Hantering av ammoniak i fiskdammar
Ammoniakkoncentrationen är generellt sett lägst under sommaren och högst under vintern.
Under vintern
Det antas generellt sett att ammoniak inte är något problem på vintern eftersom utfodringen är mycket låg. (Fiskar utfodras endast under de varmaste dagarna på vintern, vanligtvis när vattentemperaturen är högre än 50 °F). Ammoniakkoncentrationen tenderar dock att vara högre under vintern (2,5 till 4,0 mg/L, eller ännu högre) än under sommaren (mindre än 0,5 mg/L) (figur 3).
Den relativt låga koncentrationen under sommaren kan tillskrivas algarnas intensiva fotosyntes, som avlägsnar ammoniak. Under vintern tar algerna upp lite ammoniak men ammoniaktillförseln fortsätter, främst från nedbrytning av organiskt material som ackumulerats på dammsedimentet under växtsäsongen. I allmänhet kan omfattningen och varaktigheten av höga ammoniakkoncentrationer under senhösten och vintern relateras till den totala mängden foder som tillförts en damm under föregående växtsäsong.
Det 30-dagars kroniska kriteriet för ammoniak (som kväve) på vintern varierar från cirka 1,5 till 3,0 mg/L, beroende på pH. Ammoniakkoncentrationerna under vintern överstiger vanligtvis detta kriterium. Detta kan orsaka stress hos fiskar vid en tidpunkt på året då fiskens immunförsvar är undertryckt på grund av den låga temperaturen.
Efter kraschen av en algblomning
Vissa dammar har mycket täta algblomningar som domineras av en eller två arter. Av skäl som man inte riktigt förstår kan dessa blomningar drabbas av en spektakulär kollaps, ofta kallad ”krasch”, där alla alger plötsligt dör. När detta inträffar ökar ammoniakkoncentrationen snabbt eftersom den viktigaste mekanismen för att avlägsna ammoniak – upptag av alger – har eliminerats. Den snabba nedbrytningen av döda alger minskar koncentrationen av löst syre och pH-värdet och ökar koncentrationerna av ammoniak och koldioxid. Efter att en algblomning har kollapsat kan ammoniakkoncentrationen öka till 6-8 mg/L och pH kan sjunka till 7,8-8,0. Det kroniska 4-dagars kriteriet, som är det lämpliga kriteriet att tillämpa efter en algblomning, sträcker sig från cirka 2,0 mg/L vid pH 8,0 till cirka 3,0 mg/L vid pH 7,8. Därför kan ammoniakkoncentrationen efter att en algblomning har störtat överskrida det kroniska 4-dagarskriteriet.
Undertiden under sena eftermiddagar på sensommaren eller tidig höst
Säsongsvariationerna i ammoniakkoncentrationen beror på algtätheten och fotosyntesen. När dessa är höga är ammoniakkoncentrationen låg. Den dagliga variationen i koncentrationen av giftig, icke-joniserad ammoniak beror på förändringar i pH (från fotosyntesen) och, i mycket mindre utsträckning, på temperaturen (figur 2). På sensommaren eller den tidiga hösten börjar ammoniakkoncentrationen öka, men de dagliga förändringarna i pH-värdet är fortfarande stora. I dessa situationer kan fisk utsättas för ammoniakkoncentrationer som överstiger det akuta kriteriet under några timmar varje dag. Om pH sent på eftermiddagen är omkring 9,0 är det akuta kriteriet omkring 1,5-2,0 mg/l totalt ammoniakkväve. Koncentrationerna av totalt ammoniakkväve under sommaren är vanligtvis mindre än 0,5 mg/L, så det är osannolikt att fisken blir stressad om pH sent på eftermiddagen är lägre än 9,0.
