Ūdens kvalitātes rādītāji

Sagatavots pēc L. Svana (LaDon Swann) raksta http://www.thefishsite.com/articles/314/a-fish-farmers-guide-to-understanding-water-quality

Ievads

Ūdens kvalitātes nozīme akvakultūrā

Zivis visas savas organisma funkcijas veic ūdenī. Tā kā zivju elpošana, barošanās un augšana, izdalījumu izvade, sāls līdzsvara uzturēšana un vairošanās ir atkarīga no ūdens, ūdens fizikālo un ķīmisko īpašību izpratne ir ļoti būtiska veiksmīgai akvakultūras organizēšanai. Ūdens lielā mērā nosaka akvakultūras procesu panākumus vai neveiksmes.

Ūdens fizikālās īpašības

Ūdens spēj sevī turēt milzīgu daudzumu siltuma ar salīdzinoši nelielām temperatūras izmaiņām. Šī siltumietilpība paver plašas iespējas. Tā ļauj ūdenim darboties kā buferim (amortizatoram) pret plašām temperatūras svārstībām. Jo lielāks ūdens apjoms, jo mazākas temperatūras svārstības. 

Ūdenī augošie un dzīvojošie organismi pielāgojas ūdens temperatūrai un nespēj izturēt krasas tās izmaiņas. 

Ūdenim piemīt unikālas blīvuma īpašības. Lielākā daļa šķidrumu atdziestot kļūst blīvāki. Tomēr ūdens kļūst blīvāks tikai atdziestot līdz 4ºC temperatūrai. Atdziestot zem šīs temperatūras, tas kļūst vieglāks, līdz tas sasalst (0ºC). Izveidojoties ledum, ūdens tilpums (apjoms) pieaug par 11 procentiem. Apjoma palielināšanās ļauj ledum turēties virs ūdens un nenogrimt, un tas pasargā dīķus no sasalšanas.

Ūdens var izšķīdināt vairāk vielu nekā jebkurš cits šķidrums. Vairāk nekā 50 procenti no visiem zināmajiem ķīmiskajiem elementiem ir atrodami dabiskajos ūdeņos – ezeros, strautos un okeānos.
 
Ūdens balanss zivīs 

Sauszemes dzīvnieki lielāko daļu slāpekļa atkritumu produktu izvadi veic caur nierēm. Savukārt zivis šīs funkcijas izpildi pilnībā nodod savu žaunu pārziņā, galvenokārt izvadot amonjaku. Zivs žaunas laiž cauri ūdeni un sāļus.

Okeāna ūdens sāļums ir daudz lielāks nekā zivs ķermeņa šķidrumam. Šādā vidē ūdens tiek izspiests no organisma, bet sāļi difūzijas ceļā pāriet uz organismu. Līdz ar to jūras zivis dzer milzīgu daudzumu jūras ūdens un izvada mazus urīna apjomus ar ļoti augstu sāļu koncentrāciju (attēls 1).

Saldūdens zivīm ūdens sāļu regulācija ir tieši pretēja jūras sugām. Sāls pastāvīgi tiek zaudēts caur žaunām, un milzīgu ūdens daudzumu zivs uzņem caur savu ādu un žaunām (attēls 2). Tas notiek tāpēc, ka sāls koncentrācija (apmēram 0,5 procenti) šo zivju organismā ir augstāka par sāls koncentrāciju ūdenī, kurā tā dzīvo. Tā kā zivs ķermenis pastāvīgi cīnās, lai novērstu ūdens uzsūkšanos savā ķermenī, liels ūdens daudzums tiek izvadīts caur nierēm. Tā rezultātā sāls koncentrācija urīnā ir ļoti zema. Ar nepieciešamību saglabāt sāļu līdzsvaru saldūdens zivju ķermenī var izskaidrot praksi to transportēšanas laikā ūdenim pievienot sāli. 

Ūdens virziens, amonjaka un sāls kustība uz un no sālsūdens zivs ķermeņa.
Attēls 1. Ūdens virziens, amonjaka un sāls kustība uz un no sālsūdens zivs ķermeņa. Sālsūdens zivis dzer milzīgu daudzumu ūdens un izvada nelielu daudzumu koncentrēta urīna.
Attēls 2.
Attēls 2. Ūdens virziens, amonjaka un sāļu kustība saldūdens zivs ķermenī. Saldūdens zivs nedzer ūdeni, bet izvada lielu daudzumu atšķaidīta urīna

Ūdens avoti

Ūdens vienmēr ir ierobežojošais faktors zivju komerciālajā audzēšanā. Vairāku negatīvu ķīmisku un vides faktoru cēloņi, kas saistīti ar lielāko daļu akvakultūras pasākumu, ir meklējami attiecīgajā ūdens avotā. Akvakultūras uzņēmuma vietas izvēle ir jāizdara, balstoties gan uz pieejamā ūdens kvalitāti, gan tā kvantitāti.

