Aquakultur

Hohe Temperaturen: Sauerstoffgehalt im Wasser sinkt und gleichzeitig steigt der Sauerstoffbedarf der Fische

Gase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid) werden durch spezielle Belüftungseinrichtungen in Abhängigkeit der Temperatur, Druckverhältnissen, Salzgehalt ein- oder ausgetragen, es entstehen, aufgrund ihrer unterschiedlichen Volumenanteile in der Luft sehr unterschiedliche Sättigungswerte im Wasser

Sowohl Gesamtgasdruck, als auch Druck der einzelnen Gase beinflussen die Lebensvorgänge der Fisch

Hauptsächlich entsteht der Gasaustausch durch Diffusion, Konzentrationen auf beiden Seiten gleicht sich irgendwann an (Im Fisch, deswegen wenig freier Sauerstoff)

Desweiteren wird Sauerstoff durch Photosynthese der Wasserpflanzen und Algen eingetragen

Technisch: technische Sauerstoffbegasung

In natürlichen Gewässern und künstlichen Haltungssystemen können während der Dunkelheit und der dadurch verringerten biologischen Sauerstoffproduktion Sauerstoffmangelsituationen entstehen

LÄNGERER LUFTABSCHLUSS DES WASSERS; HERABGESETZTE PHOTOSYNTHESE DER WASSERPFLANZEN; UNZUREICHENDER WASSERDURCHSTROM/BELÜFTUNG; STARKE MIKROBIELLE ABBAUPROZESSE VON WASSERPFLANZEN; LAUB; FUTTER-KOTRESTE; HOHER VERBRAUCH DURCH DIE FISCHE

Fische nehmen die Gase hauptsächlich über das Kiemenepithel per Diffusion auf, dadurch das wenig gelöster Sauerstoff im Blut vorliegt, sondern gebunden an Hämoglobin, vor, dadurch besteht ein hohes Diffusionsgefälle

Abhängig von Wassertemperatur, Stoffwechselintensität, Fischgröße, -art und Salinität

Verschiedene Stoffwechselsituationen: Grund/Standardstoffwechsel: niedrigste Aktivität eines ruhig stehenden Fisches ohne äußere Einflüsse, z.B. Winterruhe, Routinestoffwechsel: Fische unter Normalbedingungen, ungefüttert ohne Stressoren, Aktivstoffwechsel1: Fische während Futterverdauung und freier Bewegung, Aktivstoffwechsel 2: Fische unter starker Anstrengung

Relativ gesehen ist der Sauerstoff bei noch kleinen Fischen größer als bei großen

Oberhalb kritischer Konzentration: Sauerstoffaufnahme unabhängig von Sauerstoffgehalt, Stoffwechselaktivität nimmt mit steigendem Sauerstoffgehalt zu

Unterschiedliche Sauerstoffaffinitäten ergeben sich auch aufgrund der verschiedenen Sauerstoffaufnahmen (akzessorische Organe)

Regelmechanismen

1. Veränderung der Atem- und Herzfrequenz (kurzfristig)
2. Vergrößerung des Atemvolumens (kurzfristig)
3. Weitung der Blutgefäße in den Kiemen (kurzfristig)
4. Veränderung der Anzahl der roten Blutkörperchen und des Hämoglobingehaltes im Blut (langfristig)

Schon im Ruhezustand brauchen Fische 50% ihrer Energie für die Atmungà Sauerstoffmangel führt oft zu Wachstumsdepression und schlechter Kondition

Bei verstärkter Atmungsfrequenz kann es zu verstärkter Abatmung von Kohlendioxid kommenà Gefahr der respiratorischen Allkalose

Entsteht, wenn sich niedrige Sauerstoffgehalte mit hohen pH-Werten und niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen im Wasser überlagern

Führt zu physiologischen Störungen, die durch hohe Sauerstoffkonzentrationen kompensiert wird

Niedrige Sauerstoff und Kohlendioxidgehalte à zu wenig Sauerstoff wird gebunden, großer Teil des Kohlendioxid abgeatmet, kein Nachschub

