ГИДРОХИМИЯ ВОДОЁМА И ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ РЫБ

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является обобщение и систематизация современных представлений о влиянии ключевых гидрохимических параметров на физиологическое состояние рыб в условиях замкнутых систем водообеспечения. В статье проанализированы данные отечественных и зарубежных исследований по оптимизации водозабора для осетровых и влиянию плотности посадки на азотный режим установок замкнутого водоснабжения (УЗВ) при выращивании радужной форели. Показано, что смешанный водозабор (река-скважина 50:50) и переменный температурный режим повышают продуктивность бестера на 4,3-5,6% за счет снижения кормового коэффициента. Установлено, что при увеличении плотности посадки форели до 18 кг/м³ происходит накопление нитритов (0,16 мг/л) и нитратов (50,5 мг/л), что вызывает достоверный рост ферментов-маркеров цитолиза (АСТ, ЛДГ) и креатинина в сыворотке крови, указывая на хронический стресс и нарушение функций печени и почек. Сделан вывод о необходимости дифференцированного подхода к управлению гидрохимическими показателями в зависимости от биологических особенностей гидробионтов и технологических задач.

ABSTRACT

The aim of this review is to summarize and systematize current understanding of the influence of key hydrochemical parameters on the physiological state of fish in closed water supply systems. The article analyzes data from domestic and foreign studies on the optimization of water intake for sturgeons and the effect of stocking density on the nitrogen regime of recirculating aquaculture systems (RAS) when rearing rainbow trout. It is shown that mixed water intake (river-well 50:50) and variable temperature conditions increase the productivity of bester by 4.3-5.6% by reducing the feed conversion ratio. It was found that increasing the trout stocking density to 18 kg/m³ leads to the accumulation of nitrites (0.16 mg/l) and nitrates (50.5 mg/l), causing a significant increase in cytolysis marker enzymes (AST, LDH) and creatinine in blood serum, indicating chronic stress and impairment of liver and kidney functions. The conclusion is made about the need for a differentiated approach to managing hydrochemical parameters depending on the biological characteristics of aquatic organisms and technological tasks.

Ключевые слова: гидрохимия, осетровые, радужная форель, нитриты, биохимия крови, плотность посадки, УЗВ.

Keywords: hydrochemistry, sturgeon, rainbow trout, nitrites, blood biochemistry, stocking density, RAS.

Введение. Интенсификация товарного рыбоводства, в частности осетроводства и форелеводства, требует перевода производства на научную основу с детальной проработкой всех элементов технологии [3, с. 21; 6]. Ключевым звеном в этом процессе является контроль и оптимизация гидрохимического состава воды, который в условиях замкнутых систем или при использовании естественных водоисточников подвержен значительным колебаниям. Вода – вещество, обладающее очень интересными свойствами и имеющее достаточно сложную структуру. Некоторые свойства воды настолько необычны, что в литературе обычно говорится об аномалиях этого вещества, обусловленных его строением. Химическое строение воды достаточно простое: молекула состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, ее химическую формулу обычно записывают так: H2O. Однако, вода имеет целый ряд особенностей, аномалий физических свойств, которые делают это простое вещество очень сложным [7;8;9]. Еще одно свойство воды, играющее важную роль в гидрохимии аквариума, - электролитическая диссоциация, т. е. распад молекул на заряженные частицы называемые ионами. При распаде одной молекулы воды образуется два иона; катион (положительно заряженный ион) водорода и анион (отрицательно заряженный ион) гидроксид. Данный процесс является обратимым, т. е. протекает как в прямом, так и в обратном направлениях. В результате этого обратимого процесса устанавливается равновесное состояние. При равновесии число молекул, распадающихся на ионы, равно числу молекул, образующихся из ионов.

Для предприятий аквакультуры критически важно не только знать предельно допустимые концентрации (ПДК) различных соединений, но и понимать механизмы их влияния на биологический статус рыб, своевременно предотвращая стресс и снижение продуктивности. 

Целью исследования является анализ и обобщение имеющихся в научной литературе данных о взаимосвязи между гидрохимическими параметрами воды (тип водозабора, содержание соединений азота) и физиологическим состоянием рыб на примере осетровых и лососевых.

Материалы и методы. Исследование выполнено на основе анализа научных публикаций, посвященных вопросам аквакультуры и гидрохимии. В работе использованы результаты экспериментов, проведенных на базе ООО «Албаши» (Краснодарский край) и с использованием научно-исследовательского комплекса МГУТУ им. К.Г. Разумовского. В первом эксперименте на четырех группах молоди бестера (гибрид белуги и стерляди) по 150 особей в каждой оценивали различные способы водозабора: из реки (контроль), из скважины (14°С), смешанный (50% река + 50% скважина) и переменный (с поддержанием постоянной температуры 18°С путем изменения пропорций). Длительность опыта составила 60 суток. Во втором эксперименте изучали режим работы компрессора для аэрации: без компрессора (контроль), круглосуточно, с таймером на 3 и 6 включений в час. Объектом выступали сеголетки бестера. В третьем блоке, посвященном влиянию плотности посадки, анализировали гидрохимические и гематологические показатели радужной форели (Oncorhynchus mykiss) массой 450±30,0 г при плотности 10,8 (контроль), 14,4 и 18,0 кг/м³ в УЗВ объемом 800 л. Эксперимент продолжался 60 суток. Определяли гидрохимические показатели (pH, кислород, азот аммонийный, нитриты, нитраты, фосфаты), живую массу, длину, коэффициент упитанности, сохранность, а также биохимические параметры сыворотки крови (активность аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), щелочной фосфатазы, уровень креатинина, мочевины, глюкозы и общего белка).

Результаты и обсуждение. Анализ литературы показывает, что гидрохимические показатели воды из реки и скважины в отдельности соответствуют нормативным требованиям (ОСТ 15.372-87), однако их смешение в равных пропорциях или переменное смешение с целью регулировки температуры позволяет добиться лучших рыбоводных показателей  [5] (табл. 1).

Таблица 1.

 Результаты выращивания молоди бестера при разных типах водозабора

*Примечание: * - p<0,05 по сравнению с контролем

Как следует из представленных данных, масса молоди во второй (смешанный водозабор) и третьей (переменный водозабор) опытных группах превысила контроль на 4,5% и 5,6% соответственно (p<0,05). Коэффициент упитанности, отражающий степень жиронакопления, в группе с переменным водозабором был на 2,1% выше, чем в контроле, что, вероятно, связано с оптимизацией температурного режима (18°С) и, как следствие, более эффективным потреблением корма. Затраты корма на единицу продукции снизились на 6,3-6,8%. Применение компрессора с таймером, включающимся 6 раз в час, оказалось оптимальным: среднесуточный прирост массы бестера увеличился на 10,2% по сравнению с контролем без аэрации (1,76 г против 1,94 г), а сохранность возросла с 94% до 99%. Постоянная круглосуточная аэрация, хотя и давала максимальное насыщение кислородом (8,1 мг/л против 6,7 мг/л в контроле), экономически менее целесообразна.

Анализ влияния плотности посадки на гидрохимический режим УЗВ и физиологическое состояние радужной форели выявил критические пороговые значения. При повышении плотности до 18,0 кг/м³ (группа УЗВ №2) к 60-м суткам эксперимента в воде наблюдалось достоверное увеличение концентрации нитритов (NO₂⁻) до 0,16±0,05 мг/л и нитратов (NO₃⁻) до 50,5±4,2 мг/л, что превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов (3,0 и 45,0 мг/л соответственно). Эти изменения связаны с нарушением работы биофильтра и накоплением токсичных метаболитов азота в условиях холодноводной системы (16-17°С), где активность нитрифицирующих бактерий снижена.

В ответ на ухудшение гидрохимических условий у рыб наблюдались выраженные изменения биохимических показателей крови. Уровень глюкозы, как маркер стресса, был повышен во всех группах, однако наиболее значительное увеличение (в 2,3 раза относительно нормы) зафиксировано в группе с максимальной плотностью. Активность ферментов-маркеров повреждения клеток печени и сердца – АСТ и ЛДГ – в группе УЗВ №2 превысила контрольные значения в 2,4 и 3,9 раза соответственно (p<0,05), что указывает на цитолиз и тканевую гипоксию. Одновременно с этим отмечено достоверное повышение уровня креатинина (на 7,32% выше верхней границы нормы), что свидетельствует о нарушении выделительной функции почек. Повышение активности щелочной фосфатазы (на 64,1% выше нормы) дополнительно подтверждает патологические изменения в гепатобилиарной системе. На рисунке 1 представлены ключевые патогенетические звенья токсического действия азотсодержащих соединений, обобщенные по данным анализируемых источников.