Visbiežāk akvakultūrā izmantojamā ūdens avots ir aku, avotu, upju un ezeru, gruntsūdeņu un centralizēto ūdensvadu ūdens. No minētajiem avotiem par augstas kvalitātes ūdens avotiem tiek uzskatītas akas un avoti.

Ūdens daudzums

Akvakultūras nozares iesācēji parasti pārāk zemu (nepienācīgi) novērtē ūdens apjomu, kas nepieciešams komercražošanas vajadzībām. Ir vispāratzīts, ka intensīvā akvakultūrā nepieciešamā ūdens patēriņa norma ir aptuveni 125 l/minūtē uz katru dīķa ha. Var aprēķināt, ka 50 ha lielai zivjaudzētavai ir nepieciešami avoti vai akas, kas spēj dot 6,25 m3 ūdens minūtē.

Šādi milzīgi apjomi (tilpumi) ir nepieciešami, lai novērstu un kompensētu ūdens zudumus, kas rodas iztvaikošanas un infiltrācijas (sūkšanās/izplūdes) rezultātā. Turklāt zivju audzētājam ir jāspēj ātri uzpildīt vairākus dīķus nārsta sezonā. Audzējot straumē dzīvojošās zivju kultūras, ieteicamais minimālais plūsmas ātrums ir 2 m3 minūtē. Pat ūdens recirkulācijas sistēmām, kas daļēji attīra un apstrādā ūdeni, ir nepieciešams liels tā apjoms. Ja kopējais ūdens recirkulācijas apjoms ir 500 m3 un tā apmaiņa ir 10 procenti, tas prasa papildu 50 m3 svaiga ūdens dienā.

Lai adekvāti novērtētu jebkura apvidus gruntsūdens resursus, ir jāveic detalizēti pētījumi, ieskaitot pētnieciskos urbumus un pārbaudes sūknēšanas darbus. 

Ūdens fizikālie faktori

Temperatūra

Uzreiz pēc skābekļa, ūdens temperatūra ir, iespējams, svarīgākais faktors, kas ietekmē zivju dzīves apstākļus un labturību. Zivis ir aukstasiņu organismi un uztur aptuveni tādu pašu temperatūru, kāda ir raksturīga atbilstošajai videi. Ūdens temperatūra ietekmē visu zivju darbību, uzvedību, barošanos, augšanu un vairošanos. Zivju metaboliskie (vielmaiņas) rādītāji dubultojas līdz ar temperatūras celšanos par katriem 10°C.

Parasti zivis iedala siltūdens, mērenā ūdens un aukstūdens sugās, balstoties uz augšanai un attīstībai optimālo temperatūru (tabula 1).

Tabula 1. Temperatūras diapazons aukstūdens, mērena ūdens un siltūdens sugām

13 – 18ºC 19 – 24ºC 25 – 32ºC
Auksts ūdens Mērens ūdens Silts ūdens

Kanāla sams un tilapija ir siltūdens sugu piemēri. To augšanas temperatūras diapazons svārstās starp 25 – 32ºC. Šo zivju sugām par optimālo ūdens temperatūru tiek uzskatīta attiecīgi 29,5ºC un 30,5ºC.

Amerikas zandarts un dzeltenais asaris ir mērenā ūdens sugu piemēri. Optimālais augšanas diapazons tiem svārstās starp 15ºC un 29ºC. Temperatūra, kas atrodas šī diapazona augšgalā, tiek uzskatīta par vislabāko mērenā ūdens sugu maksimālas augšanas un attīstības nodrošināšanai.

Aukstūdens sugas ietver visas lašu un foreļu sugas. Visbiežāk audzētā aukstūdens suga ir varavīksnes forele, kuras augšanas optimālā temperatūra ir 9 – 18°C.
Ideālā gadījumā akvakultūras sugu atlasē būtu jābalstās arī uz ieplūstošā ūdens temperatūru. Jebkurš mēģinājums piemērot zivīm neatbilstošu temperatūru izraisīs enerģijas izdevumus par ūdens apsildi vai atvēsināšanu. Šie papildu izdevumi palielina ražošanas izmaksas.

Tāpat temperatūra nosaka ūdenī izšķīdušo gāzu daudzumu (skābekli, oglekļa dioksīdu, slāpekli u. c.). Jo vēsāks ūdens, jo tajā vairāk šķīst gāzes. 

Dīķsaimniecībā temperatūra spēlē galveno lomu arī fizikālajos procesos, ko sauc par ūdens stratifikāciju. Kā jau tika minēts iepriekš, ūdenim ir augsta siltumietilpība un unikālas blīvuma īpašības. Tas sasniedz maksimālo blīvumu 4ºC temperatūrā. Pavasarī ūdens temperatūra ir gandrīz vienāda jebkurā dīķa dziļumā. Tā rezultātā uzturvielas, izšķīdušās gāzes un zivju vielmaiņas izdalījumi ir vienmērīgi sajaukti pa visu dīķi. Dienām kļūstot siltākām, ūdens virskārta kļūst siltāka un vieglāka, bet vēsākais – blīvākais ūdens veido stabilu apakšējo slāni. Stratifikācijas rezultātā apakšējā ūdens slāņa cirkulācija vasarā tiek traucēta. 

Izšķīdušā skābekļa līmenis samazinās apakšējā ūdens slānī, jo tur ir samazināta fotosintēze un kontakts ar gaisu. Zemo skābekļa līmeni vēl samazina atkritumu produktu oksidēšanās un sadalīšanās, kas nogulsnējas dīķa dibenā. Tas var radīt nopietnu problēmu dīķsaimniekiem.

Ūdens noslāņošanās var ilgt vairākas nedēļas. Šie nelabvēlīgie apstākļi, kā arī pēkšņas vasaras lietusgāzes var izraisīt pat zivju nāvi. Lietus atvēsinās siltāko ūdens virsslāni pietiekami, lai tas varētu sajaukties ar apakšējo slāni, kurā valda skābekļa trūkums. Trūdošās vielas ar skābekli nabadzīgajā slānī atkal vienmērīgi sajauksies pa visu dīķi, kā rezultātā samazināsies kopējais izšķīdušā skābekļa līmenis. Zivis, kas iepriekš spēja izvairīties no skābekļa bada, tagad to nespēs, un sekas, iespējams, var būt pat letālas.
Ledus ir vēl viens fizikāls faktors, kas ir tieši saistīts ar temperatūru. Parasti ledus segums netraucē fotosintēzei. Zemā temperatūrā zivis patērē mazāk skābekļa, ievērojami samazinot vispārējo skābekļa pieprasījumu. Bet zivis var ciest no skābekļa trūkuma zem ledus, kas klāts ar sniegu. Zem ledus citas gāzes (oglekļa dioksīds, sērūdeņradis, metāns u. c.) var veidot bīstami augstu līmeni. Mehāniskā aerācija, iespējams, ir vislabākais veids, kā novērst ledus segu, saglabājot lielas dīķa daļas brīvas no ledus.

Duļķainība

Ūdens duļķainība parasti asociējas ar planktonu, zivju izdalījumiem, zivju neapēsto barību vai arī māla daļiņām, kas ir suspendētas ūdenī. Suspendētās cietās vielas ir lielas daļiņas, kas ar laiku parasti nosēžas stāvošā ūdenī. Lielas māla daļiņas ir izņēmums. Māla daļiņas suspensijā noturās ar tām raksturīgā negatīvā elektriskā sprieguma palīdzību.

Planktons

Duļķainība, ko izraisa fitoplanktons (mikroskopiski augi) un zooplanktons (mikroskopiski dzīvnieki) tieši nekaitē zivīm. Fitoplanktons (galvenokārt – zaļās aļģes) ne tikai ražo skābekli, bet arī kalpo par barības avotu zooplanktonam un filtrējošajām zivīm un gliemenēm. Fitoplanktons zināmā mērā arī attīra ūdeni, par uzturvielu izmantojot zivju ražoto amonjaku.

Tomēr pārāk liels aļģu daudzums var palielināt elpošanai vajadzīgā skābekļa patēriņu nakts laikā. Pārmērīgi liela fitoplanktona koncentrācija jeb "ziedēšana", pēc kuras tas mirst, arī patērē papildu skābekli. Jebkādas plašas svārstības starp dienas un nakts skābekļa līmeņa rādītājiem var izraisīt bīstami zemu skābekļa koncentrāciju.
Zooplanktons ir ļoti svarīgs pārtikas avots zivju kāpuriem un mazuļiem, tādiem kā asari un daudzas citas zivju sugas.  

Zivju izdalījumi

Suspendētie zivju izdalījumi ir nopietna problēma akvakultūras ūdens recirkulācijas sistēmās. Milzīgs suspendiju un nogulšņu daudzums rodas zivju audzēšanas procesā. Kā likums, uz katru saražoto zivju produkcijas kilogramu rodas viens kilograms zivju izdalījumu. Zivju izdalījumu daļiņas var būt galvenais ūdens sliktās kvalitātes iemesls, jo tās var saturēt līdz pat 70 procentiem no audzēšanas sistēmā esošā slāpekļa.

Šie izdalījumi ne tikai kairina zivju žaunas, bet var izraisīt arī problēmas bioloģisko filtru darbībā. Makrodaļiņas var aizsprostot bioloģisko filtru, kā rezultātā tā baktērijas mirst skābekļa trūkuma dēļ. Izdalījumi var veicināt arī tādu baktēriju attīstību, kas papildus ražo, nevis patērē un sadala amonjaku.

Māls

Vairākumā gadījumu ūdens māla duļķainuma cēloņi ir dīķa dambja atklātā augsne, ūdens pietece, vēžu aktivitāte (rokot alas) vai grunts līmeņa sugu, piemēram, karpu un samu barošanās rezultāts. Duļķainuma līmenis, kas pārsniedz 20,000 ppm var izraisīt zivju uzvedības izmaiņas. Dabīgajās ūdenstilpnēs duļķainuma rādītāji reti kad pārsniedz šo kritisko līmeni. Pat ”duļķaina izskata” dīķos reti sastopama dažādu daļiņu koncentrācija, kas augstāka par 2,000 ppm. 

Duļķainums, ko rada māla vai augsnes daļiņas, var arī ierobežot gaismas piekļuvi un fotosintēzi. Augsnes daļiņu nogulsnēšanās var nosmacēt zivju ikrus un iznīcināt labvēlīgas grunts organismu kopienas, piemēram, baktērijas.

Māla izraisīto duļķainumu var novērst, pievienojot ūdenim materiālus, kas piesaista māla daļiņu negatīvo elektrisko lādiņu, padarot daļiņas pietiekami smagas, lai tās varētu nosēsties dzelmē. Šim nolūkam iesaka izmanot ģipsi: 300 – 500 kilogramus uz dīķa virsmas hektāru. Ja dīķis pietiekami neattīrās, ģipša procedūru var atkārtot ar divu nedēļu intervālu. Pret māla radīto duļķainumu var izmanot arī siena ķīpas: 15 – 20 gab./ha. 

Ūdens ķīmiskie faktori

Fotosintēze

Fotosintēze ir viens no svarīgākajiem bioloģiskajiem procesiem stāvošu dīķu akvakultūrā. Daudzus ūdens kvalitātes parametrus, tādus kā izšķīdušo skābekli, oglekļa dioksīdu, pH ciklus, slāpekļa produktus regulē fitoplanktona fotosintēzes procesi. Ar fotosintēzes palīdzību fitoplanktons izmanto saules gaismu, lai pārvērstu oglekļa dioksīdu par barības avotu un kā blakusproduktu atbrīvotu skābekli: CH2(barība) + O2 ↔ CO2 + H2O

Fitoplanktona augu pigmentus, kas iesaistīti šajā ķīmiskajā reakcijā, sauc par hlorofilu. Tie ir tie paši pigmenti, kas sastopami virszemes augos, piemēram, koku lapās u. c. 

Fotosintēze sadala arī vairākas slāpekli saturošas atliekvielas, tādas kā amonjaks, nitrāti un urīnvielas (karbamīds), tādējādi uzlabojot zivju dīķu skābekļa bilanci. 

Tā kā fotosintēzes procesu virza saules gaisma, vislielākā skābekļa koncentrācija rodas tad, kad saule atrodas visaugstāk pie horizonta (parasti 13.00 – 14.00 pēcpusdienā). 

Naktī fotosintēze tiek pārtraukta un fitoplanktons galvenokārt elpo. Elpošana ir fotosintēzes pretstats, kurā fitoplanktons patērē skābekli, lai pārveidotu barību enerģijā, kā blakus produktu izdalot oglekļa dioksīdu. Elpošana bez fotosintēzes izraisa skābekļa līmeņa samazināšanos naktī. Tā rezultātā zemākā skābekļa koncentrācija tiek novērota tieši īsi pirms saullēkta. Fitoplanktona elpošana noris arī dienas laikā, bet parasti ar saražoto skābekli pietiek, lai kompensētu elpošanas izraisītos zudumus. Izņēmums ir ilgstošāki mākoņaini laika periodi. 

Izšķīdušās gāzes

Visbiežāk sastopamās ūdenī izšķīdušās gāzes ir skābeklis, oglekļa dioksīds, slāpeklis un amonjaks. To koncentrāciju mēra daļās uz miljonu: mg/l (miligramos uz vienu litru), vai ppm (parts per million); šīs abas mērvienības ir identiskas.

Skābeklis

Izšķīdušais skābeklis (IS) ir vissvarīgākais ķīmiskais parametrs akvakultūrā. Zems izšķīdušā skābekļa līmenis vai nu tieši, vai netieši ir visbiežākais zivju nāves izraisītājs – biežāks nekā visas citas problēmas kopā. Tāpat kā cilvēkiem, arī zivīm ir nepieciešams skābeklis, lai elpotu.

Zivs patērētā skābekļa daudzums ir atkarīgs no tās izmēra, barošanās un citu aktivitāšu rādītājiem un temperatūras. Mazās zivis patērē vairāk skābekļa nekā lielās zivis, jo tām ir ātrāka vielmaiņa. 

