Dynamika rybničního ekosystému z hlediska produckční ekologie

MSc. Marcellin RUTEGWA

Doctoral thesis

Pond ecosystem dynamics in terms of production ecology

Abstract:

With the rise of environmental concerns, fish farmers are facing the challenge of maximizing fish production while maintaining the ecosystem integrity of fishponds. In semi-intensive ponds, fish production is based on the utilisation of the natural production potential of the pond ecosystem and supplementary feed. Understanding the sources and the fate of inputs in fishponds is crucial to assess the utilisation efficiency of these inputs and hence reduce nutrients and organic matter losses. Ecological integrity of ponds is not regularly assessed in the Czech Republic, where pond aquaculture is an important economic activity. Therefore, the quality of inflow, pond water and effluent were monitored in the Dehtář pond from 2014 to 2018. Nutrient and organic carbon budgets were used to quantify the sources and fates of nutrients and organic matter inputs in Dehtář. Assessment of ecosystem metabolic rates, plankton community composition, utilisation efficiency of nutrient and organic carbon inputs and nutrient retention were used to indicate the effect of fishery practices on the structure and functioning of the pond ecosystem. The transboundary layer model was used to determine and compare the levels of dissolved and diffusive methane (CH4) from two types of fishponds (main and nursery) differing in individual fish size of cultured common carp. The results showed that the Dehtář pond became hypereutrophic due to fishery management, namely high fish stock, associated weed fish, manuring and supplementary feeding. The phytoplankton assemblage was dominated by eutrophication tolerant species, including toxic cyanobacteria. Larger sized zooplankton disappeared from the pond due to the high grazing pressure of fish stock already in the spring. The major sources of phosphorus, nitrogen and organic carbon inputs to the pond were feed, water inflow and primary production, respectively. Accumulation in water and sediments were the main fate of nitrogen and phosphorus whereas respiration was the main fate of organic carbon. The utilisation efficiency of nutrient inputs was comparable to results from other studies but the utilisation efficiency of organic carbon inputs was rather lower. In general, this efficiency was low due to the poor quality and low digestibility of cereals used as fish feed and the inability to transfer the primary production to fish. The potential of the Dehtář pond to retain nutrients is comparable with other temperate lakes and reservoirs. This may be explained by a high load of nutrients, their assimilation by fish and phytoplankton, sedimentation and denitrification. However, during the fish harvest, part of the retained nutrients is released and discharged. Furthermore, it was found that unused organic matter partly fuels the production of methane, which is then released into the atmosphere. The methane concentration was higher in nursery ponds than in main ponds, but the diffusive methane emission did not differ much between the two types of ponds. Based on our present findings we highly recommend to conduct more research activities heading to more sustainable pond management practices that can maximize fish production while minimizing pollution risks in the fishponds and their catchments.

Abstract:

S rostoucím zájmem o stav životního prostředí čelí chovatelé ryb výzvě spojující v sobě maximalizaci produkce ryb při současném zachování integrity ekosystému rybníků. V polointenzivně obhospodařovaných rybnících je produkce ryb založena na využití přírodního produkčního potenciálu ekosystému rybníka a doplňkového krmiva. Porozumění zdrojům a osudu vstupů v rybnících je zásadní pro posouzení účinnosti využití těchto vstupů, a tím ke snížení ztrát živin a organických látek. V České republice není ekologická integrita rybníků pravidelně posuzována, i když rybniční akvakultura zde představuje významnou ekonomickou činnost. Proto byla v letech 2014 až 2018 v rybníku Dehtář sledována kvalita vody na jeho přítoku, odtoku i ve vlastním tělese rybníku. Pro kvantifikaci zdrojů a osudů vstupů živin a organické hmoty v Dehtáři byly použity bilance živin a organického uhlíku. Posouzení metabolických rychlostí ekosystému, složení společenstva planktonu, efektivita využití vstupů živin a organického uhlíku a retence živin byly použity k posouzení vlivu rybářských praktik na strukturu a fungování ekosystému rybníka. Pro stanovení a porovnání hladin rozpuštěného a difuzního metanu (CH4) ze dvou typů rybníků (hlavní a plůdkové) lišících se ve velikosti chovaných jedinců (velikostních kohort) kapra obecného byl použit model přeshraniční vrstvy. Výsledky ukázaly, že rybník Dehtář se stal hypertrofním v důsledku praktikovaného rybářského managementu, konkrétně díky vysokým rybím obsádkám (včetně "plevelných" druhů ryb), aplikaci hnojení a doplňkového krmení. Ve společenstvech fytoplanktonu dominovaly druhy tolerantní k eutrofizaci, včetně toxických sinic. Větší druhy zooplanktonu z rybníka zmizely z důvodu vysokého vyžíracího tlaku ryb již během jara. Hlavními zdroji vstupů fosforu, dusíku a organického uhlíku do rybníka představovalo krmivo, přítok vody a primární produkce. Hlavním osudem dusíku a fosforu byla akumulace ve vodě a sedimentech, zatímco respirace byla hlavním osudem organického uhlíku. Účinnost využití vstupů živin byla srovnatelná s výsledky z jiných studií, ale efektivita využití vstupů organického uhlíku byla poněkud nižší. Obecně byla tato účinnost nízká kvůli špatné kvalitě a nízké stravitelnosti obilovin použitých jako krmivo pro ryby a také díky neschopnosti přenést primární produkci do biomasy ryb. Potenciál rybníka Dehtář udržet živiny je srovnatelný s jinými jezery a nádržemi mírného pásma. To lze vysvětlit vysokým množstvím do rybníka vstupujících živin, jejich asimilací rybami a fytoplanktonem, sedimentací a denitrifikací. Avšak během výlovu rybníka je část zadržených živin uvolněna a vypuštěna z rybníka do povodí. Dále bylo zjištěno, že nevyužitá organická hmota částečně podporuje i produkci metanu, který se pak uvolňuje do atmosféry. Koncentrace metanu byla v plůdkových rybnících vyšší než v hlavních rybnících, ale difuzní emise metanu se mezi těmito dvěma typy rybníků příliš nelišily. Na základě našich současných zjištění tak doporučujeme provádět více výzkumných činností směřujících k lepším (udržitelnějším) postupům při řízení rybničního hospodaření, které pomohou maximalizovat produkci ryb a současně minimalizovat rizika znečištění rybníků a jejich povodí.

Keywords

dusík, efektivita využití vstupů, fosfor, metan, organický uhlík, potenciál znečištění, produkce ryb, produkce skleníkových plynů retence živin, rybníky

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 9. 2020

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Bořek Drozd, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery