений в составе фитопланктона
преобладали «кормовые» водоросли, хотя общая численность
фитопланктона была в среднем ниже, чем в прудах с
одноразовым внесением удобрений.
В прудах с одноразовым удобрением преобладали сине-зелёные
водоросли, а на долю «кормового» фитопланктона приходилось
8 % от общей численности водорослей.
Это способствовало преобладанию детритных пищевых цепей в
водоёмах, что снижало долю меропланктона до 5 %, продукцию
зообентоса в 2,6 раза, а рыбопродуктивность – в 1,8 раза.
Выявленная закономерность
четко
проявилась
как в
рыбоводных водоёмах Среднего Поволжья, так и в водоемах
Беларуси (диаграмма 2).
Республика Беларусь
50
40
350
140
300
120
250
100
30
200
80
20
150
60
100
40
50
20
10
0
0
1
0
2
1
2
1
200
40
35
30
25
20
15
10
5
0
2
150
100
50
0
1
1
2
2
Среднее Поволжье
50
120
40
100
60
20
40
10
20
0
2
1
20
20
10
10
2
50
40
30
20
30
10
0
0
0
0
1
70
60
40
30
80
30
50
40
1
2
1
2
1
2
1– многократное внесение удобрений, 2 – однократное внесение удобрений
– «кормовой» фитопланктон,
– «некормовой» фитопланктон
А–численность фитопланктона, млн кл/л; Б–продукция зоопланктона, г/м2; В–продукция
зообентоса, г/м2; Г–доля меропланктона в составе зоопланктона, %; Д–
рыбопродуктивность за счет естественной кормовой базы, кг/га
Диаграмма 2. Эффективность выращивания рыбопосадочного материала при
однократном и многократном удобрении выростных прудов
Дозы вносимых удобрений
по-разному влияют на эффективность
функционирования прудовых экосистем. В выростных прудах Беларуси
наиболее эффективным оказалось внесение удобрений в количестве от 33
до 132 кг/га (в среднем 72 кг/га), при котором уровень валового фотосинтеза
колеблется от 590 тыс. до 930 тыс. кДж/га, что соответствует 3,95 – 4,47 мг
О2/л ∙сут.
При таком уровне интенсификационных мероприятий средняя
рыбопродуктивность выростных прудов составляет 1492 кг/га, что в денежном
выражении в среднем по прудам соответствует сумме 2984 у.е. с 1 га водной
площади.
В выростные пруды с высоким
уровнем интенсификации рыбоводства
вносили минеральных удобрений в 1,94 раза больше по сравнению с прудами с
ким уровнем интенсификации. Это приводит к увеличению только валового
фотосинтеза почти в 3 раза, но при этом в 2,9 раза снижается степень
утилизации
первичной
продукции
рыбами,
которая
в
высоко
интенсифицированных прудах составляет 0,85 %.
Средняя рыбопродуктивность в прудах с низким уровнем интенсификации
была на 8,0 % выше. В денежном выражении с каждого гектара таких прудов
получали на 226 у.е. больше, чем с аналогичной площади прудов с высоким
уровнем интенсификации.
В выростных прудах при внесении удобрений в дозе 72 кг/га усвоение
энергии продуцентов консументами было выше, а производство
рыбопосадочного материала
– более эффективным по сравнению с
прудами, в которые вносили удобрения в дозе 140 кг/га (диаграмма 3).
140
120
100
80
2500
2,5
2000
2
1500
1,5
1600
1400
1200
1000
800
60
1000
1
500
0,5
600
40
20
0
1
2
А
400
0
1
2
Б
200
0
0
1
2
В
1
2
Г
1– внесение удобрений в дозе 140 кг/га, 2 – внесение удобрений в дозе 72
кг/га
А – внесено минеральных удобрений; Б – валовая продукция, кДж/га; В –
утилизация первичной продукции
рыбами, %; Г – рыбопродуктивность, кг/га
Диаграмма 3. Эффективность интенсификационных мероприятий при
выращивании рыбопосадочного материала
•
•
В нагульных прудах при среднем уровне интенсификации,
средняя рыбопродуктивность по прудам составляла 1560
кг/га, что в денежном выражении равнялось 3120 у.е. с
каждого гектара используемой площади.
При высоком уровне интенсификации средняя рыбопродуктивность
по прудам составляла 1341кг/га, или 2682 у.е. в денежном выражении
с каждого гектара пруда. В прудах, в которые вносили в 1,34 раза
больше минеральных удобрений, степень утилизации первичной
продукции рыбами была в 2,0 раза ниже, чем в прудах со средним
уровнем интенсификации, рыбопродуктивность ниже на 10,5 %, а с
каждого гектара прудов со средним уровнем интенсификации
получали на 440 у. е. больше (таблица).
Таблица. Эффективность интенсификационных мероприятий при
выращивании товарной рыбы
Количество
внесенных
удобрений,
кг/га
Валовая первичная
продукция за
сезон, кДж/га
Утилизация
первичной
продукции
рыбами, %
Рыбопродуктивность, кг/га
Валовый фотосинтез – 937601–1001246 кДж/га (6,04–6,45 мгО2/л ∙сут)
130
975892
2,0
1560
Валовый фотосинтез –1325681 – 2252416 кДж/га (8,54 – 14,51мгО2/л∙сут)
174
1730836
1,0
1341