Aquaculture practices in irrigation reservoirs of the Western Cape Province of South Africa in relation to multiple resource use and socio-ecological interaction

Autor:	Salie, Khalid
Rok vydání:	2014
Předmět:	Aquaculture Environmental aspects Irrigation reservoirs Western Cape Province South Africa UCTD Theses Agriculture Dissertations
Druh dokumentu:	Diplomová práce
Popis:	Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2014. ENGLISH ABSTRACT: Aquaculture has proven to be a viable operation in multi-used irrigation reservoirs (also referred to as farm dams) in the Western Cape province (WCP) of South Africa. Many studies found that the fitness-for-use of these reservoirs for both net cage culture of fish and irrigation of crops is feasible. However, practising intensive fish farming in existing open water bodies can increase the nutrient levels of the water through organic loading, originating from uneaten feeds and fish metabolic wastes. Under such conditions the primary (irrigation) and secondary (drinking water and recreation) usage of the dam could be compromised by deteriorating water quality. Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) farming is done in Mediterranean climatic conditions of the WCP. This type of climate presents short production seasons with fluctuating water quality and quantity. The study investigated the dynamics of water physico-chemical parameters and assessed the long term impact of rainbow trout farming on irrigation reservoirs. Furthermore, associated land-use in the catchment of such integrated aqua-agriculture systems is described, and mitigation to minimise the impact of fish farming evaluated. The investigation concluded with assessing the contribution of aquaculture to rural and peri-urban communities. The aim is to present an integrated, socio-ecologically balanced farming system for irrigation reservoirs with associated aquaculture activities. A total of 35 reservoirs, including both fish farming and non-fish farming ones, were selected as research sites. They were located in three geographical regions namely, Overberg (Grabouw/Caledon), Boland (Stellenbosch/Franschhoek) and Breede River (Ceres/Worcester). Reservoirs were 0.05). There was a statistically significant difference between surface and bottom waters for P and TAN (p0.05). The fish yield of farms were linked mainly to the quality of fingerlings and the feed conversion ratio (FCR) achieved (p0.05). In addition, the level of binder did not influence digestibility of the experimental diets. The floating garden study indicated that it was feasible to construct a low cost raft system that is easy to manage and can produce plant crops as a hydroponic system in conjunction with fish farming cages. The lettuces grown on farm dam water provided support for the premise that the water quality can be improved via extraction of nutrients for crop production. For the production of 3.5 kg/m2 lettuce, a ratio of 1.09 plants/fish equal to 1.84 g feed/day/plant would reduce the accumulation of soluble nutrients around floating net cage farming system. The socio-economic evaluation of the contribution of fish farming to the welfare of rural and peri-urban farming communities supported the notion that aquaculture can lead to the upliftment of participating communities. Seventy-one percent (71%) of the respondents indicated that their motivation for exploring aquaculture is to supply fish to the wholesale market in order to generate income. Sixty-one percent (61%) of the respondents conducted the sales themselves or co-opted family members to assist them. The contribution of aquaculture provided direct benefits through improvement in household income, subsistence food supply and skills development. Indirect benefits included providing an information hub for other emerging farmers, elevation of the fish farmer’s status in the community through greater wealth and knowledge creation and promoting sector diversification through new products and technology. The three main constraints to the promotion and growth of aquaculture were listed as lack of government support, insufficient market intelligence and access, and limited choice in the availability of suitable candidate aquaculture species. Irrigation reservoirs in the WCP have a history of enrichment through external sources supplying water via agricultural runoff (fertilisers and pesticides), catchment runoff (leaf litter and organic debris) and stormwater effluent (grey and black water). The incorporation of aquaculture into such dams adds extra nutrients to the water column and management is crucial to limit the nutrient loading and ensure environmental sustainability. Such an approach will ensure that commercial land-based crop farmers’ irrigation regime and water distribution operations would not be negatively affected. Therefore future research needs should focus on; firstly the prevention and minimisation of pollution deriving from aquaculture through improved production management and technology transfer, secondly the monitoring and evaluation of the catchment ecosystem as a continuum with all the external factors affecting the ecology of farm dams and thirdly, evaluating the sediment processes and dynamics as sinks for nutrient accumulation. AFRIKAANSE OPSOMMING: Akwakultuur het getoon dat dit ‘n lewensvatbare inisiatief is vir meerdoelige-gebruik van besproeiingsdamme (ook genoem plaasdamme) in die Wes-Kaap provinsie (WKP) van Suid-Afrika. Vele studies het bewys dat die geskiktheid-vir-gebruik van die reservoirs haalbaar is vir beide visproduksie sowel as besproeiing van landbougewasse. Nieteenstaande, die beoefening van intensiewe visboerdery in bestaande buitelug watersisteme kan lei tot ‘n toename in nutriëntvlakke van die water as gevolg van organiese belading afkomstig van ongevrete voere en metaboliese afvalstowwe van die vis. Onder sulke omstandigthede kan die primêre- (besproeiing) en die sekondêre (drinkwater en rekreasie) gebruik van die dam in gedrang kom weens ‘n afname in waterkwaliteit. Reënboogforel (Oncorhynchus mykiss) boerdery word beoefen in die omliggende Mediterreense klimaat van die WKP. Die tipe klimaat verskaf kort produksie-seisoene met wisselvallige water kwaliteit en kwantiteit. Die studie het die dinamika van water se fisies-chemiese parameters ondersoek en het die impak van forelboerdery op besproeiingdamme oor die langtermyn beskryf. Verder het die studie die geassosieerde landgebruik in die opvangsgebied met geïntegreerde akwa-landbou sisteme beskryf, asook moontlike toetrede (mitigasie maatreëls) geëvalueer wat die impak moontlik kan verlaag. Die ondersoek is afgesluit deur die bydrae wat akwakultuur lewer aan landelike en semi-stedelike gebiede, te beskryf. Die hoofdoel is die daarstelling van ‘n geïntegreerde, sosio-ekologiese gebalanseerde sisteem vir besproeiingdamme met gesamentlike akwakultuuraktiwiteite. ‘n Totaal van 35 besproeiingsdamme, insluitend die met visboerdery en nie-visboerdery, is gekies as navorsingspersele. Dit is hoofsaaklik geleë in drie geografiese gebiede naamlik, Overberg (Grabouw/Caledon), Boland (Stellenbosch/Franschhoek) en Breederivier (Ceres/Worcester). Die reservoirs is almal < 20 ha in oppervlakarea en die volumes het gewissel van 300 000 – 1 500 000 m3. Watermonsters is maandeliks sowel as seisoenaal versamel vir die onderskeie ondersoeke en ontleed vir ‘n reeks van parameters, insluitend: sigbaarheid (Secchi disc), temperatuur, opgeloste suurstof (OS), pH, natrium (Na), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg), yster (Fe), chloor (Cl), karbonaat (CO3), bikarbonaat (HCO3), mangaan (Mn), koper (Cu), sink (Zn), boor (B), totale fosfor (TP), ortofosfaat (PO4), totale ammoniak stikstof (TAN), nitraat-stikstof (NO3-N), nitriet-stikstof (NO2-N), aluminium (Al), totale gesuspendeerde vaste stowwe (TGV), totale opgeloste vaste stowwe (TOV), alkaliniteit, hardheid en sulfate. Phytoplanktonmonsters is ook versamel, genera geïdentifiseer en die biomassa bepaal. Die waterkwaliteitsdata is ontleed in terme van oppervlak- en bodemstrata vir beide visboerdery en nie-visboerdery reservoirs en was gebaseer op herhaalde metings by dieselfde perseel op verskillende tye deur gebruik te maak van die Algemene Liniêre Model van Statistiese Analitiese Sisteem (SAS, 2012). Waardes p 50 cm word benodig om goeie voeding te handhaaf. Die OS het gewissel van 0.3 – 16.4 mg/L met waardes onder 5 mg/L aangeteken gedurende somer wanneer wateronttrekking en temperature hoog was. Dit het gelei tot ongunstige toestande vir forelboerdery. Die situasie swaai om met die begin van winter wanneer die damme vol reën en die OS bo 5 mg/L styg soos benodig vir forelboerdery. Die P-vlakke het gewissel van 0.001 – 0.735 mg/L. Hoër waardes is aangeteken gedurende die winteromkeerfase wanneer die bodem en oppervlak se water meng. Konsentrasies bo 0.01 mg/L kan tot eutrofikasie van watersisteme lei. TAS het gewissel van 0-015 – 6.480 mg/L. Hoër konsentrasies is aangeteken gedurende die somer wanneer temperature hoog is en damvlakke laag. By hoë pH’s en temperature kan TAS toksies wees vir vis. The algemene lae kleinste kwadaat gemiddelde (KKG) waarde vir TAS het getoon dat daar ‘n klein impak op die omgewing was wanneer forelboerdery bedryf word gedurende die koue, winter reënvalmaande. Forelboerdery val saam met omstandigthede wanneer die watertemperature laag is, damvlakke hoog en die reservoirs oorloop. Die verskil in die bodem- en oppervlak water in die besproeiingsdamme en die ligging van die perseel is vasgestel om meer belangrik te wees as die teenwoordigheid of afwesigheid van visboerdery. Die verskil in die bodem en oppervlak is toe te skryf aan die toestand van die sediment waar nutriënte kan opgaar. In monomiktiese damme soos gevind in Mediterreende areas, vind vermenging plaas gedurende die winteromkeerfase. Nutriënte word vrygestel a.g.v. die vermenging van die oppervlak en bodem se water wat dan veroorsaak word deur harde reën en windturbulensie. Die konsentrasie van organiese materiaal in die sediment en bodem water is ‘n funksie van die nutriëntlading met tyd, ongeag of dit afkomstig was vanaf visboerdery of landbou-aktiwiteite. Dit is dus moelik om die spesifieke oorsaak van besoedeling af te baken. In gevalle waar die reservoirs alreeds eutrofies is a.g.v. aangewese landbouaktiwiteite, kan die toestand van die waterbron vererger indien akwakultuur toegepas word. Daar is ‘n statistiese noemenswaardige verskil tussen visboerdery en nie-visboerdery vir P, Secchi-skyf, totale gesuspendeerde vaste stowwe en nitrite-stikstof (p0.05). Daar is ‘n statistiese noemenswaardige verskil tussen oppervlak- en bodem water vir P en TAS (p0.05). Die visopbrengste by plase is hofsaaklik afhangende van die kwaliteit van die vingerlinge en die voeromsettingsverhouding (VOV) wat bereik is (p0.05). Verder, die hoeveelheid van die binder het nie die vertering van die eksperimentele diëte beïnvloed nie. Die studie op die drywende tuine het getoon dat dit haalbaar is om ‘n lae-koste sisteem te bou wat maklik is om te bestuur en gewasse kan produseer soos in ‘n hidroponiese sisteem tesame met visproduserende hokstelsels. Die kropslaaie se groei het getoon dat die waterkwaliteit van besproeiingsdamme kan verbeter word deur die opname van nutriënte wanneer plante verbou word. Vir die produksie van 3.5 kg/m2 kropslaaie, sal ‘n verhouding van 1.09 plante/vis of 1.84 g voer/dag/plant die akkumulasie van opgeloste nutriënte rondom die hokstelsels verminder. Die sosio-ekonomiese evaluasie van die bydrae van visboerdery tot die welvaart van die landelike en semistedelike plaasgemeenskappe ondersteun die feit dat akwakultuur verbetering kan bewerkstellig, veral onder deelnemende gemeenskappe. Een-en sewentig persent (71 %) van die respondente het getoon dat hul oorweging vir die bedryf van akwakultuur is om vis te voorsien aan die grootmark en daarvolgens geld te maak. Een-en-sestig persent (61 %) van die respondente het aangedui dat hulself die vis verkoop of vir familie-lede vra om met die verkope te help. Die bydrae van akwakultuur het direkte voordele aan die deelmers voorsien deur ‘n verbetering in huishoudelike inkomste, voedselvoorsiening vir selfgebruik en die ontwikkeling van vaardigthede. Indirekte voordele sluit in dat die deelmers ‘n bron van inligting geword het vir opkomende boere, hul status in die gemeenskap het verbeter omdat hul kennis verbreed het en dit het verder gelei tot diversifisering in die sektor a.g.v. die skepping van nuwe produkte en tegnologie. Die drie hoof struikelblokke wat die groei en bevordering van akwakultuur belemmer is o.a., ‘n tekort aan staatsondersteuning, onvoldoende markinligting en toegang en ‘n beperkte keuse in spesies vir boerdery. Besproeiingsdamme in die WKP het ‘n geskiedenis van verryking deur eksterne bronne wat water voorsien vanaf landbou-afloop (bemestingstowwe en pesbestrydingsmiddels), opvangsgebied-afloop (blare en ander organiese debris) en stormwateruitlaat (gruis- en swart water). Die implementering van akwakultuur in sulke damme voeg addisionele nutriënte tot die waterkolom en bestuur is krities om die lading te verminder en te verseker dat omgewingsvolhoubaarheid behou word. Indien die regte praktyke en bestuur toegepas word, sal dit beteken dat die kommersiële boer se besproeiing en waterverspreiding nie negatief beïnvloed word nie. Vervolgens moet toekomstige navosingsbehoeftes fokus op eerstens, die voorkoming en vemindering van besoedeling afkomstig van akwakultuur deur verbeterde produksie-bestuur en tegnologie-oordrag, tweedens, die monitoring en evaluering van die opvangs-ekosisteem as ‘n kontinuum met al die eksterne faktore wat die ekologie van die plaasdam kan beïnvloed en laastens, die ondersoek en evaluering van die sediment se prosesse en dinamika as ‘n sisteem wat nutriënte ophoop.
Databáze:	Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz:	http://hdl.handle.net/10019.1/86432 Zobrazit plný text záznamu