При разложении органических веществ без доступа кислорода происходит только частичное окисление соединений, входящих в состав органической материи. В этом случае происходит неполный распад. Неокисленная часть создает углеводороды, из которых чаще всего встречается метан. Кроме того, водород может выделяться в свободном виде.
В бескислородной среде при разложении белка наряду с углекислотой образуются также сероводород, индол, скатол и т. п., которые придают гниющему белку характерный запах и являются нежелательными и вредными продуктами распада.
В процессе развития анаэробные бактерии получают кислород из солей железа, серы, а также нитритов и нитратов. Последние под воздействием денитрифицирующих бактерий, освобождающих азот, выпадают из круговорота веществ. Большое количество денитрифицирующих бактерий находятся в воде. Обезвреживание их деятельности и создание хороших условий для развития бактерий, связывающих свободный азот (нитрификаторов), является одной из серьезных проблем повышения ракопродуктивности.
Разные раки по-разному чувствительны к недостатку кислорода.
В водоем, покрытый льдом, доступ кислорода из воздуха прекращается. Зеленые водные растения в большинстве отмирают и не представляют сколько-нибудь заметного источника кислорода. В зимних прудах количество кислорода должно пополняться за счет притока свежей воды из водоснабжающего источника, поэтому его газовый режим, особенно зимой, имеет решающее значение при устройстве прудового хозяйства.
Малое содержание кислорода в воде того или иного источника (ниже 2 мл/л) указывает на окислительные процессы, происходящие в воде, что служит отрицательным показателем для зимовальных прудов. Использование такой воды допустимо лишь при условии ее предварительной аэрации.
Следует отметить, что ключевая вода при выходе на земную поверхность содержит самое незначительное количество кислорода, но при пробеге по канавам и лоткам вода обогащается им до нормальных пределов. Это всегда необходимо учитывать при использовании ключевой воды для водоснабжения прудов.
В воде прудов при анаэробных процессах разложения органических веществ могут образоваться сероводород и метан.
Сероводород (продукт анаэробного разложений белка) и метан (продукт анаэробного разложения клетчатки) – являются резко отрицательными факторами среды.
Оба этих свободных газа при отсутствии кислорода становятся ядовитыми для всех водных животных. Отравляющее действие сероводорода заключается в том, что он связывает железо, входящее в соединение с гемоглобином крови. Гемоглобин, лишенный железа, не способен поглощать кислород при дыхании, вследствие чего наступает смерть раки от кислородного голодания. Небольшие концентрации сероводорода не оказывают прямого губительного влияния на раков, а вредны своим воздействием на среду, поскольку поглощают из нее кислород.
На окисление 1 мг сероводорода поглощается 1,3 мл кислорода. В летнее время это вредное воздействие компенсируется ветровыми движениями воды, обогащающими воду кислородом атмосферы. В зимнее время на окисление сероводорода может быть израсходован весь кислород воды. В этом случае гибель раков происходит от недостатка кислорода даже при очень малых концентрациях сероводорода.
В сильно заиленных прудах процессы разложения органических веществ идут анаэробным путем, вследствие чего круговорот азота резко замедляется. Анаэробные процессы распада вызывают резкое обеднение водоемов фосфором вследствие того, что он находится в придонных слоях и при отсутствии кислорода под действием закиси железа превращается в нерастворимое в воде соединение.
Образование сероводорода в прудах может происходить биологическим и химическим путем. Биологическим путем сероводород в больших количествах образуется в результате деятельности гнилостных бактерий, выделяющих этот газ при разложении белковых веществ. Выделение сероводорода происходит также при восстановлении сульфатов сульфитредуцирующими бактериями, развивающимися в анаэробных условиях. Эти бактерии переводят сульфаты в соли сероводородной кислоты, которые, реагируя со свободной углекислотой, выделяют сероводород. Значительное количество гумусовых веществ наряду с обилием сульфатов также может привести к образованию сероводорода в результате восстановления сернокислых солей гуминовыми кислотами. Этот процесс возникновения сероводорода возможен в летнее время. Образование сероводорода в летнее время вызывает угнетение многих видов донной фауны, служащей пищей для раков, вследствие чего ракопродуктивность прудов резко снижается, а в некоторых случаях возможна даже гибель раков. В зимнее время накопление сероводорода на дне заиленных прудов и связанное с этим истощение кислорода ведут к гибели раков, в особенности в непроточных прудах.
