Субботина Юлия Михайловна к.с-х.н доцент
кафедры социальной экологии и природопользования РГСУ
Энергетической основой естественной
биологической очистки навозных и пометных стоков в гидроэкосистемах, как в
системах продуктивных, являются два энергетических потока, поступающих в нее
извне: энергия навозных стоков животноводческих комплексов и солнечная энергия.
Эти два потока обеспечивают энергетическую базу для работы в системе
одновременно детритной и пастбищной цепей, что позволяет эффективно
использовать питательные вещества и энергию при переходе с одного трофического
уровня на последующий, как внутри каждой пищевой цепи, так и между ними.
Наиболее полное использование энергии
навозных стоков обеспечивается в системе рыбоводно-биологических прудов.
Выдерживание строго определенного объема стоков в течение заданного времени под
воздействием плюсовых температур и солнечной радиации способствует обильному
развитию биомассы гидробионтов в каждой ступени каскада рыбоводно-биологических
прудов, максимуму обмена веществ и энергии отдельными видами ценоза.
Основными объектами системы
рыбоводно-биологических прудов, в которых протекают процессы потребления,
использования и трансформации веществ и энергии навозных стоков являются:
пруд-накопитель, водорослевой, рачковый и рыбоводный пруд.
Высокое качество очистки сточных вод в
биологических прудах обеспечивается воздействием на них сложного биоценоза
водных организмов. В природных условиях этот процесс называется самоочищающей
способностью водоемов. Мертвое органическое вещество сточных вод, проходя ряд
трофических уровней, в конечном счете аккумулируется в организме консумента,
находящегося на верхней ступени пищевой цепи (1;4;3,7).
Первая ступень рыбоводно-биологческих
прудов – пруд-накопитель. Стоки, находящиеся в нем, являются
высококонцентрированными питательными растворами с набором разнообразных
органических соединений (белков, аминокислот, углеводов, жиров, витаминов),
имеющих пищевое значение для разнообразных видов бактериопланктона, усиленно
наращивающих биомассу на этом субстрате. В результате жизнедеятельности
бактериопланктона примерно 30 – 40% органических веществ, содержащихся в
пруде-накопителе, переходят в биомассу бактерий (3). При этом органические
соединения дестругируются до стадии возможного их потребления другими группами
гидробионтов, в частности, водорослями, простейшими и коловратками, последние
обитают в пруде-накопителе в больших количествах. Под воздействием
разнообразных бактерий анаэробов происходит распад органических соединений
навозных стоков с выделением минеральных форм азота, фосфора, железа, калия и
других элементов. Бактерии-деструкторы не только минерализуют значительную
часть органических навозных стоков и преобразуют большое количество биогенных
веществ и элементов в биомассе усвоиных организмов, но и обогащают стоки такими
необходимыми для дальнейшего развития водорослей веществами, как углекислый газ
(СО2) и аммиак (NH3).
Простейшие также участвуют в деструкции
органического вещества и ассимиляции растворенных биогенных элементов. В
процессе питания бактериопланктоном простейшие способствуют поддержанию
оптимальной плотности популяции различных видов бактерий, активизации их
жизнедеятельности, таким образом, повышают надежность и стабильность процессов
деструкции органического вещества, преобразования их в живую биомассу для
дальнейшей трансформации на высшие трофические уровни. Являясь пищевым звеном для
различных гидробионтов, простейшие участвуют в дальнейшем энергетическом
движении веществ в экосистеме.
Второй ступенью каскада
рыбоводно-биологических прудов является водорослевой пруд. В результате
биологических процессов, протекающих в пруду-накопителе, в водорослевой пруд
поступают навозные стоки, обогащенные биогенными элементами, насыщенные
аммиаком и углекислым газом, содержащие значительное количество живой массы
бактерий и простейших. Эта среда обусловливает появление в водорослевом пруду
новых видов гидробионтов, в первую очередь – водорослей.
Здесь, кроме уже работающей и развивающейся
детритной цепи, возникает и получает главенствующее значение пастбищная пищевая
цепь. Водоросли, используя биогенные элементы и утилизируя солнечную энергию в
процессе фотосинтеза, активно перерабатывают и развивают свою биомассу.
Биомасса водорослей, производимая в водорослевом пруду, превышает биомассу
любого другого вида обитающих здесь гидробионтов.
Если перед поступлением в водорослевые пруды
навозные стоки подвергались воздействию анаэробных микроорганизмов, несущих
основную нагрузку по первичной деструкции органического вещества, то на
последующих этапах очистки стоков, с появлением кислорода в процессе
фотосинтеза водорослей, ведущая роль в утилизации органического вещества
переходит к аэробным формам микроорганизмов. Главным образом, различным видам
водорослей протококковым, диатомовым (2,4,5,6).
Следующей ступенью каскада рыбоводно-биологических
прудов является рачковый пруд. Зоопланктон в таких прудах развивается в
массовом количестве. В рачковом пруду продукционные процессы передачи и
утилизации веществ и энергии по детритной и пастбищной пищевой цепи получают
свое дальнейшее развитие. Благодаря существенному приросту биомассы
фильтраторов, хищных ракообразных и личинок насекомых за счет потребления ими
биомассы гидробионтов предшествующих уровней (простейших, бактерий и
водорослей), предотвращая тем самым вторичное загрязнение от разложения
избыточной массы фитопланктона.
