Оксиметр показывает две цифры сразу, миллиграммы на литр и проценты, и вторая цифра часто важнее первой, потому что учитывает температуру воды и атмосферное давление.
Оксиметр в воде показывает две цифры одновременно: концентрацию кислорода в миллиграммах на литр и процент насыщения. Вторая цифра для рыбовода часто полезнее первой, потому что она уже учитывает температуру воды и атмосферное давление и сразу показывает, насколько водоем близок к своему кислородному пределу, а не просто выдает абсолютное число, которое ничего не значит без контекста.
Ниже разбор, что означает процент насыщения, как его считают, какая норма для рыбоводства и что происходит, когда эта цифра проваливается ночью. Пороговые значения именно для форели и карпа в миллиграммах на литр собраны в статье кислород для форели и карпа, здесь же речь о самой единице измерения.
Процент насыщения показывает, сколько кислорода реально растворено в воде относительно того максимума, который эта вода способна удержать при своей температуре и давлении. Сто процентов не значит много кислорода в абсолютных цифрах, это значит, что вода набрала ровно столько кислорода, сколько может при текущих условиях, ни больше ни меньше. Летняя теплая вода при ста процентах насыщения физически содержит меньше миллиграммов кислорода на литр, чем холодная зимняя вода при тех же ста процентах, потому что чем теплее вода, тем меньше газа она способна удержать в растворенном виде.
Именно поэтому в рыбоводстве ориентируются не только на миллиграммы, но и на проценты: одна и та же концентрация 6 мг/л это благополучные семьдесят с лишним процентов зимой в холодной воде и тревожные пятьдесят с небольшим процентов летом в теплой воде, при этом рыбе именно летом кислорода нужно больше, а не меньше, потому что обмен веществ ускоряется с температурой.
Степень насыщения рассчитывается по формуле M равно a умножить на 101308 и на 100, разделить на N умножить на P, где a это фактическая концентрация кислорода в воде в миллиграммах на кубический дециметр, N это нормальная концентрация кислорода при данной температуре и стандартном давлении, а P это фактическое атмосферное давление. Проще говоря, вы делите фактическую концентрацию на теоретический максимум для этой температуры и умножаете на сто, поправка на давление нужна только там, где хозяйство расположено высоко над уровнем моря или атмосферное давление сильно отличается от нормального.
На практике рыбоводу формулу считать вручную почти никогда не приходится: современные оксиметры выдают процент насыщения сразу, автоматически беря в расчет температуру, которую меряют тем же щупом. Знать формулу полезно для другого: чтобы понимать, откуда цифра берется и почему она может отличаться от миллиграммов на литр в разы, если сравнивать показания зимой и летом.
Ниже приведены значения, которые соответствуют ста процентам насыщения пресной воды кислородом при нормальном атмосферном давлении на уровне моря. Это тот самый теоретический максимум N из формулы выше, с которым сравнивается фактический замер.
| Температура воды | 100 процентов насыщения, мг/л | Что это значит на практике |
|---|---|---|
| 0 °C | 14,6 | Максимум для пресной воды на уровне моря |
| 5 °C | 12,8 | Зима и ранняя весна |
| 10 °C | 11,3 | Комфортный запас для большинства видов |
| 15 °C | 10,1 | Верх комфорта для холодноводных видов |
| 20 °C | 9,1 | Заметное падение потолка |
| 25 °C | 8,3 | Тот же процент насыщения дает почти на треть меньше миллиграммов, чем при 10 градусах |
| 30 °C | 7,6 | Почти вдвое ниже, чем при нуле градусов |
Если оксиметр в жаркий день показывает 6,5 мг/л при 28 градусах, это около восьмидесяти пяти процентов насыщения, что вполне благополучно. Та же цифра 6,5 мг/л при 10 градусах это около пятидесяти семи процентов, уже повод насторожиться. Абсолютная концентрация одинаковая, а состояние воды по факту разное, в этом и смысл считать именно проценты, а не только миллиграммы.
Недонасыщение это состояние, когда воде не хватает кислорода до теоретического максимума для своей температуры. Причины разные: потребление кислорода рыбой и бактериями, разложение органики на дне, отсутствие перемешивания и контакта с воздухом, недостаточная работа аэрации. Для природных поверхностных вод нормальной считается степень насыщения не менее семидесяти пяти процентов, а водоем с хорошим качеством воды обычно держит девяносто пять и выше. Большинство видов рыб не могут долго жить при насыщении ниже тридцати процентов, им попросту не хватает кислорода, чтобы получать энергию из корма, а стабильная зона комфорта для активного питания и роста начинается заметно выше, обычно от шестидесяти процентов и больше в зависимости от вида.
Перенасыщение, показатель выше ста процентов, встречается реже, но не безобидно. Оно случается днем при бурном фотосинтезе водорослей в цветущем пруду, когда растения за несколько часов света выделяют кислорода больше, чем вода способна удержать при равновесии с воздухом, а также при работе некоторых типов оксигенации чистым кислородом без контроля дозы. Дождевая и талая вода тоже часто поступает в водоем с избытком кислорода. Опасность перенасыщения в газовой эмболии: избыточный газ выходит из раствора внутри тканей и сосудов рыбы мелкими пузырьками, это может повреждать жабры и внутренние органы, особенно у молоди и у видов с плавательным пузырем. Устойчивое перенасыщение выше ста двадцати процентов уже требует внимания, а не только устойчивое недонасыщение.
Биохимическое потребление кислорода, сокращенно БПК, это показатель того, сколько кислорода расходуют бактерии на разложение органики в воде за определенное время, обычно за пять суток. Чем выше БПК, тем активнее в водоеме идет разложение остатков корма, водорослей и отходов рыбы, и тем быстрее падает процент насыщения кислородом, особенно ночью, когда фотосинтез не компенсирует этот расход. Высокий БПК это косвенный сигнал перекорма или избыточной органической нагрузки на водоем: он сам по себе не убивает рыбу напрямую, но означает, что процент насыщения будет проваливаться сильнее и дольше при прочих равных условиях, чем в чистом водоеме с низким БПК.
На практике БПК измеряют реже, чем сам кислород, потому что анализ занимает несколько суток и требует лаборатории, тогда как процент насыщения оксиметр показывает мгновенно. Но связь стоит держать в голове: если процент насыщения регулярно проваливается ниже нормы без видимой причины вроде жары, стоит проверить, не накопилась ли на дне органика, поднимающая БПК.
| Тип прибора | Что показывает | Особенность |
|---|---|---|
| Оптический оксиметр | Концентрацию в мг/л и процент насыщения сразу | Не требует калибровки мембраны так часто, как электрохимический, точнее держит показания при биообрастании датчика |
| Электрохимический оксиметр | Концентрацию и процент через мембранный электрод | Дешевле, но мембрана требует регулярной замены и калибровки |
| Стационарный датчик с выводом на пульт | Непрерывный ряд значений, а не разовый замер | Позволяет ловить именно ночной провал, а не только дневной замер вручную |
| Титрование по Винклеру | Точную концентрацию кислорода лабораторным методом | Эталонный способ для поверки других приборов, для ежедневной работы неудобен |
Для постоянного контроля в рыбоводстве практичнее стационарный датчик с записью показаний, поскольку именно он ловит момент минимума ночью, который разовым утренним замером легко пропустить. Управление насыщением через такой датчик, включая автоматический запуск аэрации при падении процента, разобрано в статье управление кислородом по датчику.
Норма зависит от вида и его требовательности к кислороду. Холодноводные виды, прежде всего форель, комфортно себя чувствуют при насыщении от семидесяти процентов и выше, а падение ниже пятидесяти уже создает риск. Карп и другие тепловодные виды переносят более низкий процент, вплоть до тридцати процентов кратковременно без критических последствий, хотя рост и аппетит при этом уже страдают. Осетровые занимают промежуточное положение. Точные пороги гибели и стресса в миллиграммах на литр для форели и карпа с привязкой к температуре собраны в статье кислород для форели и карпа, ее стоит смотреть вместе с процентом, а не вместо него.