Det är svårt att vara mer exakt när det gäller risken för ammoniakförgiftning på grund av brister i den metodik som används i forskningen. Nästan alla tester av ammoniakgiftighet utförs i system som håller en konstant ammoniakkoncentration. Dessa förhållanden återspeglar inte de fluktuerande koncentrationerna av NH3 i dammar. Följaktligen måste man vara försiktig när man tillämpar forskningsresultat på produktionssituationer. I en undersökning minskade till exempel tillväxten hos kanalkattfisk som utsattes för en konstant ammoniakkoncentration på 0,52 mg/L NH3 med 50 procent jämfört med oexponerad fisk. En kort (2-3 timmar) daglig exponering för 0,92 mg/L NH3 (som kan förekomma i dammar) påverkade dock inte tillväxten och foderomvandlingskvoten. Det faktum att många fiskar kan vänja sig vid upprepad exponering för höga koncentrationer av ojoniserad ammoniak är ytterligare en komplicerande faktor.
Möjligheter till hantering av ammoniak
I sällsynta fall blir ammoniakkoncentrationen tillräckligt hög för att orsaka problem. Vilka praktiska åtgärder kan vidtas om detta inträffar? Det korta svaret är – inte mycket.
Teoretiskt sett finns det flera sätt att minska ammoniakkoncentrationen, men de flesta tillvägagångssätt är opraktiska för de stora dammar som används i kommersiellt vattenbruk. Nedan följer en diskussion om några alternativ, deras praktiska användbarhet och effektivitet.
Stoppa utfodringen eller minska utfodringshastigheten
Den primära källan till nästan all ammoniak i fiskdammar är proteinet i fodret. När foderproteinet är helt nedbrutet (metaboliserat) produceras ammoniak i fisken och utsöndras genom gälarna i dammvattnet. Därför verkar det rimligt att dra slutsatsen att ammoniaknivåerna i dammar kan kontrolleras genom att manipulera utfodringshastigheten eller foderproteinnivån. Detta stämmer till viss del, men det beror på om man vill kontrollera den på kort sikt (dagar) eller på lång sikt (veckor eller månader).
På kort sikt har kraftiga minskningar av utfodringshastigheten liten omedelbar effekt på ammoniakkoncentrationen. Det ekologiska skälet till detta bygger på den komplexa förflyttningen av stora mängder kväve från en av de många komponenterna i dammens ekosystem till en annan. Att försöka minska ammoniaknivåerna genom att hålla inne med foder kan i princip jämföras med att försöka stoppa ett fullt lastat godståg som kör i hög hastighet – det går att göra, men det tar lång tid.
Producenterna kan minska risken på lång sikt genom att justera både utfodringshastighet och foderproteinhalt. Begränsa fodret till den mängd som kommer att konsumeras. Under midsommar bör den maximala dagliga utfodringsmängden vara 100 till 125 pund per hektar. Genom att utfodra konservativt kan man minimera risken för hög ammoniakhalt i dammar och de risker som är förknippade med subdödlig exponering (sjukdom, dålig foderomvandling, långsam tillväxt).
Öka luftningen
Den giftiga formen av ammoniak (NH3) är en löst gas, så en del producenter tror att luftning av dammar är ett sätt att bli av med ammoniak, eftersom det påskyndar spridningen av ammoniakgas från dammvattnet till luften. Forskning har dock visat att luftning är ineffektivt för att minska ammoniakkoncentrationen eftersom den vattenvolym som påverkas av luftare är ganska liten i jämförelse med den totala dammvolymen och eftersom koncentrationen av ammoniakgas i vattnet vanligtvis är ganska låg (särskilt på morgonen). Intensiv luftning kan faktiskt öka ammoniakkoncentrationen eftersom den suspenderar dammsediment.
Tillämpa kalk
Det har länge ansetts att kalkning av dammar minskar ammoniakkoncentrationen. I själva verket kan användning av kalkningsmedel som hydratkalk eller snabbkalk faktiskt göra en potentiellt dålig situation mycket värre genom att orsaka en plötslig och stor ökning av pH-värdet. Ett ökat pH gör att ammoniak flyttas till den form som är giftig för fiskar. Dessutom kan kalciumet i kalk reagera med löslig fosfor och ta bort den från vattnet och göra den otillgänglig för algerna.