à KEINE Freisetzung des H+ aus Hbà es reichert sich HCO3- im Blutplasma an

à pH-Wert des Fischblutes steigt (nach Erschöpfung der Pufferkapazität)à Schädigungen im Organismus (Verschiebung des Ammonium/Ammoniak-Gleichgewichtes im Blut)

à Einschränkung der Funktion verschiedener Enzyme bis zur Einschränkung der Reizleitung in der Muskulatur

Ammoniak liegt mit Ammonium im Dissoziationsgleichgewicht vor, verhält sich im wasser wie ein gelöstes Gas und kann über die Kiemen in den Fischorganismus eindringen, und von Fischen, die Ammoniak als Stoffwechselendprodukt des Eiweißstoffwechsels über die Kiemen, in das Wasser abgegeben

Bei pH-Werten von 8,5-11 kann die Ammoniakausscheidung der Fische so stark eingeschränkt sein, dass es zu einer Ammoniakselbstvergiftung kommen kann, die Gefahr hängt von Energiereserven und Ernährung der Fische ab und nimmt bei hohem Eiweißangebot zu

Liegt im Dissoziationsgleichgewicht mit salpetriger Säure vor, Anteil der salpetrigen Säure nimmt bei sinkenden pH-Werten zu, kann über Kiemen in Fisch gelangen und dissoziiert im Organismus zu Nitrit

Abhängig von pH-Wert, Salzgehalt und hydrostatischen Druck

Toxizität hängt im wesentlichen vom physiologischen Zustand der Fische ab,

führen zu einer Methämoglobinanämie, die den Sauerstofftransport im Blut beeinträchtigt

5%des Hämoglobins liegen als Methämoglobin vor, ein Anstieg auf >10% spricht für eine Vergiftung  

Toxizität kann bei ausreichender Sauerstoffversorgung, hohem Ascorbinsäuregehalt im Futter und einer hohen Chloridkonzentration weitestgehend gehemmt werden

Semelparitie:

Fische entwickeln sich bis zur sexuellen Reifung und pflanzen sich nur einmal fort

Investieren hierfür den überwiegenden Teil ihrer Körperreserven und sterben danach (Aal, Lachs)

Iteroparitie:

Pflanzen sich im Laufe ihres Lebens mehrmals fortà häufigere Strategie

r-Strategen: Quantität (Forellen, Lachse, Karpfen), kurze Lebensspanne, hohe Vermehrungsrate, schnelle Individualentwicklung, wenig elterliche Fürsorge

k-Strategen: Qualität (Tilapia, Guppys), lange Lebensspanne und geringe Vermehrungsrate, elterliche Brutpflege, spätere Fortpflanzung

Reproduktion unterteilt in:

1. Gonadenreifung

2. Laichvorgang

3. Embryonalentwicklung

4. Larvalentwicklung

Beeinflusst durch:

Ultimate Faktoren(wirken funktionell)

Futterangebot, Konditionierung/Gesundheit der Fische, Anwesenheit von Konkurrenten/Räubern, Wasserqualität

Proximate Faktoren (aktuell wirkend)

Umweltbedingungen, die Stimuli auf Reproduktionsphysiologie besitzen: Temperatur, Tageslänge/Photoperiode, Regenfall, Leitfähigkeit/Salinität, pH

In weiblichen Gonaden vollzieht sich die Gonadenrefung (Oogenese) in drei Phasen

1. Vermehrungsphase: die Urgeschlechtszellen teilen sich mitotisch, Teilung endet, sobald jede Oogenie von einer Zellschicht (Follikelepithel) vollständig umgeben istund sich zu einer Oocyte 1. Ordnung differenziert hat, in diesem Stadium verharrt Oocyte bis zum Einsetzen der Geschlechtsreife nach Pubertät

2. Wachstumsphase: beginnt nach der Pubertät (längste der drei Phasen) nach Primärwachstumà Rindenvakuolendifferenzierung&Vitellogenese, während Vitellogenese werden Oocyten 1. Ordnung arretiert und es kommt zur Einlagerung von Dotter- und Lipidvesikeln

3. Reifungsphase: LIpidversikel werden eingelagert, Oocyten durchlaufen Meiose und reifen zu Ovum heran, Oocyte 1.=rdnung teilt sich meiotisch in dotterreiche Oocyte 2. Ordnung und einen Polkörperà Polkörper verlässt Schwesterzelle nach Ovulation