T. L. Mīds (1974) ir konstatējis, ka zivju audzētavas lašiem skābekļa patēriņš 140ºC temperatūrā ir aptuveni divi grami uz zivs kilogramu dienā. Savukārt V. M. Leviss u. c. (1981) atklājis, ka svītrainais asaris 250ºC temperatūrā patērē 10 – 20 gramus skābekļa uz vienu kilogramu dienā. Svītrainā asara augsto skābekļa nepieciešamības līmeni var saistīt ar to, ka vielmaiņas intensitāte dubultojas pie tik augstas ūdens temperatūras.

Skābekļa daudzums, kas var izšķīst ūdenī, samazinās augstākā temperatūrā, atrodoties augstāk augstienēs un kalnos un pieaugot sāls daudzumam ūdenī (2.tabula).

Tabula 2. Skābekļa šķīdība (ppm) ūdenī dažādās ūdens temperatūrās, dažādos sāļuma un augstuma līmeņos

  Temperatūra (oC)
  20.0 22.0 26.0 28.0 30.0
Sāļums (ppm)  
0 9.2 8.8 8.2 7.9 7.6
5,000 8.7 8.4 7.8 7.5 7.3
10,000 8.3 8.0 7.4 7.1 6.9
Augstums (m)  
0 (Jūras līmenis) 9.2 8.8 8.2 7.9 7.6
300 8.8 8.5 7.9 7.6 7.4
600 8.5 8.2 7.6 7.3 7.1

Jūras līmenī un nulles sāļuma līmenī – 200ºC ūdens var saturēt 9,2 ppm, bet 300ºC, koncentrācija ir 7,6 ppm. Kombinējot šo pazeminātās šķīdības attiecību ar pieaugošām temperatūrām, skaidri saprotams, kāpēc skābekļa zudumi ir tik ierasti vasarā, kad ūdens temperatūras ceļas.

Zivsaimnieks, mēģinot palielināt ražošanu, attiecīgajā ūdenstilpnē audzē vairāk zivju nekā sastopams dabā. Reizēm vasarā var rasties nepieciešamība veikt papildu aerāciju, lai saglabātu pietiekamu izšķīdušā skābekļa līmeni. Bet recirkulācijas sistēmās zivsaimniekam ir jānodrošina viss zivīm un nitrificējošajām baktērijām nepieciešamais skābeklis.

Lai sasniegtu labus augšanas rezultātus, zivis jāaudzē optimālā skābekļa līmenī. Labs pamats veiksmīgam darbam ir uzturēt izšķīdušā skābekļa koncentrācijas līmeni augstāk vai vismaz 5 ppm.

Izšķīdušā skābekļa līmenis, kas zemāks par 5 ppm, var izsaukt zivīs papildu stresu, bet līmenis, kas zemāks par 2 ppm, izraisīs to nāvi (asaru dzimtas zivīm tas iespējams pie 3 ppm). Dažas siltūdens sugas, piemēram, tilapija un karpas sekmīgāk pielāgojas neparedzēti zemam izšķīdušā skābekļa līmenim, turpretī aukstūdens sugas to nevar.
Akvakultūras sistēmās zivis nav vienīgie skābekļa patērētāji; arī baktērijas, fitoplanktons un zooplanktons patērē milzīgu daudzumu skābekļa. Organisko materiālu sadalīšanās (aļģes, baktērijas un zivju izdalījumi) ir tas process, kas akvakultūras sistēmās patērē visvairāk skābekļa. 

Ūdens recirkulācijas sistēmu visbiežākā problēma veidojas no pārlieku lielas slāpekļvielu produkcijas zivju izdalījumos. Šo sistēmu biofiltru nitrificējošo baktēriju skābekļa patēriņš, kas pārveido toksisko amonjaku netoksiskās formās, ir atkarīgs no sistēmā saražotā amonjaka daudzuma. T. L. Mīds (1974) konstatēja, ka ir nepieciešami 4,0 – 4,6 grami skābekļa, lai oksidētu vienu gramu amonjaka. Tā kā dīķu un baseinu audzētavās ir sastopamas arī citas baktērijas, praktiski ir nepieciešami 6 grami skābekļa uz 1 gramu amonjaka.

Skābeklis nonāk ūdenī ne tikai caur augu fotosintēzi, bet arī gaisam tieši saskaroties ar ūdeni. Tiešā saskare gan ir salīdzinoši nenozīmīga, izņemot vēja un viļņu apstākļos. Akvakultūrā izmanto ūdeņu mākslīgo aerāciju. Ir pieejami vairāki mehāniskie aerācijas veidi. Aeratoru vispārējās kategorijas ir: 

1. lāpstiņriteņi; 
2. ūdens maisītāji; 
3. ūdens vertikālie smidzinātāji;
4. ūdens turbīnas; 
5. gaisa sūkņi; 
6. šķidrā skābekļa ievade;
7. gaisa ventilatori;

Mehāniskā aerācija var būtiski paaugstināt izšķīdušā skābekļa līmeni. Tā kā iekštelpās, jo īpaši ūdens recirkulācijas sistēmās ir fotosintēzes trūkums, mehāniskie aerācijas līdzekļi ir vienīgā alternatīva, lai piegādātu skābekli te kultivējamiem dzīvniekiem.