В результате интенсивных энергообменных
пищевых процессов продукция беспозвоночных животных в рачковом пруду достигает
таких объемов, что становится надежной кормовой базой для рыб в рыбоводном
пруду.
Последней ступенью каскада
рыбоводно-биологических прудов является рыбоводный пруд. В рыбоводном пруду
трофические отношения биоэнергообмена получают свое естественное завершение в виде
продукции молоди рыб.
В биологических прудах особая роль
принадлежит различным видам рыб. Некоторые из них питаются детритом,
водорослями, высшей водной растительностью, другие – зоопланктоном и
зообентосом. Вселение в экосистему рыбоводного пруда наряду с карпом растительноядных рыб позволяет
устранить вторичное загрязнение. Растительноядные рыбы на этом этапе очистки
выступают в качестве биологического фильтра
взвешенного органического вещества, имеющегося в пруду и образовавшегося
за счет жизнедеятельности карповых рыб(8). После аккумулировании аллохтонной
органики ихтиофауной она может быть изъята в виде урожая рыбы.
Продукционные возможности системы
рыбоводно-биологических прудов представлены в таблице 3.
Таблица 3.Продукционные возможности
рыбоводно-биологических прудов.
|
Группа гидробионтов-биотопов |
Годовая продукция |
||||||
|
г/м3 |
ц/га |
к/кал, м2 |
к/кал, га |
протеин |
жир, % |
БЭВ, % |
|
|
Бактериопланктон |
100,0 |
10,0 |
500,0 |
5000000 |
— |
— |
— |
|
Водоросли |
114,0 |
11,4 |
570,0 |
5700000 |
50 |
12 |
19 |
|
Растения – гидрофиты |
100,0 |
10,0 |
500,0 |
5000000 |
19,0 |
1,5 |
— |
|
Простейшие и коловратки |
30,3 |
3,02 |
150,0 |
1500000 |
49,0 |
7,0 |
14,0 |
|
Ракообразные |
20,2 |
2,02 |
11,3 |
113120 |
50,0 |
21,0 |
10,0 |
|
Личинки насекомых |
12,6 |
1,33 |
70,6 |
706000 |
60,0 |
5,0 |
28,0 |
Высокий выход биомассы обусловлен
интенсивностью совокупного эффекта работы детритной и пищевой цепи экосистемы и
быстрым воспроизводством генераций многих видов гидробионтов, обитающих в
прудах.
Так, для воспроизводства одной генерации
бактериопланктона необходимо 2-4 часа, простейших – 2,5-12 часов, коловраток –
1-2 суток, представителей фитопланктона 12-24 часа, ракообразных 4-9 суток.
Поэтому за теплое время года возможно многократное воспроизводство различных
гидробионтов.
По выходу питательных веществ, например,
протеина, гидроэкосистема биологических прудов эффективнее сельскохозяйственной
агроэкосистемы. При уровне 50 ц/га зерновые культуры дают порядка 5ц протеина.
Система рыбоводно-биологических прудов, как следует из таблицы 3, дает более 1
ц протеина.
Литература:
1. Винберг Г.Г., Сивко Г.Н., Остапеня Г.В. и др. Биологические пруды в практике очистки сточных вод. – Минск, 1966. – С. 13-30.
2. Доливо-Добровольский Л.Б. и др. Альголизация как метод дезодорации, очистки и обеззараживания стоков утиных ферм // Культивирование и применение микроводорослей в водном хозяйстве. Тащкент, 27-29 апреля 1984. – С. 76-77.
3. Елин Е.Н. Сравнительная оценка энергетических возможностей рыбоводно-биологических прудов и надежных агроэкосистем при утилизации навозных стоков // Экономические аспекты последствия интенсификации сельского хозяйства. – М. 1985. – С. 95-106.
4. Колтыпин Ю.А. Рыбоводно-биологические пруды – новый тип сооружений для очистки и использования жидких навозных стоков // Животноводство. – 1979, № 3. – С. 66-68.
5. Осокин И.Н., Попов С.Ю., Потоцкий И.В. Рыбохозяйственное использование прудов биологической очистки // Повышение эффективности рыболовства на водоемах сельскохозяйственного назначения. Сб. научных тр. ВИЖ, Дубровицы, 1988. – С. 110-115.
6. Субботина Ю.М. Рыбоводно-биологические пруды в практике очистки животноводческих стоков и выращивания рыбопосадочного материала. Актуальные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности. Сб. научных трудов. Материалы годичных научных чтений (Москва, 4-5 февраля 2008 г) М.: РГСУ,2008. . –С 171-189.
7. Субботина Ю.М., Смирнова И.Р., Мазур А.В. и др. Усовершенствованная технология выращивания объектов аквакультуры на биопрудах животноводческих комплексов.//М.:РАСХ , ВНИИВСГЭ,1999. . –41с.
8. Субботина Ю.М., Смирнова И.Р. Растительноядные рыбы и их роль в санации рыбоводно-биологических прудов // Инф. бюл. МИК. Итоги научно-практических работ в ихтиопатологии. – М., 1997. – С. 115-116.