Mikroorganizmy stawu karpiowego Mirosław Kuczyński PAN ZIiGR w Gołyszu Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

H2O C, N, P, K, Ca, Mg, Na, … etc C, N, P, K, Ca, Mg, Na, … etc Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Ekosystem wodny – poziomy troficzne Konsumenci III rz – ryby drapieżne Konsumenci II rz – ryby zooplanktonożerne Konsumenci I rz – zooplankton, ryby roślinożerne Producenci – fitoplankton, glony osiadłe, makrofity Reducenci (Destruenci) Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Trofia stawu – zależności sieciowe Konkurencja pomiędzy elementami jednego poziomu (fitoplankton – makrofity, różne gatunki ryb planktonożernych, różne gatunki ryb drapieżnych etc.) Kształtowanie warunków hydrochemicznych przez wszystkie elementy trofii Podstawa – obieg energii i materii w ekosystemie Zasada entropii – rozproszenie 90% energii pomiędzy poziomami, 10% energii przepływa pomiędzy poziomami i kumuluje się Właściwe proporcje pomiędzy poziomami – stabilizacja ekosystemu Zaburzenia jednego poziomu – efekt domina, nierównowaga sieci Nierównowaga sieci – niemożność uzyskania zamierzonego efektu produkcyjnego. Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Schemat obiegu węgla Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Schemat obiegu azotu Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Mikroorganizmy – nie tylko bakterie Plankton Fitoplankton Glony (złotowiciowce, kryptofity, okrzemki, bruzdnice, zielenice) Sinice Zooplankton (pierwotniaki – konsumenci bakterii, wrotki, widłonogi, wioślarki – konsumenci pierwotniaków i glonów) Bakterioplankton – heterotroficzne organizmy wód bogatych w związki organiczne) Wiroplankton – czynnik limitujący liczebność bakterii Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Rozmieszczenie organizmów w stawie b – plankton (bakterie, glony, sinice, wrotki, widłonogi, wioślarki) c – peryfiton (drobne glony i bakterie oraz pierwotniaki, skąposzczety, wodopójki, larwy owadów etc.) a – neuston(gł.bakterie i glony), pleuston (gł. organizmy wyższe) d – bentos (bakterie i grzyby – destruenci, formy zwierzęce – konsumenci detrytusu Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Czynniki limitujące rozwój mikroorganizmów w wodzie Światło – pozytywne dla fotoautotrofów, negatywne np. dla niektórych Nitrobacter. Temperatura – przebieg procesów biochemicznych, mieszanie wody Ruch wody – mieszanie, równowaga gazowa Odczyn – pH 6,5 – 8,5 optymalne dla większości organizmów. Gazy – gł. O2 i CO2 Związki organiczne – węglowodany, kw. organiczne, tłuszcze, białka - źródło energii i materii dla heterotroficznych bakterii Związki nieorganiczne – gł. Związki N i P, odpowiedzialne za kształtowanie warunków powstawania pokarmu naturalnego ryb, ale też i za tzw. „zakwity”. Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Czystość wody a jej przejrzystość Czynniki wpływające na przejrzystość wody Liczebność i biomasa glonów planktonowych Liczebność i biomasa org. Zooplanktonowych Zawiesina (w tym resuspensja osadów dennych przez karpie) Obecność związków i substancji organicznych i nieorganicznych w formach nierozpuszczonych (koloidy, cząsteczki zawieszone) Czy czystość = przejrzystość? Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Winowajcy eutrofizacji Głównie związki N i P Fosfor – głównie zanieczyszczenie ze strony rolnictwa i przemysłu Azot – asymilowany i pozyskiwany z atmosfery, element konieczny syntezy białek, produkty przemian azotowych w organizmach żywych – źródło zanieczyszczenia, równocześnie „obszar działania” mikroorganizmów Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Przemiany azotowe - nitryfikacja Element cyklu przemian Amoniak (NH3/NH4+) – produkt przemian azotowych organizmów amoniotelicznych (większość org. wodnych), także jako produkt procesów gnilnych; toksyczność NH3, pH-zależność Nitryfikacja – biochemiczna przemiana toksycznego amoniaku w znacznie mniej toksyczne azotany (NO3-) Azotany – wykorzystywane bezpośrednio przez rośliny bądź poddawane mikrobiologicznej denitryfikacji Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Nitryfikacja Proces dwuetapowy, biochemiczna przemiana mediowana przez bakteryjne procesy enzymatyczne Etap I – Nitrosomonas - NH4+ + 1,5 O2 -> NO2- + 2H+ + H2O + 352 kJ Etap II – Nitrobacter - NO2- + 0,5 O2 -> NO3- + 73 kJ „Startery mikrobiologiczne” w akwarystyce, czasem również z udziałem bakterii z rodzaju Nitrospira (podobieństwo do EM ?) Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Warunki dla nitryfikacji Tlen (rozpuszczony w wodzie) – dolna granica dla Nitrosomonas: 2 mg dm-3 dolna granica dla Nitrobacter: 4 mg dm-3 Poniżej 0,08 mg dm-3 nitryfikacja ustaje całkowicie Temperatura – optimum ok. 28oC pH – optymalne 7 i nieco powyżej w wodach miękkich, słabo zbuforowanych, zakwaszenie jako skutek nitryfikacji ogranicza intensywność procesu Dostępność substratu Ilość materii organicznej – procesy gnilne zużywają tlen Obecność i liczebność organizmów nitryfikacyjnych Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Przemiany azotowe - denitryfikacja Denitryfikacja – inaczej „oddychanie azotanowe” Bakteryjny proces pozyskiwania tlenu z azotanów NO3- + 0,5 H2O -> 0,5 N2 + 2,5 O + OH- Bacillus, Micrococcus, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus… Nitryfikacja i denitryfikacja to procesy o podstawowym znaczeniu dla funkcjonowania środowiska Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Znaczenie mikroorganizmów nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych Rola bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych jest bardzo duża. Bez ich obecności niemożliwy byłby prawidłowy obieg azotu w przyrodzie. Spowodowałoby to zaburzenie cykli biogeochemicznych i równocześnie nastąpiłoby całkowite zachwianie równowagi w środowisku naturalnym Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Inne mikroorganizmy – glony i sinice organizmy samożywne (fotosynteza) jedno- i wielokomórkowe planktonowe i osiadłe nitkowate, plechowe etc… Sinice (Cyanobacteria): organizmy samożywne często niepożądany składnik biocenoz wodnych mogą uwalniać toksyny Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Inne mikroorganizmy – glony i sinice produkcja tlenu autochtonicznego w wodzie mogą stanowić pokarm organizmów zooplanktonowych Sinice (Cyanobacteria): Produkcja tlenu autochtonicznego w wodzie Znikoma wartość pokarmowa dla zooplanktonu (mało substancji przyswajalnych, nici sinic blokują aparat filtracyjny wioślarek (Cladocera) Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

