Значение неорганических соединений в развитии жизненных процессов

К числу неорганических веществ в воде прудов относятся соединения щелочных и щелочноземельных металлов (натрий, калий, кальций, магний), а также железа, марганца, меди, кремния и хлора. Эти соединения имеют большое значение для развития жизненных процессов в воде прудов. Натрий входит в состав растительных клеток; в теле животных организмов он находится в составе межклеточной жидкости и возбуждает мышечную систему. Калий содержится главным образом в молодых, растущих частях растений. В сухом остатке водных растений количество его не превышает 3 %.

Кальций необходим для развития всех зеленых растений. Основная роль кальция в водоеме заключается в создании слабощелочной среды, необходимой для разложения органических веществ и развития всех организмов, населяющих водоем. Кроме того, кальций уменьшает содержание в воде железа, способствуя образованию плохо растворимых карбонатов (солей угольной кислоты).

Содержащийся в воде кальций усваивается растительными и животными организмами, поедая которых, раки получают кальций для построения скелета своего тела.

Для создания органических соединений требуются большие запасы углекислоты, главным поставщиком которой является углекислый кальций. Водоросли, поглощая углекислоту из углеродных соединений, превращают двууглекислый кальций в углекислый, который выпадает на дно. Поэтому чем больше кальция содержится в воде, тем больше в ней углекислоты. Достаточное количество кальция в почве и воде – важный фактор высокой естественной ракопродуктивности прудов.

Магний входит в состав хлорофилла и выполняет роль синтезирующего фактора в процессе ассимиляции. Он находится в крови животных, входя в состав ферментов, и играет большую роль в межуточном обмене.

Натрий, калий, кальций и магний содержатся в почве водосборных площадей и в почве прудов. Соли этих металлов, вымываемые из грунта, входят в соединение с углекислотой и находятся в воде в виде углекислых солей, обусловливая ее жесткость и щелочность. В пресной воде обычно преобладают углекислые соли кальция и магния, то есть соли щелочноземельных металлов. Солей щелочных металлов в воде меньше. Общее количество ионов щелочноземельных и щелочных металлов, связанных с углекислотой, а также с другими слабыми кислотами, характеризует щелочность воды, выражаемую в миллиграмм-эквивалентах (мг/экв).

По показателям щелочности можно судить о степени минерализации воды, то есть, об общем количестве минеральных солей, растворенных в единице объема. Для раководства считается желательной вода щелочностью 1,8–2 мг/экв.

Жесткость воды выражается в градусах. Одному градусу жесткости соответствует 10 мг окиси кальция в 1 л воды или 7,19 мг окиси магния.

Общая жесткость воды характеризуется количеством щелочноземельных и щелочных металлов, связанных как со слабыми, так и с сильными кислотами, карбонатная жесткость – количеством этих металлов, связанных с углекислотой. Значительное превышение общей жесткости над карбонатной указывает на обилие в воде сульфатов или хлоридов кальция или магния. При обилии в воде калия и натрия карбонатная жесткость обычно бывает равной или несколько превышающей общую жесткость.

Наибольшей жесткостью обладает вода ключей и рек, протекающая по мягким известковым породам, а также вода прудов, расположенных на грунтах с легко выщелачиваемыми солями кальция и магния и особенно в том случае, если вода богата углекислотой, способствующей растворению извести.

Имеющиеся в литературе указания, что повышенная жесткость воды (свыше 12–15°) затрудняет усвоение пищи раками, являются необоснованными. Железо, растворенное в воде в виде различных соединений, играет важную роль в жизнедеятельности и развитии водорослей. Оно является составной частью хлорофилла. Недостаток железа лимитирует развитие водорослей, однако высокая концентрация его солей (более 1,5–2 мг/л) угнетает развитие некоторых водорослей, в особенности в условиях кислой среды. Железо входит в состав гемоглобина крови животных, частично оно находится в плазме крови и в составе ферментов. Железо в прудовой воде содержится в закисном и окисном состоянии. С грунтовой водой в водоем приносятся обычно закисные соли железа, которые при наличии кислорода переходят в окисное состояние. При переходе в окисное состояние железо поглощает много кислорода. Образующиеся при этом процессе труднорастворимые соединения трехвалентного железа, выпадая, осаждаются на растениях в виде буро-желтого осадка – ржавчины. Обычно в прудовой воде недостаток железа наблюдается редко.

Сильные концентрации железа отрицательно влияют на раков; это влияние еще более усиливается в условиях кислой среды. Допустимым количеством железа для раководных прудов считается 1,5–2 мг/л.