Weiter meiotische Teilung findet erst nach der Befruchtung statt (mit Abschnürung der weiteren Polkörper und entstehung des Ovum)

Abgegebener Laich = Oocyten 2. Ordnung

Hormongesteuert

Komplexes Zusammenspiel zwischen: externen Stimuli

Hypothalamus- und Hypophysenhormenen

Hormonen der Gonaden

Deaktivierung dieser Hormone durch die Leber

Stimulià Sekretion von Gonadoliberin in Hypothalamusà Ausschüttung von Gonadotropen Hormon (GtH) in Adenophyseà GtH induziert Gonadogenes = Wachstum und Reifung der Reproduktionsorgane

1. zentrierter Zellkern

2. zur Eimembran wandernder Zellkern

3. Zellkern in der Nähe der Eimembran

4. Zellkernmembranauflösung + anschließende Ovulation

Maß zur Reifegradbestimmung: gonadosomatrischer Index = GSIà Verhältnis Eiergewicht zu Fischkörpergewicht

Zunehmende Temperaturen und längerwerdende Tage stimulieren Frühjahrs- und Sommerlaicher (Cypriniden, Perciden)

Abnehmende Tageslängen und Wassertemperaturen aktivieren Gonadenentwicklung bei Herbst- und Winterlaichern (Salmoniden)

Bei anderen Fischen kann neben der Tageslänge auch die Lichtqualität (verschiedene Wellenlängen) stimulieren

Tropen: Regenfälle und Überflutungen

Bei den meisten Arten im Wasser, Eier und Spermien werden ins Wasser abgegeben und eine zeitlich begrenzte Befruchtungsfähigkeit beider Geschlechtsprodukte wird induziert

Wasserkontakt à Eiaktivierung und Corticalreaktionà Corticalgranulae brechen auf und geben Inhalt in Perivitellinraum (entsteht, indem sich Chorion vom animalen Pol abhebt) ab

Im animalen Bereich wird auf Dotter die Keimscheibe ausgebildet

Befruchtung: Kopf des Spermiums dringt in die, am animalen Pol befindliche Mikropyle, ein und Keimzellen verschmelzen

Mikropyle schließt durch Corticalreaktion nach einer kurzen Zeit, auch ohne eine Befruchtung und die Bewegungsfähigkeit der Spermien nimmt ab, geschieht, abhängig von Art und Temperatur nach 10-120 sec nach erstem Wasserkontakt

Wasser gelangt durch poröse Hülle in perivitellinen Raum und Ei quillt deutlich auf

à Furchung der Keimscheibe und Embryonalentwicklung setzt ein

Regenbogenforellen: laichen im Winter umso früher, je wärmer das Wasser ist, niedrige Temperaturen verzögern das Ablaichen, abnehmende Tageslängen beschleunigen Gonadenreifung, zunehmende verringern

Steuerung der Tageslichtlänge: von Lang- auf Kurzzeit und anschließender Verlängerung mit Erwärmung des Wassers kann die Laichzeit bei der Regenbogenforelle um 4-5Monate vorverlegen

Ovulation/Laichvorgang wird durch GTH /dadurch sekretiertes Prostaglandin beeinflusst, das wird durch Vielzahl an Stimuli beeinflusst: Balzverhalten, Habitatstrukturen, Temperatur, Sonneneinstrahlung

Durch Verabreichung von GTH kann Laichvorgang induziert werden

Geschlechtsprodukte laichreifer Tiere werden vorsichtig herausgedrückt (Abstreifen/Abstreichen) Betäubung ist ratsam

1. Abstreifen des Rogners/Milchners

2. Vermischen von Rogen und Milch

3. Waschen der besamten Eier

4. Auflegen der Eier in Langstrombecken oder Sprühkammern zur weiteren Embryonalentwicklung

3 Methoden

1. nass: Eier und Sperma werden gleichzeitig in ein mit Wasser befülltes Behältnis gestreift

2, halbtrocken: Eier und Sperma werden mit Ovarialflüssigkeit (und Samenflüssigkeit) in Behältnis gestreift, vermengt und Wasser hinzugegeben