glony i sinice – aktywność niekorzystna glony, sinice a także bakterie oraz makrofity konkurują o zasoby środowiska (głównie P, jedynie wiosenne zakwity okrzemek limitowane są dostępnością Si) Proporcja N : P wynosząca 5 : 1 i poniżej, promuje zakwity sinicowe (Aphanizomenon flos-aquae) Proporcja N : P wynosząca 20 : 1 i powyżej, promuje zakwity zielenic (Scenedesmus, Pediastrum, Chlorella) Obumierający zakwit dostarcza ogromnych ilości materii organicznej Następuje silny ubytek tlenu i dominują procesy gnilne Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Zmiany jakości środowiska wodnego – skutki dla akwakultury stawowej Eutrofizacja wód dopływających do stawów– pogarszanie warunków tlenowych chowu Możliwość zaburzeń proporcji N : P (konsekwencja – niekorzystny rozwój zbiorowisk roślin i sinic) Czy woda I klasy jakościowej, uboga w biogeny, jest korzystna dla akwakultury stawowej? Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Zmiany jakości środowiska wodnego – woj. śląskie, Mała Wisła Rok Nog NH4+ Pog N/P 2005 2,760 0,27 0,19 14,5 2010 1,994 0,007 0,06667 29,9 Proporcja N : P powyżej 5 i poniżej 20 = warunki optymalne, zapobiegające zakwitom Proporcja N : P powyżej 20 = pewność wystąpienia zakwitu zielenic Glony planktonowe (pokarm zooplanktonu) preferują jony amonowe Glony nitkowate (zooplankton głoduje) preferują azotany Wniosek 1: Zmiany w technologii oczyszczania ścieków oraz ograniczenie spływu z rolnictwa sprzyja jakości wody w ujęciu RDR, niekoniecznie korzystne dla akwakultury stawowej Wniosek 2: uważna ocena jakości wody dopływającej i ewentualne nawożenie Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Konkluzja Jakość wód doprowadzanych do stawów karpiowych ma istotne znaczenie dla właściwego funkcjonowania ekosystemu. Jakość wody w stawie, a tym samym warunki dla prowadzenia chowu ryb, zależą zarówno od jakości wody doprowadzanej, jak i od wzajemnych relacji organizmów żyjących w stawie. Zapewnienie im warunków optymalnych jest żywotnym interesem hodowcy i producenta Operacja współfinansowana przez Unię Europejską ze środków finansowych Europejskiego Funduszu Rybackiego zapewniającą inwestycję w zrównoważone rybołówstwo

Dziękuję za uwagę