Процент насыщения не статичен в течение суток: днем водоросли и высшие растения в пруду выделяют кислород через фотосинтез, и показатель растет, иногда доходя до перенасыщения. Ночью фотосинтез останавливается полностью, а дыхание всех организмов, рыбы, бактерий, самих водорослей, продолжается, и кислород только расходуется, поэтому процент падает всю ночь и достигает минимума перед самым рассветом. Разница между дневным пиком и ночным минимумом в цветущем пруду может быть двукратной и больше. Полный разбор механизма этого суточного провала и что с ним делать вынесен в отдельную статью ночной дефицит кислорода в пруду, поскольку тема требует отдельного внимания, а не одного абзаца.
Формула расчета процента насыщения включает атмосферное давление не просто так: на высоте, где давление ниже, вода физически способна удержать меньше растворенного кислорода при той же температуре, а значит и теоретические сто процентов там соответствуют меньшей концентрации в миллиграммах на литр. Для равнинных хозяйств средней полосы эта поправка обычно не критична, но для рыбоводных хозяйств в горной местности или на значительной высоте она уже заметно меняет расчет, и таблицы, рассчитанные для уровня моря, требуют корректировки.
Помимо температуры и давления, на теоретический предел растворимости кислорода влияет и соленость воды: чем выше соленость, тем меньше кислорода способна удержать вода при той же температуре. Для пресноводных прудов и большинства УЗВ с карпом, форелью и осетром эта поправка обычно роли не играет, но для солоноватоводных и морских участков хозяйства, например при доращивании лосося после смолтификации, разница уже заметна, и таблицы, рассчитанные для пресной воды, для такой воды не подходят без пересчета. Приборы с функцией измерения солености учитывают эту поправку автоматически, приборы без такой функции требуют ручной корректировки норм, что стоит проверить перед покупкой оксиметра для солоноватой воды.
В установке замкнутого водоснабжения процент насыщения держат искусственно, аэрацией или оксигенацией чистым кислородом, и задача обычно не в том, чтобы поймать момент провала, а в том, чтобы стабильно удерживать высокий процент независимо от времени суток. Там, где плотность посадки рыбы намного выше, чем в пруду, даже кратковременное падение процента из за отказа оборудования опаснее, поскольку у рыбы физически меньше объема воды на килограмм массы, а значит и меньше запас кислорода на случай остановки насоса или компрессора.
В открытом пруду, напротив, суточные и сезонные колебания процента насыщения естественны и полностью убрать их нельзя, задача скорее в том, чтобы не допустить провала ниже критической зоны именно в самый уязвимый момент, перед рассветом или в разгар летней жары. Из за этого стратегии контроля в УЗВ и в пруду выглядят по разному: в системе с рециркуляцией больше внимания к резервному питанию и аварийной подаче кислорода, разбор в статье аварийная подача кислорода, а в пруду больше внимания к самому графику измерений и прогнозу погоды.
При оксигенации чистым кислородом из баллона или концентратора процент насыщения можно поднять значительно выше ста без особых усилий, поскольку источник газа не ограничен составом атмосферного воздуха. Это удобно при высокой плотности посадки, но одновременно повышает риск случайного перенасыщения, если дозу не контролировать автоматикой, а полагаться на ручную настройку вентиля. Стабильная работа такой системы требует датчика с обратной связью, который отключает подачу кислорода при приближении процента к безопасному верхнему порогу, а не только включает ее при падении показателя. Именно поэтому чистый кислород в промышленных объемах почти всегда идет в связке с автоматическим контролем, а не как разовое дополнение к обычной аэрации воздухом.