Рисунок 1. Механизмы токсического действия нитритов на организм рыб в условиях УЗВ

Полученные результаты согласуются с данными литературы о высокой чувствительности лососевых к нитритам [1, с. 86; 4]. Механизм токсичности обусловлен конкурентным переносом нитрит-ионов через мембрану эритроцитов хлоридными каналами, что приводит к окислению двухвалентного железа гемоглобина в трехвалентное и образованию метгемоглобина, неспособного транспортировать кислород [2]. Хроническая гипоксия, в свою очередь, является триггером для запуска каскада патологических реакций, фиксируемых при биохимическом анализе крови. Таким образом, данные различных авторов свидетельствуют о единой природе стресс-реакции рыб на ухудшение гидрохимических показателей.

Заключение. На основании проведенного анализа можно заключить, что оптимизация гидрохимического режима является базовым условием для успешного ведения товарной аквакультуры. Установлено, что:

1. Для осетровых рыб (бестер) оптимальным является переменный водозабор с поддержанием стабильной температуры (18°С) и периодический (6 раз/час) режим работы компрессора, что позволяет увеличить продуктивность и сохранность поголовья при снижении кормовых затрат.
2. В установках замкнутого водоснабжения при выращивании радужной форели повышение плотности посадки свыше 14,4 кг/м³ приводит к нарушению азотного режима, в частности к накоплению нитритов и нитратов, что вызывает хронический стресс, подтверждаемый гипергликемией.
3. Прямым следствием гидрохимического стресса является повреждение клеточных мембран внутренних органов, что объективно отражается в росте активности ферментов-маркеров (АСТ, ЛДГ, щелочная фосфатаза) и уровня креатинина в сыворотке крови.
4. Биохимический анализ крови может служить надежным инструментом для ранней диагностики физиологического статуса рыб и оптимизации плотности посадки в УЗВ.

Список литературы:

1. Есавкин, Ю.И. Рост радужной форели в зависимости от температуры воды и концентрации кислорода / Ю.И. Есавкин, В.П. Панов, А.В. Золотова, А.П. Завьялов // Материалы международной научно-практической конференции «Развитие аквакультуры в регионах: проблемы и возможности». — 2011. — С. 84-90.
2. Климук А. А., Головачёва Н. А., Царьков М. Д., Семеряков Ю. В., Шкель А. А. Изменения гидрохимических параметров водной среды и биохимических показателей сыворотки крови рыб от плотности посадки в УЗВ // Рыбное хозяйство. 2024. №3. С. 71–79.
3. Фоменко А.И. Зональные особенности химического состава вод малых рек бассейна Рыбинского водохранилища // Водное хозяйство России. 2020. № 1. С. 19-30.
4. Колончин, К. В. Тенденции развития аквакультуры в России: перспективы качественного улучшения продовольственной безопасности и устойчивого роста экономического потенциала отрасли / К. В. Колончин, М. А. Труба, Н. Ю. Кузичева // Продовольственная политика и безопасность. – 2023. – Т. 10, № 3. – С. 533-546. – DOI 10.18334/ppib.10.3.118265
5. Бекина Е.Н., Мельченков Е.А., Воробьёв А.П., Арчибасов А.А., Новоселова Ю.А., Калмыкова В.В. Влияние изменения температуры содержания на физиолого-биохимические показатели молоди осетровых в условиях индустриального выращивания// Рыбоводство и рыбное хозяйство. 2021 №12 [Электронный ресурс] Режим доступа: https://panor.ru/articles/vliyanieizmeneniya-temperatury-soderzhaniya-nafiziologo-biokhimicheskie-pokazateli-molodiosetrovykh-v-usloviyakh-industrialnogovyrashchivaniya/77289.html#
6. Klimuk, A.A. Changes in hydrochemical parameters of the aquatic environment and biochemical parameters of fish blood serum from the planting density in the ultrasound / A.A. Klimuk, N.A. Golovacheva, M.D. Tsarkov, Yu.V. Semeryakov, A.A. Shkel // Fisheries. — 2024. — № 3. — С. 71-79.
7. Kroupova, H. Effects of subchronic nitrite exposure on rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) / H. Kroupova, J. Machova, V. Piackova et al. // Ecotoxicology and Environmental Safety. — 2008. — Vol. 71. — № 3. — P. 813-820.
8. Lewis, W.M. Toxicity of nitrite to fish: a review / W.M. Lewis, D.P. Morris // Transactions of the American Fisheries Society. — 1986. — Vol. 115. — № 2. — P. 183-195.
9. Nikolaeva N.A., Salova T.A., Kopyrina L.I., Pinigin D.D. Ecological aspects of water quality investigation in connection with projects of hydropower plants’ construction on the Timpton River. Yakutia. Russia. Polar Science. 2022. DOI: 10.1016/j. polar.2022.100843.