Марганец имеет большое значение для развития водорослей, которые хорошо растут, если в воде находится 0,001 мг/л марганца. В теле раков содержится 0,14-0,31 мг марганца на 1 кг веса.

Медь служит катализатором внутриклеточных процессов и поэтому стимулирует процесс развития водорослей. Замечено, что при недостатке ионов меди прекращается «цветение» воды. Медь содержится в теле раков в количестве от 1,5 до 11 мг на 1 кг веса раки. Соли ее, участвуя в ферментативном окислении и синтезе белка, влияют на рост раков, способствуя улучшению дыхания и кроветворения.

Кремний находится в воде в виде кремниевой кислоты; он необходим для образования панциря диатомовых водорослей и скелетных образований у водных животных.

Кроме указанных элементов, в воде прудов в ничтожных количествах, не улавливаемых химическими анализами, содержатся бром, кобальт, фтор, никель, титан. Эти элементы обнаруживаются в произрастающей в воде высшей водной растительности. В воде прудов находятся также ионы алюминия, йода, мышьяка, но роль их в развитии жизненных процессов пока еще изучена недостаточно.

Для общей характеристики степени минерализации воды, допускаемой в раководных хозяйствах, ниже приводятся некоторые данные ее солености. Соленость воды обусловливается наличием в ней растворенных минеральных солей и в первую очередь хлоридов и сульфатов.

Хлориды – соли соляной кислоты, в обычной пресной воде содержатся в количестве до 10 мг С1/л. Содержание хлоридов значительно повышается при загрязнении водоемов фекально-хозяйственными сточными водами. Но в южных и юго-западных районах и особенно в Средней Азии высокое содержание хлоридов в водоемах связано с расположением водоемов на засоленных почвах или питанием их водой из засоленных грунтов.

Соленость воды по хлору определяет возможность использования ее для раководства.

Концентрация свободных водородных ионов зависит в основном от соотношения свободной углекислоты и бикарбонатов (кислых солей). Концентрацию водородных ионов выражают показателем рН. При рН = 7 активная реакция воды нейтральна, при рН более 7 вода имеет щелочную, а при рН менее 7 – кислую реакцию.

Нормальное развитие жизни идет при нейтральной или слабощелочной реакции воды. Азотсобирающие бактерии развиваются в нейтральной или слабощелочной среде. В прудах с кислой реакцией воды фотосинтетические процессы ослаблены, вследствие чего развитие бактерий, водорослей и зоопланктона угнетено, процесс нитрификации приостанавливается и ракопродуктивность снижается. В водоемах, получающих воду из кислых болот, в которой нитраты находятся в минимальных количествах, кислая реакция воды и, в частности, наличие в ней гуминовых кислот затрудняют усвоение фосфора растениями, что связано с поглощением коллоидами гумуса соединений фосфора.

Повышенная кислотность способствует растворению железа и накоплению его в воде; усиливается вредное влияние солей железа на водные организмы. Кислая реакция воды, в особенности при наличии гуминовых веществ, неблагоприятно влияет на дыхание и обмен веществ у раки, что приводит к нарушению белкового обмена, плохому усвоению пищи, замедлению роста. Предельная кислотность среды, вызывающая смерть карпа, считается рН-5, для карася – рН-4. В кислой среде рак становится малоподвижным, несмотря на то, что вода содержит много кислорода.

В условиях повышенной кислотности организм может длительное время жить, питаться и расти, но при пониженном обмене веществ. Установлено, что при снижении рН с 7,4 до 5,5 потребление кислорода падает. Рак теряет способность использовать то количество кислорода, которое необходимо для нормальных условий. Обмен веществ резко снижается; несмотря на обилие пищи, раки голодают.

Активная реакция воды в прудах изменяется по сезонам года. Осенью и зимой она более постоянна, в летнее время подвержена сильным колебаниям даже в течение суток. Суточные изменения рН происходят в зависимости от наличия угольной кислоты, при увеличении которой рН понижается, а при уменьшении – повышается.

Обычно кислая вода, содержащая гуминовые кислоты и отчасти серную кислоту, образующуюся в результате гниения растительных веществ, вытекает из торфяных болот или из участков, покрытых хвойным лесом.

Кислая реакция воды болотных и лесных стоков обусловливается наличием в ней большого количества солей серной кислоты. Нередко воду водоемов сильно подкисляют стоки из металлообрабатывающих заводов, применяющих кислоты для обработки металла. Стоки из болот содержат большое количество гуминовых кислот, вредно отражающихся на физиологическом состоянии раков.