Oglekļa dioksīds

Oglekļa dioksīds (CO2) ir atrodams ūdeņos, kuros notiek fotosintēze vai ūdens avotos, kas atrodas kaļķakmeni saturošā augsnē. Ūdens nodrošina labus apstākļus zivju populācijai, ja tas satur mazāk kā 5 ppm brīvā oglekļa dioksīda. Zivis var izturēt oglekļa dioksīda koncentrāciju līdz 10 ppm, ar nosacījumu, ka ir augsta izšķīdušā skābekļa koncentrācija. 

Ūdenī, ko izmanto intensīvai dīķa zivju audzēšanai, oglekļa dioksīda līmenis var svārstīties no 0 ppm pēcpusdienā līdz 5 – 15 ppm rītausmā. Bet recirkulācijas sistēmās oglekļa dioksīda līmenis var regulāri pārsniegt 20 ppm. Pārmērīgi augsts oglekļa dioksīda līmenis (vairāk nekā 20 ppm) var traucēt zivīm uzņemt skābekli.

Ir divi vispārpieņemti brīvā oglekļa dioksīda novēršanas veidi. Pirmkārt, pazemes vai avota ūdenī, kas atrodas kaļķakmens iežos, no liekās gāzes daļas var atbrīvoties ar aerācijas palīdzību. Otrs veids ir pievienot ūdenim karbonāta buferizācijas materiālu, piemēram, kalcija karbonātu (CaCO3) vai nātrija bikarbonātu (Na2CO3). Šādas piedevas ūdeni atbrīvo no visa brīvā oglekļa dioksīda un uzkrāj to kā bikarbonāta un karbonāta buferus. Šī koncepcija ir aplūkota sīkāk sadaļā par sārmainību.

Slāpeklis

Izšķīdušās gāzes, it īpaši slāpeklis, parasti tiek mērīti "koncentrācijas procentos". Jebkurš rādītājs, kas ir lielāks par gāzes apjomu, ko parasti satur noteiktās temperatūras ūdens, veido pārsātinājumu. Gāzes pārsātinājumu, kas pārsniedz 110%, parasti uzskata par problemātisku.

„Gāzes burbuļu” (gāzveida embolija) slimība zivīm ir gāzes pārsātināšanās simptoms. „Gāzes burbuļu” slimības simptomi var būt dažādi. Burbuļi var sasniegt sirdi vai smadzenes, un zivis mirst bez jebkādām redzamām ārējām pazīmēm. Citi simptomi var būt burbuļi tieši zem ādas virsmas, acīs vai starp spuru stariem, kas redzami ar binolulāra-palielinātāja palīdzību. Gāzu embolijas slimības ārstēšana ietver pietiekamu aerāciju, kas samazina gāzes koncentrāciju līdz absorbēt spējīgam vai zemākam līmenim.

Amonjaks

Zivis izvada ūdenī izdalījumus, kas satur amonjaku un mazākā daudzumā urīnvielas. Akvakultūras sistēmās sastopams divu veidu amonjaks: jonizētais un nejonizētais. Nejonizētā amonjaka forma (NH3) ir ļoti toksiska, bet jonizētā forma (NH4+) nav toksiska. Ūdens ķīmiskajās analīzēs dažkārt abas formas apvienotas kā "kopējais amonjaks". Dabisko bioloģisko procesu gaitā, kā arī akvakultūras recirkulācijas sistēmu biofiltros toksiskais amonjaks var tikt pārveidots par nekaitīgiem nitrātiem:

NH3—(11/2O2)→NO2—(11/2O2)→NO3-
nitrosomonas           nitrobaktērijas

 

 

Dabiskajās ūdenstilpnēs, piemēram, ezeros, amonjaka līmenis var nekad nesasniegt bīstami augstus rādītājus, jo ir zems zivju blīvums. Akvakultūrā ir jāuztur augsts zivju blīvums, tāpēc pastāv amonjaka toksiskuma risks. Nejonizētā amonjaka līmenis pieaug līdz ar ūdens temperatūras un pH celšanos (Tabula 3).

