Die Bedeutung von gelöstem Sauerstoff in der Aquakultur O₂

Gelöster Sauerstoff (DO) ist einer der wichtigsten Wasserqualitätsparameter in der Aquakultur und hat direkten Einfluss auf das Überleben, das Wachstum und die Gesundheit von Wasserorganismen. Fische, Garnelen und andere Zuchtarten sind für ihre Atmung auf den im Wasser gelösten Sauerstoff angewiesen. Unzureichende DO-Werte können zu Stress, verminderter Futteraufnahme, verlangsamtem Wachstum, erhöhter Anfälligkeit für Krankheiten und letztlich zu hohen Sterblichkeitsraten führen (Boyd, 1998).

Quellen wie Boyd und Tucker (2012) betonen, dass die optimalen DO-Konzentrationen für das Gedeihen der meisten Arten in der Regel über 5 mg/l liegen sollten. Werte unter 3 mg/l können zu starkem Stress führen, während eine längere Exposition gegenüber niedrigem Sauerstoffgehalt zum Fischsterben führen kann. Darüber hinaus kann ein niedriger DO-Gehalt die Funktion nützlicher nitrifizierender Bakterien beeinträchtigen und den Abbau von schädlichem Ammoniak und Nitriten im Wasser verlangsamen (Timmons & Ebeling, 2010).

Mehrere Faktoren beeinflussen den DO-Gehalt, darunter Temperatur, Salzgehalt, organische Belastung und photosynthetische Aktivität. Wärmeres Wasser enthält weniger Sauerstoff, und biologische Aktivitäten wie Zersetzung verbrauchen Sauerstoff, insbesondere nachts, wenn die Photosynthese ruht. Daher ist eine ausreichende Belüftung durch mechanische Vorrichtungen (z. B. Schaufelräder, Ausströmersteine) unerlässlich, insbesondere in intensiven Aquakultursystemen.

Die Überwachung des gelösten Sauerstoffs ist nicht nur für das Wohlergehen der Tiere, sondern auch für die Rentabilität und Nachhaltigkeit der Betriebe von entscheidender Bedeutung. Regelmäßige Messungen ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Problemen, verhindern katastrophale Verluste und gewährleisten eine gleichbleibende Produktion. Angesichts der weltweiten Expansion der Aquakultur bleibt ein sorgfältiges Management des DO ein Eckpfeiler verantwortungsbewusster und erfolgreicher Bewirtschaftungspraktiken.

Die Bedeutung der Temperatur in der Aquakultur °C

Die Temperatur ist einer der wichtigsten Umweltfaktoren in der Aquakultur und beeinflusst fast jeden Aspekt des Lebens im Wasser, vom Stoffwechsel und Wachstum bis hin zur Immunfunktion und Fortpflanzung. Jede Art hat einen optimalen Temperaturbereich, in dem sie gedeiht; Abweichungen können Stress, verlangsamtes Wachstum und eine erhöhte Anfälligkeit für Krankheiten verursachen (Boyd, 1998).

Laut Timmons und Ebeling (2010) beeinflusst die Temperatur die Sauerstofflöslichkeit im Wasser – wärmeres Wasser enthält weniger gelösten Sauerstoff, was den Stress für Zuchtarten verstärkt. Darüber hinaus sind Fressverhalten, Verdauung und Nährstoffaufnahme temperaturabhängig. Tilapia beispielsweise wachsen am besten bei 27–30 °C, während Regenbogenforellen kühlere Gewässer mit Temperaturen um 12–18 °C benötigen. Temperaturen außerhalb dieser Bereiche können die Fressleistung beeinträchtigen, die Infektionsanfälligkeit erhöhen und in extremen Fällen zum Tod führen.

Die Temperatur wirkt sich auch direkt auf die Ammoniaktoxizität aus. Mit steigender Wassertemperatur nimmt die toxische Form von Ammoniak (NH₃) zu, was das Risiko für Wasserorganismen erhöht (Boyd & Tucker, 2012). Daher ist die Aufrechterhaltung stabiler und artspezifischer Temperaturen nicht nur für das Wachstum, sondern auch für die gesamte Wasserqualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung.

Eine angemessene Temperaturregelung ist in intensiven Aquakultursystemen wie rezirkulierenden Aquakultursystemen (RAS) unerlässlich, in denen die Umweltbedingungen streng kontrolliert werden müssen, um die Produktivität und das Wohlergehen der Tiere zu maximieren. Oft werden Heizsysteme, Beschattung und Belüftung eingesetzt, um Temperaturschwankungen auszugleichen und das ganze Jahr über stabile, optimale Bedingungen zu gewährleisten.