3. trocken: Eier werden in Siebbehältnisse gestreift, Ovarialflüssigkeit fließt ab, in geschlossenen Behältnis erfolgt Spermazugabe. Vermengen und Wasserzugabe

Nass oder halbtrocken ist zu empfehlen, Ovarial- und Samenflüssigkeit können auch künstlich hergestellt und ersetzt werden

Dienen dem kontinuierlichen Bezug von Besatzmaterial um durchgängige Produktion zu gewährleisten

1. Einbringen geeigneter Brut/Ei-Entnahmematerialien (Laichnester, Netze) in natürliche Gewässer. Nutzung natürlicher reproduzierter Eier/Brutfische

2. Entnahme laichreifer Fische aus natürlichen Habitaten und anschließend gezielte Vermehrung in künstlicher Haltungseinrichtung

3. durch Bereitstellung vergleichbarer Umweltbedingungen vollständige Gonadenreifung und Reproduktion unter künstlichen Bedingungen

Zugergläser

MacDonald-Gefäß

Vertikalbrutschränke

Firzlaff-Box zur Erbrütung in natürlichen Gewässern

Eier bleiben so in Bewegung, verpilzte und abgestorbene Eier sollten entfernt werden

Fischart: genetisch bedingt durch Fischart oder innerartliche Wachstumsdifferenzen-Selektion wachstumsfreudiger Elterntiere (Möglichkeit menschliche Gene zur Bildung von Wachstumshormonen einzubringen, aber Akzeptanz und Wildbestandgefährdung!), Fischalter: Wachstum nimmt mit zunehmendem Alter ab, erreichen im Gegensatz zum Säuger keine definierte Endgröße, haben aber trotz Stagnierung noch ihre Wachstumskapazität und können später weiterwachsen, Temperatur: Optimaltemperatur führt zur Verbesserung der Nährstoffversorgung, darüber wirkt aber oft Sauerstoffsättigung begrenzend, Sauerstoffgehalt: mit zunehmenden Sauerstoffgehalt nimmt relatives Wachstum bis zu Höchstniveau zu, Lichtverhältnisse: untergeordnete Rolle, Besatzdichte: negative Wechselwirkungen zwischen steigender Bestandsdichte und Zuwachsraten (Wasserqualität, Stress), Physikalisch- chemische Wasserbeschaffenheit, Nahrungsmenge und –qualität, Geschlecht Milchner sollten Speisefischgröße vor Geschlechtsreife erreicht haben, da Fleischqualität abnimmt

 Es gibt Fische mit und ohne Magen auf den Magen folgen:

Kopfdarm mit Maul- und Kiemenhöhle

Vorderdarm mit Speiseröhre und Magen

Mitteldarm ist der eigentliche Darm mit Pylorusanhängen

Enddarm ist der letzte Darmabschnitt bis zum Anus

Fische ohne Magen: keine Bildung von Pepsinogen und HCL zur Eiweißverdauung, die Eiweißverdauung erfolgt hier über tryptische Enzyme, der pH Wert liegt im Verdauungstrakt über 6,5

Fische mit Magen: HCl-Sekretion findet statt, im Magen ein pH-Wert von 2-4, nach der Magenpassage liegt der pH-Wert im Darm bei 7-9 plus Wirkung weiterer Peptidasen, die im Magen oder Lumen des Mitteldarms wirken

Aminosäurenzusammensetzung des Futterproteins sollte der des Körperproteins entsprechen, bereits das Fehlen einer essentiellen Aminosäure führt zu Wachstumseinbußen, schlechter Futteraufnahme und –verwertung und Krankheitssymptomen wie Linsentrübung und Wirbelsäulenverkrümmung

Es ist auf eine ausgleichende Versorgung mit allen essentiellen Aminosäuren zu achten

Der Proteinbedarf von Fischen ist deutlich höher als der landwirtschaftlich genutzter Tiere

Regenbogenforelle: 40-46%, Karpfen: 31-40%, Aal: 45% Rohprotein in der Futter-Trockensubstanz

Fische können aus Acetat gesättigte FS bilden und durch Desaturierung können diese zu einfach ungesättigten FS umgewandelt werden, höher ungesättigte Fettsäuren müssen mit pflanzlicher Nahrung afgenommen werden