I dammar med liknande algtäthet är de dagliga svängningarna av pH i dammvatten med låg alkalinitet mer extrema än i vatten med tillräcklig alkalinitet (mer än 20 mg/L som CaCO3; se SRAC-publikation nr 464). Därför kan kalkning mildra extrema pH-värden, särskilt de som inträffar sent på eftermiddagen när andelen total ammoniak i den giftiga formen är högst. Denna teknik är dock endast effektiv i dammar med låg alkalinitet. De flesta fiskdammar har tillräcklig alkalinitet. En ökning av alkaliniteten till över 20 mg/L CaCO3 ger ingen ytterligare nytta. Dessutom tar kalkning inte itu med grundorsakerna till den höga ammoniakkoncentrationen; den förskjuter bara fördelningen av ammoniak från den giftiga till den icke-toxiska formen genom att moderera det höga pH-värdet på eftermiddagen.
Gödsla med fosfor
Det mesta av den ammoniak som fiskar utsöndrar tas upp av alger, så allt som ökar algtillväxten kommer att öka upptaget av ammoniak. Detta faktum ligger till grund för idén om att gödsla dammar med fosforgödsel för att minska ammoniaknivåerna. Under ”normala” dammförhållanden är dock algblomningen i fiskdammar mycket tät och algtillväxten begränsas av tillgången på ljus, inte av näringsämnen som fosfor eller kväve. Att tillsätta fosfor gör därför ingenting för att minska ammoniakkoncentrationen eftersom algerna redan växer så snabbt som möjligt under de rådande förhållandena.
De högsta ammoniakkoncentrationerna i fiskdammar inträffar efter det att en algblomning har kraschat. Gödsling, särskilt med fosfor, kan påskynda återupprättandet av blomningen, men de flesta dammar har gott om löst fosfor (och andra näringsämnen) för att stödja en blomning och behöver inte mer.
Reducera dammdjupet
Algtillväxten (och därmed hastigheten för algernas ammoniakupptag) i fiskdammar begränsas av tillgången på ljus. Allt som ökar ljuset ökar ammoniakupptaget. Teoretiskt sett kommer täta algblomningar i grunda dammar att avlägsna ammoniak mer effektivt än samma täta blomningar i djupare dammar. På det hela taget finns det dock förmodligen fler fördelar förknippade med djupare dammar (t.ex. lättare att skörda fisk, vattenbesparing, stabilare temperaturer, minskad effekt av sedimentation på intervallet mellan renoveringar).
Öka dammdjupet
Djupare dammar innehåller uppenbarligen mer vatten än mer grunda dammar. Därför bör djupare dammar vid en given utfodringshastighet ha lägre ammoniakkoncentrationer eftersom det finns mer vatten för att späda ut den ammoniak som fiskarna utsöndrar. I verkligheten har djupare dammar vanligtvis inte tillräckligt med vatten för att i någon större utsträckning späda ut ammoniak jämfört med de stora mängder ammoniak som ständigt flödar mellan olika biotiska och abiotiska delar i dammar. Dessutom är det troligare att djupare dammar har en skiktning och att det nedre skiktet av dammvatten (hypolimnion) kan anrikas med ammoniak och utarmas på löst syre. När detta vattenskikt blandas med ytvatten i en ”vändning” kan allvarliga problem med vattenkvaliteten uppstå.
Spola dammen med brunnsvatten
Ammoniak kan spolas ur dammar, även om det är dyrt, tidskrävande och onödigt slösaktigt att pumpa den enorma vattenvolym som krävs för att göra detta i stora kommersiella dammar. Det är också bedrägligt ineffektivt som ett verktyg för ammoniakhantering. Anta till exempel att ammoniakkoncentrationen i en full damm på 10 hektar är 1 mg/l. Ammoniakkoncentrationen efter att ha pumpat 500 gpm oavbrutet i tre dagar (motsvarande cirka 8 tum vatten) kommer att vara 0,90 mg/L, en minskning med endast 0,10 mg/L.