Die Bedeutung des pH-Werts in der Aquakultur pH

Der pH-Wert ist ein entscheidender Parameter für die Wasserqualität in der Aquakultur und spiegelt das Gleichgewicht zwischen Säure und Alkalität im Wasser wider. Er wirkt sich direkt auf die physiologische Gesundheit der gezüchteten Arten, die Effizienz der biologischen Filterung und die allgemeine Stabilität der aquatischen Umwelt aus (Boyd, 1998).

Die meisten Aquakulturarten, wie Tilapia, Wels und Garnelen, entwickeln sich am besten in einem relativ engen pH-Bereich, der typischerweise zwischen 6,5 und 8,5 liegt (Boyd & Tucker, 2012). Wenn der pH-Wert außerhalb dieses Bereichs liegt, kann dies die Atmung beeinträchtigen, die Fressrate verringern und das Immunsystem schwächen. So können beispielsweise saure Bedingungen (pH-Wert unter 6,0) die Kiemen von Fischen schädigen und die Sauerstoffaufnahme einschränken, während übermäßig alkalische Bedingungen (pH-Wert über 9,0) die Toxizität von Ammoniak erhöhen können (Timmons & Ebeling, 2010).

Der Zusammenhang zwischen pH-Wert und Ammoniaktoxizität ist besonders kritisch. Bei höheren pH-Werten liegt ein größerer Anteil des gesamten Ammoniaks in seiner toxischen unionisierten Form (NH₃) vor, was eine größere Gefahr für Wasserlebewesen darstellt. Ebenso kann ein niedriger pH-Wert die Aktivität der nitrifizierenden Bakterien behindern, die für die Umwandlung von Ammoniak in weniger schädliche Verbindungen verantwortlich sind, wodurch die Biofiltration gestört wird und Probleme mit der Wasserqualität entstehen.

Natürliche Faktoren wie Photosynthese und Atmung verursachen tägliche Schwankungen des pH-Werts, insbesondere in algenreichen Teichen. Daher ist eine regelmäßige Überwachung des pH-Werts unerlässlich, um schädliche Schwankungen zu vermeiden und optimale Wachstumsbedingungen zu gewährleisten. Die Pufferung des Wassers mit Materialien wie landwirtschaftlichem Kalk kann dazu beitragen, den pH-Wert zu stabilisieren und eine sichere Umgebung für die gezüchteten Arten aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aufrechterhaltung eines stabilen, angemessenen pH-Werts von grundlegender Bedeutung für die Maximierung der Gesundheit, des Wachstums und der Produktionseffizienz in Aquakultursystemen ist.

Die Bedeutung des Salzgehalts in der Aquakultur Salzgehalt

Der Salzgehalt, also die Konzentration gelöster Salze im Wasser, ist ein entscheidender Umweltfaktor in der Aquakultur. Er wirkt sich direkt auf die Gesundheit, das Wachstum und die Fortpflanzung der Fische sowie auf die Stabilität des Systems aus. Meeres-, Brack- und Süßwasserarten haben jeweils unterschiedliche Anforderungen an den Salzgehalt. Eine effektive Steuerung des Salzgehalts unterstützt eine optimale physiologische Leistungsfähigkeit und reduziert Stress und Krankheitsrisiken.

Jede Art hat einen bevorzugten Salzgehaltsbereich. Meeresorganismen wie Garnelen (Litopenaeus vannamei) gedeihen bei 15–35 ppt, während Süßwasserarten wie Tilapia (Oreochromis spp.) einen Salzgehalt von <5 ppt bevorzugen. Brackwasserarten wie Milchfische vertragen mittlere Werte. Die Abstimmung der Arten auf den richtigen Salzgehalt ist für eine effiziente Produktion unerlässlich.

Der Salzgehalt beeinflusst das Gleichgewicht von Salzen und Wasser in Wassertieren. Abweichungen vom optimalen Bereich zwingen die Organismen, Energie für die Osmoregulation aufzuwenden, was das Wachstum verringert und das Immunsystem schwächt. Stabile, artspezifische Salzgehalte tragen zu einer besseren Überlebensrate und einem geringeren Ausbruch von Krankheiten bei.

Der Salzgehalt beeinflusst auch die Wasserchemie, einschließlich des pH-Werts, des Sauerstoffgehalts und der Toxizität von Ammoniak und Metallen. Bei höheren Salzgehalten wird giftiges Ammoniak eher in seine weniger schädliche Form umgewandelt. Der Salzgehalt beeinflusst auch die Verfügbarkeit von Mineralien und die Löslichkeit von Gasen und ist somit ein wichtiger Bestandteil des umfassenden Wasserqualitätsmanagements.

In Teichen wird der Salzgehalt durch die Wasserquelle, Niederschläge und Verdunstung beeinflusst. In Kreislaufaquakultursystemen (RAS) muss er aufgrund des minimalen Wasseraustauschs sorgfältig aufrechterhalten werden. Eine kontinuierliche Überwachung und regelmäßige Anpassungen mit Salz oder Süßwasser tragen dazu bei, den Salzgehalt stabil zu halten.

Der Salzgehalt spielt eine zentrale Rolle für die Gesundheit und Produktivität in der Aquakultur. Die Überwachung und Aufrechterhaltung eines optimalen, auf die Art und den Systemtyp abgestimmten Salzgehalts unterstützt ein effizientes Wachstum, reduziert Stress und verbessert die Gesamtergebnisse der Farm.

Die Bedeutung von Ammonium in der Aquakultur NH₄⁺ NH₃

Das Ammoniakmanagement ist in der Aquakultur von entscheidender Bedeutung, da Ammoniak, ein Abfallprodukt, das von Fischen ausgeschieden wird und aus der Zersetzung organischer Stoffe entsteht, selbst in geringen Konzentrationen hochgiftig ist. In Wasser liegt Ammoniak in zwei Formen vor: als nicht ionisiertes Ammoniak (NH₃), das hochgiftig ist, und als ionisiertes Ammonium (NH₄⁺), das relativ ungiftig ist. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Formen hängt von der Wassertemperatur und dem pH-Wert ab – höhere Temperaturen und höhere pH-Werte begünstigen die giftigere nicht ionisierte Form (Boyd, 1998).

Hohe Ammoniakkonzentrationen können bei Wasserlebewesen zu schwerwiegenden Gesundheitsproblemen führen, darunter Kiemenschäden, verminderte Sauerstoffaufnahme, Wachstumsstörungen, Unterdrückung der Immunfunktion und schließlich zum Tod (Boyd & Tucker, 2012). Der durch Ammoniakvergiftung verursachte Stress macht Fische und Garnelen oft anfälliger für bakterielle und parasitäre Infektionen. Selbst eine chronische Exposition gegenüber geringen Ammoniakkonzentrationen kann das Wachstum hemmen und die Futterverwertungseffizienz verringern, was zu wirtschaftlichen Verlusten führt.

In gut geführten Aquakultursystemen wandelt die biologische Filterung durch nitrifizierende Bakterien giftiges Ammoniak in Nitrit und anschließend in relativ harmloses Nitrat um. Wenn das System jedoch mit Abfallstoffen (durch Überfütterung oder hohe Besatzdichten) überlastet ist oder sich die Wassertemperatur und der pH-Wert ändern, kann sich Ammoniak schnell zu gefährlichen Konzentrationen anreichern (Timmons & Ebeling, 2010).

Die regelmäßige Überwachung des Gesamtammoniakstickstoffs (TAN) und die Aufrechterhaltung günstiger pH- und Temperaturbedingungen sind wesentliche Strategien zur Verhinderung von Ammoniakvergiftungen. Bewährte Verfahren wie kontrollierte Fütterung, die Aufrechterhaltung gesunder Biofilter und regelmäßige Wasserwechsel sind ebenfalls entscheidend, um Ammoniak auf einem sicheren Niveau zu halten.

Ein ordnungsgemäßes Ammoniakmanagement gewährleistet nicht nur die Gesundheit und das Wachstum der Aquakulturarten, sondern ist auch für einen nachhaltigen und rentablen Betrieb von Aquakulturanlagen von grundlegender Bedeutung.

Die Bedeutung von Nitrat in der Aquakultur NO₃⁻

Nitrat (NO₃⁻) ist das Endprodukt des Stickstoffkreislaufs in Aquakultursystemen und entsteht durch die bakterielle Oxidation von Nitrit. Nitrat ist zwar deutlich weniger toxisch als Ammoniak oder Nitrit, aber hohe Konzentrationen über einen längeren Zeitraum können dennoch negative Auswirkungen auf aquatische Arten haben, insbesondere in geschlossenen und rezirkulierenden Aquakultursystemen (RAS) (Boyd, 1998).

In moderaten Konzentrationen wird Nitrat von den meisten Fischen und Garnelen im Allgemeinen gut vertragen. Eine chronische Exposition gegenüber erhöhten Nitratkonzentrationen (in der Regel über 80–100 mg/l für viele Süßwasserarten) kann jedoch Stress verursachen, das Wachstum verlangsamen, die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen und das Immunsystem schwächen (Timmons & Ebeling, 2010). Einige empfindliche Arten, wie Meeresfische und Zierfische, sind noch anfälliger für Nitratansammlungen.

Im Gegensatz zu Ammoniak und Nitrit verflüchtigt sich Nitrat nicht so leicht und wird in Wasser nur schwer abgebaut, was seine Entfernung erschwert. Zu den Methoden zur Nitratkontrolle gehören Wasserwechsel, der Einsatz von Denitrifikationssystemen (die Nitrat unter anaeroben Bedingungen in Stickstoffgas umwandeln) und die Integration von Pflanzen oder Algen, die Nitrat aufnehmen (Boyd & Tucker, 2012).

In gut geführten Systemen trägt eine niedrige Nitratkonzentration zur Erhaltung einer optimalen Fischgesundheit, einer besseren Wasserqualität und einer höheren Nachhaltigkeit bei, da weniger häufig Wasser ausgetauscht werden muss. Eine regelmäßige Überwachung des Nitratgehalts ist besonders wichtig in intensiven und hochdichten Zuchtbetrieben.

Obwohl Nitrat weniger unmittelbar gefährlich ist als Ammoniak oder Nitrit, ist ein effektives Nitratmanagement für die langfristige Gesundheit und den Erfolg von Aquakulturbetrieben von entscheidender Bedeutung.

Die Bedeutung der Trübung in der Aquakultur Trübung

Trübung bezeichnet die Trübheit oder Verschmutzung des Wassers durch Schwebeteilchen wie Ton, organische Stoffe, Plankton und Futterreste. In der Aquakultur ist die Kontrolle der Trübung wichtig, da sie die Lichtdurchlässigkeit, die Wasserchemie und die Gesundheit der Wasserlebewesen beeinflusst (Boyd, 1998).

Eine mäßige Trübung kann vorteilhaft sein, da sie Schatten spendet, übermäßiges Algenwachstum reduziert und Fischen einen gewissen Schutz vor Fressfeinden bietet. Eine hohe Trübung – insbesondere durch anorganische Partikel wie Ton – kann jedoch schwerwiegende Probleme verursachen. Sie kann die Kiemen der Fische verstopfen, die Fressleistung verringern, die Tiere stressen und die Ausbreitung von Krankheitserregern begünstigen (Boyd & Tucker, 2012). Darüber hinaus kann eine übermäßige Trübung die Photosynthese des Phytoplanktons einschränken, was zu einer geringeren Produktion von gelöstem Sauerstoff und instabilen Wasserbedingungen führen kann.

Organische Trübung, die durch Futterreste, Abfälle und verrottende Organismen verursacht wird, ist besonders gefährlich. Sie fördert das Bakterienwachstum, was zu Sauerstoffmangel und zur Bildung schädlicher Substanzen wie Ammoniak und Nitrit führt (Timmons & Ebeling, 2010).

Zur Trübungsbekämpfung gehören Maßnahmen wie die Minimierung der Erosion um Teiche herum, die Kontrolle der Fütterungsraten, die Verwendung von Sedimentationsbecken und gegebenenfalls der Einsatz von Flockungs- oder Koagulierungsmitteln. Regelmäßige Kontrollen tragen dazu bei, dass die Trübungswerte innerhalb der für die gezüchteten Arten unbedenklichen Grenzen bleiben – in der Regel unter 25–50 NTU (Nephelometrische Trübungseinheiten) für klarwasserliebende Arten wie Forellen, während tolerantere Arten wie Wels auch höhere Werte vertragen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kontrolle der Trübung nicht nur für die Aufrechterhaltung einer guten Wasserqualität, sondern auch für einen gesunden und produktiven Aquakulturbetrieb von entscheidender Bedeutung ist.

Die Bedeutung von ORP in der Aquakultur ORP

Das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) misst die Fähigkeit von Wasser, bei chemischen Reaktionen Elektronen abzugeben oder aufzunehmen, und dient als Indikator für die Wasserqualität und den Gesamtzustand des Systems. In der Aquakultur ist ORP besonders wichtig, da es das Gleichgewicht zwischen Oxidationsmitteln (wie Sauerstoff) und Reduktionsmitteln (wie organischen Abfällen) im Wasser widerspiegelt (Boyd, 1998).