Tabula 3. Kopējā amonjaka daudzums procentos, kas tiek dejonizēts dažādos temperatūras un pH nosacījumos

pH 12oC 16oC 20oC 24oC 28oC 32oC
7.0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1.0
7.4 0.5 0.7 1.0 1.3 1.7 2.4
7.8 1.4 1.8 2.5 3.2 4.2 5.7
8.2 3.3 4.5 5.9 7.7 11.0 13.2
8.6 7.9 10.6 13.7 17.3 21.8 27.7
9.0 17.8 22.9 28.5 34.4 41.2 49.0
9.2 35.2 42.7 50.0 56.9 63.8 70.8
9.6 57.7 65.2 71.5 76.8 81.6 85.9
10.0 68.4 74.8 79.9 84.0 86.5 90.6

Lai noteiktu nejonizētā amonjaka koncentrāciju, ir jāsareizina kopējā amonjaka koncentrācija ar procentiem, kas ir vistuvāk konkrētā ūdens parauga temperatūrai un pH. Piemēram, gadījumā, ja ppm ir 5 ppm un pH ir 9, bet temperatūra ir 200ºC, tad summārā amonjaka koncentrācija ir: 5ppm x 28.5% = 1,43 ppm.

Nejonizētā amonjaka toksiskuma pakāpe ir atšķirīga dažādām zivju sugām, tomēr līmenis, kas ir zemāks par 0,02 ppm tiek uzskatīts par drošu. Bīstami augstas amonjaka koncentrācijas parasti ir sastopamas tikai slikti strādājošās ūdens recirkulācijas sistēmās, kā arī dīķos pēc fitoplanktona nāves. Novērots, ka zivju dīķos toksiskā līmenī var būt arī amonjaka starpprodukts – nitrīts. 

Bufersistēmas

Bufersistēma, kas palīdz izvairīties no plašām pH svārstībām akvakultūrā ir ļoti svarīga lieta. Izņemot dažus oglekļa dioksīda uzkrāšanās gadījumus, kad tas izdalās augiem un dzīvniekiem elpojot, pH līmenis dīķos dienas gaitā var svārstīties no aptuveni 4 – 5 līdz pat 10. Recirkulācijas sistēmās pastāvīgā zivju elpošana var izraisīt bīstami augstu oglekļa dioksīda līmeni, kas sāk traucēt zivīm uzņemt skābekli, vienlaikus pazeminot ūdens pH.

pH 

Ūdeņraža jonu (H+) daudzums ūdenī nosaka, vai tas ir skābs vai bāzisks. Skalu, ar kuras palīdzību nosaka skābuma līmeni, sauc par pH skalu (indeksu), kuras diapazons ir no 1 līdz 14. Rādītājs 7 tiek uzskatīts par neitrālu (ne skābu, ne bāzisku), rādītāji, kas ir zemāki par 7, tiek uzskatīti par skābiem; virs 7 – par bāziskiem. Zivju audzēšanai pieņemamais diapazons parasti svārstās pH 6,5 – 9,0 robežās.

Sārmainība

Sārmainība ir ūdens spēja neitralizēt skābes, nepalielinot pH. Pēc šī parametra mēra arī bikarbonātu (HCO3-), karbonātu (CO3-) un, retos gadījumos, hidroksīda (OH-) līmeni. Kopējā sārmainība ir karbonātu un bikarbonātu sārmainības summa. Dažos ūdeņos var būt sastopama tikai bikarbonāta sārmainība, bez karbonāta klātbūtnes.
Karbonātu bufersistēma ir ļoti būtiska zivsaimniecībā, neatkarīgi no izmantojamās ražošanas metodes. Dīķsaimniecībā, kur fotosintēze ir galvenais dabiskais skābekļa avots, karbonāti un bikarbonāti uzkrāj lieko oglekļa dioksīdu.

Oglekļa dioksīda uzkrāšana bufersistēmā nekad netraucē, kā arī nesamazina fotosintēzi, un tātad tā nesamazina skābekļa ražošanu. Tāpat, uzkrājot oglekļa dioksīdu, bufersistēma novērš lielās ikdienas pH svārstības.

Ja nebūtu bufersistēmas, brīvais oglekļa dioksīds veidotu milzīgu daudzumu vājas skābes (ogļskābes), kas potenciāli var samazināt pH līmeni naktī līdz 4,5. Fotozintēzes maksimuma periodos lielāko daļu brīvā oglekļa dioksīda patērēs fitoplanktons, kā rezultātā pH līmenis pārsniegs 10. Kā jau iepriekš tika norādīts, zivis aug šaurā pH rādītāju diapazonā, tāpēc augstāk minētās galējības izrādīsies zivīm letālas.

Recirkulācijas sistēmās, kurās praktiski nenotiek fotosintēze, laba bufersistēma var novērst liekā oglekļa dioksīda rašanos un letālus pH kritumus. Audzējot samus, zivsaimniekam ir ieteicams uzturēt vispārējos sārmainības rādītājus vismaz 20 ppm līmenī.

Augstāks sārmainības līmenis, vismaz 80 – 100 ppm, iesakāms hibrīd-svītraino asaru audzēšanas gadījumā. Ūdens krātuvēm ar dabiski zemiem sārmainības rādītājiem, lai palielinātu ūdens buferjaudu, var pievienot lauksaimniecības kaļķi.