Istället för att bara låta vatten rinna genom en damm som i exemplet ovan, antar vi nu att cirka 8 tum vatten släpps ut från dammen innan den fylls på med brunnsvatten. I detta fall blir minskningen av ammoniakkoncentrationen något större (till 0,83 mg/L), men även denna minskning är inte tillräcklig i en nödsituation, särskilt om man beaktar den extra tid som behövs för att tömma vattnet innan det fylls på igen. Skillnaden mellan de två spolningsscenarierna hänger samman med blandningen av dammvatten med pumpat vatten före utsläpp i det första fallet.
Såsom luftning med skovelhjul skapar en zon med tillräcklig koncentration av löst syre, skapar pumpning av grundvatten en zon med relativt låg ammoniakkoncentration i anslutning till vatteninflödet. Effektiviteten av denna metod kan ifrågasättas eftersom den inte tar itu med grundorsaken till problemet och slösar bort vatten. Att spola dammar är inte bara ineffektivt, utan också mycket oönskat på grund av oro för att släppa ut dammvatten i miljön.
Tillägg bakterietillskott
Gemensamma vattenbakterier är en viktig del av den konstanta ammoniakcykeln i ett dammekosystem. Vissa människor tror att ammoniak ackumuleras i dammar på grund av att det finns fel sorts eller otillräckligt antal bakterier. Om detta vore sant skulle man kunna lösa problemet genom att tillsätta koncentrerade bakterieformuleringar. Forskning med många märken av bakterietillsatser har dock konsekvent gett samma resultat: Vattenkvaliteten påverkas inte av tillsatsen av dessa tillägg.
Standarddammförvaltning skapar mycket gynnsamma förhållanden för bakterietillväxt. Bakteriernas tillväxt och aktivitet begränsas mer av tillgången på syre och av temperaturen än av antalet bakterieceller. Dessutom är den mest förekommande typen av bakterier i många tillägg (och i dammvatten och sediment) ansvarig för nedbrytning av organiskt material. Om bakterietillsatser påskyndar nedbrytningen av organiskt material skulle därför ammoniakkoncentrationen faktiskt öka, inte minska.
En annan typ av bakterier i tillsatser oxiderar ammoniak till nitrat. Att tillsätta dem kommer inte att minska ammoniakkoncentrationen snabbt eftersom bakterierna måste växa i flera veckor innan det finns en tillräckligt stor population för att påverka ammoniaknivån.
Tillägg en källa till organiskt kol
Om koncentrationen av löst syre är tillräcklig kan tillsättandet av en källa till organiskt kol, t.ex. hackat hö, i intensiva fiskdammar minska ammoniakkoncentrationen. Många bakterier i fiskdammar är ”utsvultna” på organiskt kol, trots att stora mängder foder tillsätts. Organiskt material i fiskdammar (döda algceller, avföring från fiskar, oätet foder) innehåller inte det optimala förhållandet av näringsämnen för bakterietillväxt. Det finns mer än tillräckligt med kväve för bakterietillväxt så överskottet släpps ut i dammvattnet.
Tillförsel av organiskt material med en hög koncentration av kol i förhållande till kväve främjar ”fixering” eller ”immobilisering” av den ammoniak som är löst i vattnet. Inkorporering av ammoniak i bakterieceller paketerar kvävet till en partikulär form som inte är giftig för fiskar. Nackdelen med detta tillvägagångssätt är att det är svårt att tillföra stora mängder organiskt material till stora dammar och att effekten på ammoniakkoncentrationen inte är snabb. Dessutom måste luftningen ökas för att tillgodose syrebehovet från stora mängder nedbrytande organiskt material.
Tillämpa jonbytesmaterial
Vissa naturligt förekommande material, så kallade zeoliter, kan adsorbera ammoniak från vatten. Dessa är praktiska att använda i akvarier eller andra småskaliga, intensiva fiskhållningssystem, men opraktiska för fiskdammar med stor volym.