Alle Fischarten benötigen omega3 und omega6 Fettsäuren für ein gutes Wachstum, die Bedarfsituation ist gekennzeichnet durch Umgebungsparameter: marine Arten haben einen höheren Bedarf  an omega3 PUFA´s als Süßwasserfische, aufgrund geringerer Umbauaktivitäten

Kaltwasserfische haben einen höheren Bedarf an omega3 FS und Warmwasserfische haben einen höheren Bedarf an omega 6 Fettsäuren

Nach Takeuchi:

Typ 1: benötigen vermehrt omega 6 PUFA

Typ 2: benötigen ein ausgewogenes Verhältnis von omega 3 zu omega 6

Typ 3: benötigen vermehrt omega 3 Fettsäuren

Meerwasserfische haben im Gegensatz zu Süßwasserfischen eine geringere Desaturaseaktivität und somit einen höheren Bedarf an PUFA´s

Zunehmende KH-Gehalte im Futter führen zu abnehmender Verdaulichkeit, Nutzfische können KH nur begrenzt verwerten, erhebliche Unterschiede zwischen Fischarten, aaufgrund von Bau des Verdauungskanals, geringe Amylaseaktivität

Stärke in aufgeschlossener Form ist besser verdaulich, als native Stärke

-extrudierte Futtermittel führen zum Stärkeaufschluss, deswegen günstiger als pelletierte Futtermittel

KH sind im Futter nicht erforderlich, zuviel kann zu Leberveränderungen führen, entscheidend ist aber KH-Qualität und die gleichzeitige Anwesenheit anderer essentieller Nährstoffe

Ein optimaler KH Gehalt kann dazu führen, dass sie alleine zru Energiegewinnung genutzt wird und so proteinsparend wirkt

Amylaseaktivität, und ob die Kohlenhydrate möglichst behandelt wurden (Thermisch), damit sie aufgeschlossen und so besser verwertbar für die Fische sind

Proteinenergie: 40-50%

Fettenergie: 30-40%

Kohlenhydratenergie: 20-30%

Nach der Art der Wasserführung

-Durchflussanlagen: Wasser läuft von einer Richtung durch und nimmt Dreck mit (Salmoniden)

-Karpfenteiche/Teichanlage: Karpfen

-Kreislaufanlagen: mechanischer Filter, biologischer FilterPumpen, Sauerstoffeintrag, Beckenablauf… (Aal, Wels, Wolfsbarsch..)

-Netzgehege: Netze in größerer Umgebung/Freiland (Lachs, Regenbogenforelle..)

-Teich-in Teich-Systeme als Kombination aus Teich-, Kreislauf und Netzgehege –anlagen: selten, in aquatische Systeme wie Teiche oder Seen eingebrachte durchströmte Haltungssysteme

In Durchflusssystemen hat das Wasser die Aufgabe, den Lebensraum zu stellen, mit Sauerstoff zu versorgen und die Stoffwechselprodukte abzutransportieren

Regenbogenforelle: wichtigster Fisch in der deutschen Aquakultur, Bachforelle: vorwiegend in Süddeutschland, anspruchsvoller, häufig als Besatzmaterial, durch technologischen Fortschritt in Haltungstechnik zunehmende Bedeutung, Bachsaibling, Lachs, Äsche, Huchen, Coregonen (Märanen)

In Durchflusssystemen

Ausreichende Wasserversorgung

Gute Wasserqualität

Genetisch leistungsfähige Fischbestände

Optimale Fütterungstechnik

Krankheitsfreie Fischbestände

Umweltgerechte Futtermittelzusammensetzung

Sauerstoffsättigung von mindestens 60%, darunter kann kaum verwertet werden

Bei Stress, Agressionen, Störungen kann der Sauerstoffbedarf auf das 5fache ansteigen à schlechter Futteraufnahme und -verwertung

Kann berechnet werden, anhand der Wassermenge, dem mittleren Sauerstoffverbrauch je Gramm Fisch/t*h, Zulauf Sauerstoffgehalt und Ablauf Sauerstoffgehalt