Химическим путем сероводород возникает при медленном протекании богатой сульфатами воды через угольные или битуминозные соли, которые восстанавливают сульфаты до сероводорода. Попадание такой воды в пруды истощает запасы кислорода.
Образование сероводорода химическим путем возможно также при воздействии свободной углекислоты на большие количества сульфата. Такое явление наблюдается ночью в водоемах, богатых сульфатами, когда низшие и высшие растения потребляют кислород и выделяют углекислоту.
Изменение газового режима воды в прудах
Газовый режим прудов непостоянен: изменения его имеют суточный, сезонный или временный характер.
Суточные изменения газового режима происходят главным образом в летнее время в результате развития биологических процессов в прудах. Основным фактором, определяющим суточные изменения газового режима водоемов, являются водоросли.
В прудах с сильным развитием водорослей наибольшее количество кислорода и наименьшее количество свободной углекислоты наблюдается днем. Ночью, когда фотосинтетическая деятельность водорослей прекращается, происходят уменьшение содержания кислорода и увеличение содержания в воде углекислоты. Меньше всего кислорода и больше всего углекислоты бывает перед рассветом. С рассветом процесс фотосинтеза возобновляется и запасы кислорода постепенно восстанавливаются. Сильное развитие в пруду сине-зеленых водорослей, сопровождающееся окраской воды в сине-зеленый цвет (цветение), может за ночь полностью истощить запасы кислорода в воде. Это истощение запасов кислорода в воде прудов наблюдается иногда и днем в результате расходования кислорода на разложение значительной массы отмирающих сине-зеленых водорослей.
Подавление сине-зеленых и развитие зеленых водорослей достигается путем удобрения воды аммиачной селитрой и суперфосфатом.
Зеленые одноклеточные, в частности, протококковые водоросли, в результате фотосинтетической деятельности увеличивают содержание кислорода днем до 200–300 % насыщения. При таком насыщении содержание кислорода за ночь снижается до 2–3 мл/л.
Сезонные изменения имеют общую закономерность, характеризующуюся в зимний период постепенным понижением содержания растворенного в воде кислорода с осени и минимумом водоснабжения, а весной – восстановлением содержания кислорода до нормы под освежающим действием паводковых вод.
Причиной сезонных изменений являются также гидрологические условия. В начале зимнего периода в источники водоснабжения поступают вытесняемые под действием мороза грунтовые воды, бедные кислородом. Когда процесс стока грунтовых вод уменьшается и дебет водных источников усиливается, содержание растворенного в воде кислорода постепенно (а при оттепелях – резко) увеличивается.
Снижение количества растворенного в воде кислорода до полного его истощения может происходить и в летнее время, особенно в сильно заиленных прудах, в результате гниения органических веществ и выделения сероводорода или метана.
Временные изменения в содержании кислорода в воде происходят, например, в тех случаях, когда заново построенные пруды с нескошенным растительным покровом заливают водой. Через некоторое время после этого начинается процесс отмирания и загнивания растительности некоторых видов, сопровождающийся поглощением растворенного в воде кислорода и накоплением свободной углекислоты. Наблюдается снижение содержания кислорода в прудах и весной после прохода полых вод, когда снесенные в пруд органические вещества начинают разлагаться.
Резкое уменьшение кислорода происходит в воде выростных прудов в результате разложения стерни после скашивания вико-овсяной смеси с их ложа.
Газовый режим и реакция среды в прудах определяют интенсивность круговорота веществ, а климатические факторы – длительность его в году. К числу этих факторов относятся: интенсивность инсоляции, то есть количество солнечной энергии, излучаемой в единицу времени на 1 см2, долгота дня, длительность и температурные условия вегетационного периода.