En del räkodlare i Sydostasien har provat att göra månatliga appliceringar av zeolit med 200 till 400 pund per hektar. Forskning har dock visat att denna metod är ineffektiv när det gäller att minska ammoniakkoncentrationen i dammar och den har nu övergivits.
Tillägg syra
I teorin kommer tillsättning av syra (t.ex. saltsyra) till vatten att sänka pH-värdet. Detta kan förskjuta ammoniakjämvikten till förmån för den icke-toxiska formen. Det krävs dock en stor mängd syra för att sänka pH i välbuffrade dammar och den måste blandas snabbt i hela dammen för att undvika ”heta punkter” som kan döda fiskar. Dessutom skulle tillsättning av syra förstöra en stor del av dammens buffertkapacitet (alkalinitet) innan någon förändring av pH kan ske. När ammoniakkoncentrationen har sänkts kan behandlade dammar behöva kalkas för att återställa buffertkapaciteten. Arbete med starka mineralsyror är en säkerhetsrisk för odlingsarbetare och fiskar.
Hur ofta bör ammoniak mätas?
Utifrån ovanstående diskussion kan man anta att det är onödigt att mäta ammoniak i dammar. Forskning har trots allt visat att en kort daglig exponering för ammoniakkoncentrationer som är mycket högre än de som mäts i kommersiella dammar inte påverkar fiskens tillväxt. Och i de sällsynta fall då ammoniak blir ett problem finns det inget man kan göra åt det. Det finns dock vissa speciella omständigheter då det är värt att övervaka ammoniaknivåerna.
I södra USA börjar ammoniakkoncentrationerna i de flesta dammar vanligen att öka i september och når sin topp i mitten av oktober, ungefär fem till sex veckor efter den sista sträckan med hög utfodring. Cirka 2-4 veckor senare når nitritkoncentrationerna sin högsta nivå. Detta är ett allmänt mönster. Det gäller inte alla dammar, och ammoniak- eller nitritproblem kan uppstå med varierande intensitet när som helst, särskilt mellan september och mars.
Därmed kan storleken på ammoniakhöjningen i början av hösten indikera allvaret i den nitritspik som kommer att följa. Salt kan skydda fisk mot nitritförgiftning (se SRAC-publikation nr 462). Om tillräckligt mycket salt tillsätts till dammarna för att uppnå kloridnivåer på 100-150 mg/L finns det ingen anledning att mäta ammoniak ens som en förutsägelse för höga nitritkoncentrationer.
Ammoniak bör mätas varannan dag efter det att en algblomning har kraschat och varje vecka under de svalare månaderna på året för att identifiera dammar som kan ha ett potentiellt problem med nitrit. Utöver dessa tillfällen är det förmodligen inte nödvändigt att mäta ammoniak i fiskdammar.
För att sammanfatta bör fiskproducenter inte bli alarmerade om ammoniakkoncentrationen blir förhöjd, även om en hög ammoniaknivå ofta indikerar att nitritkoncentrationen snart kan stiga. I detta fall bör odlarna fokusera på att skydda fisken från nitritförgiftning genom att tillsätta salt, snarare än att försöka hantera ammoniakproblemet. Extra vaksamhet efter en algkollaps är förmodligen också motiverat. Vanligtvis kommer ammoniakkoncentrationen att sjunka igen när algblomningen åter etableras.
Eftersom det finns lite som kan göras för att korrigera problem med ammoniak när de väl har uppstått, är nyckeln till ammoniakhantering att använda fiskodlingsmetoder som minimerar sannolikheten för sådana problem. Detta innebär att man ska sätta ut fisk vid en rimlig täthet, skörda så ofta som möjligt så att den stående grödan inte blir för stor och använda goda utfodringsmetoder som maximerar den andel av fodret som fisken konsumerar.
Klicka här för att läsa om hur man hanterar ammoniakspikar när man odlar räkor.