The effects of artificial substrates on freshwater pond productivity and water quality and the implications for periphyton-based aquaculture

Effets de substrats artificiels sur la productivité et la qualité de l’eau, et conséquences sur l’aquaculture en eau douce, basée sur le périphyton

¹ Fish Culture and Fisheries Group, Wageningen Institute of Animal Sciences, PO Box 338, 6700 AH, Wageningen, Wageningen University, The Netherlands
² Department of Fisheries Management, Bangladesh Agricultural University, Mymensingh-2202, Bangladesh
³ Institute of Aquaculture, University of Stirling, Scotland FK9 4LA, UK

Received: 5 April 2001
Accepted: 19 June 2002

Abstract

As a first step in assessing the viability of periphyton-based fish production in South Asian pond aquaculture systems, the effects of artificial substrates on development of periphyton and on water quality were evaluated. Earthen ponds (10 × 7.5 m) were provided with an artificial substrate constructed from poles of either bamboo, kanchi or hizol tree branches (1.0 m² artificial substrate per m² pond surface). Higher periphyton biomass, in terms of dry matter (DM) (4.9 mg cm^–2) and chlorophyll a (11.5 μg cm^–2) developed on hizol and bamboo, respectively. Periphyton ash content was higher on hizol (41%) than on the other two substrate types (29%). Protein content of the periphyton growing on bamboo (38% of ash-free dry matter (AFDM)) was 50% higher than that on the other two substrate types. Maximum periphyton productivities of 1.01, 1.38 and 1.03 g C m^–2 d^–1 were obtained for bamboo, hizol and kanchi substrates, respectively. Taxonomic composition of periphyton showed a rapid development of a relatively stable community with few differences between the substrate types. In total, 56 genera of algal periphyton and 35 genera of phytoplankton were identified. Based on a periphyton productivity estimate of 2.2–2.8 g AFDM m^–2 d^–1, periphyton alone can sustain an estimated fish production of 5000 kg ha^–1 year^–1 through the addition of a substrate area equivalent to 100% of the pond surface area.

Résumé

Nous avons évalué les effets de différents substrats artificiels sur le développement du périphyton et sur la qualité de l’eau, en tant que première étape pour établir la viabilité, en Asie méridionale, de la production de poissons, basée sur le périphyton en bassin d’aquaculture. Des bassins en terre (10 × 7,5 m) ont été aménagés avec un substrat artificiel formé, soit de perches de bambou, soit de kanchi ou de branches d’arbre d’hizol (1,0 m² de substrat artificiel m^–2 de surface de bassin). Des biomasses de périphyton étaient plus importantes, en terme de matière sèche (4,9 mg cm^–2) et de chlorophyll a (11,5 μg cm^–2) développées sur hizol et bambou, respectivement. Le périphyton était plus élevé sur hizol (41 %) que sur les deux autres types de substrat (29 %). Le contenu protéinique du périphyton se développant sur du bambou (38 % de la matière sèche libre de cendre) était de 50 % plus élevé que celui des deux autres types de substrat. Les maximums de productivité de périphyton 1,01, 1,38 et 1,03 g C m^–2 j^–1 ont été obtenus pour le bambou, l’hizol et le kanchi, respectivement. La composition taxonomique du périphyton a montré un rapide développement d’une communité relativement stable avec de petites différences entre les types de substrat. Au total, 56 genres de périphyton algal et 35 genres d’algues phytoplanctoniques ont été identifiés. Basé sur une estimation de la productivité du périphyton de 2,2 à 2,8 g de matière sèche libre de cendre m^–2 j^–1, le périphyton peut soutenir, seul, une production de poisson de 5000 kg ha^–1 an^–1 par l’addition d’une surface de substrat équivalente à 100 % de la surface de bassin.