Чем выше плотность посадки, тем быстрее рыба выбирает кислород из воды и тем резче падает процент насыщения при остановке аэрации или при ночном провале. В хозяйстве с низкой плотностью посадки естественный запас кислорода в толще воды способен сгладить кратковременный сбой оборудования, в хозяйстве с высокой плотностью тот же сбой на те же полчаса может обернуться массовой гибелью. Расчет допустимой плотности под конкретный вид и объем воды с учетом кислородного запаса собран в статье плотность посадки, и его стоит сверять именно с процентом насыщения, а не только с объемом бассейна или пруда в кубометрах.
Частота замеров зависит от плотности посадки и рисков конкретного водоема. В хозяйстве с невысокой плотностью и хорошим водообменом достаточно замера утром и вечером в спокойный сезон, но летом в жару и в период цветения интервал стоит сократить до нескольких замеров в сутки, включая предрассветный, именно тогда чаще всего происходит критический провал. В УЗВ с высокой плотностью посадки практичнее непрерывный контроль стационарным датчиком, а не разовые ручные замеры: там счет идет не на часы, а на минуты, и пропущенный провал за время между двумя замерами способен обернуться заметными потерями поголовья. Сезонный график, когда учащать замеры, а когда достаточно редкого контроля, разобран в статье где мерить кислород в пруду.
Частая ошибка новичка: замерить кислород днем, увидеть сто и больше процентов и решить, что кислородный режим водоема благополучный. На деле высокий дневной процент при цветущем пруду это как раз признак того, что ночью будет глубокий провал: чем гуще растет фитопланктон и чем сильнее он поднимает днем процент насыщения за счет фотосинтеза, тем больше кислорода те же самые водоросли и бактерии, разлагающие отмершие клетки, потребят ночью за счет дыхания. Разница между дневным и ночным процентом в цветущем водоеме заметно больше, чем в чистом, поэтому один дневной замер там особенно обманчив. Подробный разбор, что происходит с водой при цветении и как отличить безопасное количество водорослей от опасного, есть в статье цветение воды.
Прямого способа заменить оксиметр нет, но косвенные признаки подсказывают направление. Рыба, которая держится у поверхности и заглатывает воздух ртом, почти всегда сигнализирует о низком проценте насыщения, а не о голоде. Резкий неприятный запах со дна и пленка на поверхности обычно сопутствуют высокой органической нагрузке и, соответственно, повышенному потреблению кислорода. Эти признаки не заменяют цифру, но позволяют заподозрить проблему до того, как появится прибор под рукой, и оправдывают внеплановый замер именно в этот момент, а не по расписанию.
Оба показателя нужны вместе: миллиграммы дают абсолютное количество кислорода, доступное рыбе, а процент показывает, насколько вода близка к своему пределу при текущей температуре. Резкое падение процента даже при внешне неплохих миллиграммах уже сигнал тревоги.
Небольшое кратковременное превышение, до ста десяти ста пятнадцати процентов, обычно не опасно, но устойчивое перенасыщение выше этого уровня повышает риск газовой эмболии, особенно для молоди.
Из за неравномерного перемешивания воды: у поверхности и на течении процент обычно выше, у дна и в застойных зонах ниже, поэтому один замер с одной точки не отражает картину по всему водоему.
Современные оксиметры делают это автоматически, но понимание формулы полезно, чтобы объяснить себе, почему одинаковая абсолютная концентрация зимой и летом означает разное состояние воды.
Мы делаем сторожа, который следит за питанием, насосом и аэрацией и пишет вам в Telegram, пока рыба еще дышит. Сообщение приходит со звуком, даже если телефон в беззвучном. Базовый прибор стоит от 7 900 рублей, комплект считаем индивидуально под ваши бассейны. Напишите, что у вас за хозяйство, и подберем. Если увидим, что вам наш прибор не нужен, так и скажем.
Оставить заявку
Определение степени насыщения, формула расчета и норма для природных вод: water.ru, степень насыщения кислородом.
Определение гипоксии, пороги насыщения для рыб и роль суточного цикла фотосинтеза и дыхания: Википедия, гипоксия в экологии.