Cietība

Ūdens cietība līdzinās sārmainībai, tikai tai ir cita mēru sistēma. Cietību galvenokārt nosaka kalcija un magnija, kā arī citu jonu līmenis, piemēram, alumīnija, dzelzs, mangāna, stroncija, cinka; tajā ietverti arī ūdeņraža joni. Ja cietības līmenis ir vienāds ar kopējo karbonātu un bikarbonātu sārmainību, to sauc par karbonātu cietību.

Cietība, kas lielāka par karbonātu un bikarbonātu sārmainības pakāpi, tiek saukta par nekarbonātu cietību. Optimālu ūdens organismu augšanas apstākļu nodrošināšanai cietība ir jāuztur vismaz 20 ppm līmenī. Zemus cietības rādītājus var paaugstināt, ūdenim pievienojot lauksaimniecības kaļķi.

Citi metāli un gāzes

Citi metāli, tādi kā dzelzs un nātrijs, un gāzes, piemēram, ūdeņraža sulfīds, dažreiz zivsaimniekam var sagādāt īpašas problēmas. Vairākumu to radīto sarežģījumu var novērst, pareizi apstrādājot ūdeni pirms tā ielaišanas dīķos vai baseinos.

Apstrādes metožu diapazons svārstās no visvienkāršākās aerācijas, kas atbrīvo no sērūdeņraža gāzes, līdz dārgiem dzelzs likvidēšanas pasākumiem. Pie normālas skābekļa koncentrācijas un, ja pH ir augstāks par 7,0, dzelzs parasti nogulsnējas šķīduma apakšā.

TABULA 4. Ieteicamie ūdens kvalitātes kritēriji akvakultūras inkubatoriem un audzēšanas iekārtām

Ķimikālija Maksimālā robeža pie ilgstošas ietekmes un/vai pieļaujamais diapazons
Amonjaks (NH3) 0.0125 ppm nejonizēta forma
Kadmijsa 0.004 ppm (mīksts ūdens < 100 ppm sārmainība)
Kadmijsb 0.003 ppm (ciets ūdens > 100 ppm sārmainība)
Kalcijs 4.0 līdz 160 ppm (10.0 – 160.00 ppm d )
Karbona dioksīds 0.0 līdz 10 ppm (0.0 – 15.0 ppm d)
Hlors 0.03 ppm
Varšc 0.006 mīkstā ūdenī
Ūdeņraža sulfīds 0.002 ppm (pēc Larsena – 0.0 ppm)
Dzelzs (kopējais) 0.0 līdz 0.15 ppm (0.0 – 0.5 ppm d)
Dzelzs joni 0.00 ppm
Metāla joni 0.5 ppm (0.0 – 0.5 ppm d)
Svins 0.03 ppm
Magnijs (Vajadzīgs bufersistēmai)
Mangāns 0.0 līdz 0.01 ppm
Dzīvsudrabs(organisks vai neorganisks) 0.002 ppm maksimums, 0.00005 ppm vidēji
Nitrāti (NO3-) 0.0 līdz 3.0 ppm
Nitrīti (NO2-) 0.1 ppm mīkstā ūdenī, 0.2 ppm cietā ūdenī
Nitrīta-nitrogēns 0.03 un 0.06 ppm nitrīta-nitrogēns
Nitrogēns Maksimālais kopējais gāzes spiediens 110% koncentrācijā
Skābeklis 5.0 ppm; 7.0 ppm ikriem un vaislas zivīm
Ozons 0.005 ppm
pH 6.5 – 8.0 (6.6 – 9.0)
Fosfors 0.01 – 3.0 ppm
Polihlorētais bifenils (PCBs) 0.002
Pilnīgi izšķīdušās un patstāvīgās daļiņas 80.0 ppm vai mazāk
Kopējā sārmainība (kā CaCO3) 10.0 to 400 ppm (50.0 – 4.00.0 ppmd)
% kā fenolftaleīns 0.0 to 25 ppm (0.40 ppmd)
% kā metil oranžais 75 to 100 ppm (60.0 – 100.0 ppmd)
% kā ppm hidroksīds 0.0 ppm
% kā ppm karbonāts 0.0 to 25 ppm (0.0 – 40.0 ppmd)
% kā ppm bikarbonāts 75 to 100 ppm
Kopējā cietība (kā CaCO3) 10 to 400 ppm (50.0 – 400.0 ppmd)
Cinks 0.03-0.05 ppm

Piezīmes:
a Lai pasargātu lašu ikrus un mazuļus. Citām zivīm ir pieņemami 0.004 ppm.
b Lai pasargātu lašu zivju ikrus un mazuļus. Citām zivīm ir pieņemami 0.03 ppm.
c 0.005 ppm vara var apslāpēt žaunās adenīna trifosfotāzi un traucēt smoltifikāciju migrējošajām lašu zivīm.
d Siltūdens apstākļos.