Ein optimaler ORP-Wert, der in der Regel zwischen +200 und +300 Millivolt (mV) liegt, weist auf eine gute Wasserqualität mit ausreichend Sauerstoff für ein gesundes Leben im Wasser hin (Boyd & Tucker, 2012). Wenn die ORP-Werte zu stark absinken (unter +150 mV), deutet dies auf eine schlechte Wasserqualität, eine Anreicherung organischer Abfälle, einen niedrigen Gehalt an gelöstem Sauerstoff und potenziell toxische Bedingungen wie erhöhte Ammoniak- oder Schwefelwasserstoffkonzentrationen hin. Diese Umgebung kann Fische und Garnelen stressen, ihr Immunsystem beeinträchtigen und die Sterblichkeitsrate erhöhen.

Andererseits können auch sehr hohe ORP-Werte (über +400 mV), insbesondere bei Verwendung starker Oxidationsmittel wie Ozon, schädlich sein. Eine Überoxidation kann das Gewebe der Kiemen von Fischen schädigen und zu oxidativem Stress führen (Timmons & Ebeling, 2010).

ORP ist besonders wertvoll in intensiven Systemen wie rezirkulierenden Aquakultursystemen (RAS), in denen sich die Wasserqualität schnell ändern kann. Die Überwachung des ORP hilft Landwirten, frühe Anzeichen einer Verschlechterung der Wasserqualität oder einer Fehlfunktion des biologischen Filters zu erkennen, bevor diese durch andere Parameter sichtbar werden. Es kann auch als Leitfaden für den kontrollierten Einsatz von Ozon zur Desinfektion dienen, ohne den Bestand zu schädigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aufrechterhaltung eines optimalen ORP-Bereichs für die Gewährleistung einer gesunden, stabilen Umgebung, die Maximierung des Wachstums und die Vorbeugung von Krankheitsausbrüchen in der Aquakultur unerlässlich ist.

Die Messlösungen von HORIBA

Mit über 75 Jahren Erfahrung in der Entwicklung innovativer Produkte bietet HORIBA ein breites Spektrum an Wasserqualitätsanalysatoren, Elektroden und Lösungen, die sich ideal für den täglichen Bedarf im Labor und im Feld bis hin zu den anspruchsvollsten Anwendungen eignen.

HORIBA LAQUAtwin Taschenmessgeräte-Serie

Die LAQUAtwin-Taschenmessgeräte sind kompakt, leicht und hochpräzise. Die Serie umfasst 15 Modelle für 10 wichtige Parameter, darunter pH-Wert, Leitfähigkeit, ORP, Nitrat und Salzgehalt. Diese kostengünstigen Ein-Parameter-Geräte sind wasserdicht nach IP67 und liefern schnelle, zuverlässige Wasserqualitätsmessungen für unterwegs.

HORIBA LAQUA 200 Serie tragbare Messgeräte

Die LAQUA 200 Serie umfasst eine Auswahl von 10 wasserdichten Messgeräten der Schutzklasse IP67 zur Messung von pH-Wert, ORP, Leitfähigkeit, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff. Die Serie ist als Ein- und Zweiparameter-Modelle erhältlich und umfasst zwei Produktlinien: die 210 mit einer Speicherkapazität von bis zu 500 Datensätzen und die 220 mit einer Speicherkapazität von bis zu 1000 Datensätzen und PC-Anschlussmöglichkeit. Die Messung des gelösten Sauerstoffs erfolgt mit einem zuverlässigen galvanischen Sensor.

Tragbare Messgeräte der HORIBA LAQUA 300-Serie

Die LAQUA 300-Serie umfasst drei fortschrittliche Digitalmessgeräte, wobei das WQ300 bis zu drei Parameter gleichzeitig in beliebiger Kombination messen kann. Zu den unterstützten Parametern gehören pH-Wert, ORP, Leitfähigkeit, Salzgehalt, Ionen und gelöster Sauerstoff (mit einer optischen Sonde). Die intelligenten Elektroden verfügen über einen integrierten Speicher zur Speicherung von Kalibrierungsdaten, sodass eine nahtlose Übertragung zwischen den Messgeräten ohne Neukalibrierung möglich ist.

Tragbare Messgeräte der Serie HORIBA U-50

Die U-50-Serie ist ein Multiparameter-Sondenmessgerät mit integrierten Sensoren für pH-Wert, ORP, Leitfähigkeit, Salzgehalt, gelösten Sauerstoff und Trübung – alles in einem einzigen wasserdichten Gehäuse der Schutzart IP68. Die Serie umfasst 20 Modelle mit verschiedenen Konfigurationen, darunter Optionen für Tiefenmessung, verlängerte Kabellängen und GPS-Positionierung. Der gelöste Sauerstoff wird mit einem langlebigen polarografischen Sensor gemessen.