Ergebnis: kg/l*s

Kaskaden,

hydropneumatische Förderer,

Gebläse,

Tauchstrahlpumpen,

Kreiselbelüfter wie unten: Wasser wird aufgeschleudert und so Sauerstoff eingetragen

Schaufelradbelüfter

Eintrag von Druckluft oder Reinsauerstoff

Zu bedenken: Energieaufwand kg Sauerstoff/kwh

Zu starke Zuströmung führt zu schlechter Futterverwertung, aber durch die Strömung wird Sauerstoff eingetragen

Strömungsgeschwindigkeiten:

Brut <1cm/s

Setzlinge: 2-3cm/s

Speisefische: 2-5cm/s

Duchflussrate

Sauerstoffbedarf während Larvalstadium geringer als während Brut, nimmt mit fortschreitender Entwicklung der Embryonen zu

Salmonideneier sind währen Anbrütungsphase sehr empfindlich gegen mechanische Einflüsseund Licht (Frühschlupf)

Temperatur: je höher, desto geringer die Schlupfgröße (höchster Erfolg bei 6-9°C)

Einheit: Tagesgrade = mittlere Tagestemperatur*Anzahl Tage

Auslesen nicht befruchteter Eier: verpilzen, möglicherweise Einsatz fungizider Substanzen

Nach Schlupf 20-30d endogene Ernährungsphase, in der Dottervorräte aufgezehrt werden

Nach Schlupf Eihüllen entfernen, Schlupf aus Zuger/McDonald Gläsern in Langstrombecken oder Rundbecken überführen

Intermediäre Ernährungsphase: aktive Nahrungsaufnahme und Zehrung vom Dottersack

Dann aktive Nahrungsaufnahme: nur exogene Nährstoffzufuhr

Beste Wachstumsraten bei 12-15°C

Besatzdichten 100.000/m3 und dann auf etwa ein Viertel reduzieren zum Ende der Vorstreckphase

Während Anfütterung lernen Fische voneinander, nicht zu hohe Fließgeschwindigkeiten, nicht zu dunkel, ab 4cm sortieren KANNIBALISMUS

Besatzdichte während Anfütterung hoch, da Fische voneinander lernen

Fließgeschwindigkeiten nicht zu hoch

Temperatur 10-12°C

Nicht zu dunkel, wegen Futtererkennung

Entnahme/Reinigung der Futterreste einmal am Tag

Sortierung ab 4cm wegen Gefahr des Kannibalismus

Anfütterung in Teichen wegen der Krankheitsgefahr selten

Rinnen/-beckenhaltung zu empfehlen

Besatzdichte 100.000 / kubikmeter zum Ende der Vorstreckphase auf 25.000 /kubikmeter reduzieren

Teichanlagen

Beckenanlagen: Einfache Rinnen oder Längsbecken

                           Fließkanäle

                           Rechteckbecken mit Kreisströmung

                           Rundbecken

                           Silos

Netzkäfiganlagen

Teichanlagen in Durchflussystemen sind in der Regel wesentlich kleiner als in statischen Systemen, Konstruktion ist abhängig von Aufzuchtstadium

Beckenanlagen: im Zulaufbereich höhere Besatzdichten, oder kleinere Fische mit höherem Sauerstoffbedarf

Vorteile von Becken gegenüber Teichen:

Schneller Wasserwechsel, Geringer Flächenbedarf, Keine Versickerungsverluste, Hohe Besatzdichten, Gute Kontrollmöglichkeit, Fütterung automatisierbar, Leichte Krankheitsbekämpfung, Keine unkontrollierbaren Ablagerungen, Geringe Verluste durch fischfressende Vögel, Lichtklima steuerbar (wenn eingehaust), weniger Pflegearbeiten als bei Erdteichen, Einfache Abfischung

Nachteile: zu schnelle Fließgeschwindigkeiten, Rundstrom: Gefahr der Turbulenz,

Langstrombecken etwas einfacher als Rundstrombecken (Turbulenzen, schnelle Fließgeschwindigkeiten, tote ZonenBelüftung nur mit speziellen Systemen, Konzentration limitierender Stoffe im suboptimalen Bereich, schwierige Beobachtung der Fische)