OPTIMIZATION OF STAGES OF PRE-SPAWNING AND SPAWNING PERIODS OF TILAPIA IN COMMERCIAL GROWING
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biology; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
employee from 01.01.2012 until now
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
employee from 01.01.2012 until now
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
2.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biology, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology, assistant professor)
employee
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
employee
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 120
to 126
Status:
Published
Received:
24.09.2021
Accepted:
26.09.2021
Published:
26.09.2021
Subject area:
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
Language:
Russian
Keywords:
aquaculture, tilapia, optimization, spawning, feeding, producers, pH
Abstract (English):
The article describes the process of commercial fish production in modern aquaculture, which requires high technologies and significant input. Optimization of technological processes while breeding fish is a necessary condition for the development of the industry. It is difficult and virtually impossible to develop a universal production pattern, this is why it is reasonable to split the whole process into several optimization tasks corresponding to each of the stages of the technological cycle. It is proposed to regulate such indicators as the level of feeding, pH value, age of producers as control actions at the stages of pre-spawning and spawning periods. The possibility to use the mentioned parameters for stage optimization, as well as for selecting the best values for each of the factors was assessed. The optimization target is to define the optimal amount of viable eggs, which would correspond to the minimal prime cost. It has been demonstrated that the optimal feeding level for the producers equals to 4 – 4.5 per cent of the fish body weight. The increase in the feeding level influences the fertility of producers insufficiently, inflating the costs. It has been found out that 12 – 24 months old producers have the best reproduction indices. The preferred quality and the vital capacity of spawn received from the producers within this group have also been registered. Another factor which may be used in order to control the process is the pH of water in pools. Regardless of the fact that tilapia producers are relatively undemanding to the habitat conditions and resistant to pH values, it is possible to single out the optimal range of this factor. It corresponds to pH values between 6 and 7.5. This is when the best rates of eggs fertilization and survival are observed.
The article describes the process of commercial fish production in modern aquaculture, which requires high technologies and significant input. Optimization of technological processes while breeding fish is a necessary condition for the development of the industry. It is difficult and virtually impossible to develop a universal production pattern, this is why it is reasonable to split the whole process into several optimization tasks corresponding to each of the stages of the technological cycle. It is proposed to regulate such indicators as the level of feeding, pH value, age of producers as control actions at the stages of pre-spawning and spawning periods. The possibility to use the mentioned parameters for stage optimization, as well as for selecting the best values for each of the factors was assessed. The optimization target is to define the optimal amount of viable eggs, which would correspond to the minimal prime cost. It has been demonstrated that the optimal feeding level for the producers equals to 4 – 4.5 per cent of the fish body weight. The increase in the feeding level influences the fertility of producers insufficiently, inflating the costs. It has been found out that 12 – 24 months old producers have the best reproduction indices. The preferred quality and the vital capacity of spawn received from the producers within this group have also been registered. Another factor which may be used in order to control the process is the pH of water in pools. Regardless of the fact that tilapia producers are relatively undemanding to the habitat conditions and resistant to pH values, it is possible to single out the optimal range of this factor. It corresponds to pH values between 6 and 7.5. This is when the best rates of eggs fertilization and survival are observed.
Keywords:
aquaculture, tilapia, optimization, spawning, feeding, producers, pH
aquaculture, tilapia, optimization, spawning, feeding, producers, pH
Введение
В настоящее время аквакультура – активно развивающееся направление. Большую популярность приобрели объекты выращивания, являющиеся представителями тропических и субтропических районов (тиляпия, австралийские раки и т. д.). Продукция тепловодной аквакультуры ежегодно увеличивается [1, 2]. Перспективным становится выращивание тропических видов рыб и ракообразных на территории Российской Федерации, особенно в условиях теплого климата Южного федерального округа. Продолжительный летний сезон позволяет подращивать молодь рыб, креветок и раков до товарных размеров в открытых прудах на естественной кормовой базе, что значительно снижает стоимость производства. Наиболее сложным при этом становится этап содержания производителей, получения личинки и подращивания ее до жизнестойкой молоди. В направлении усовершенствования технологии культивирования ведутся многочисленные исследования [2].
Процесс получения товарной рыбы в современной аквакультуре высокотехнологичен и требует значительных затрат [3]. При сохраняющейся конкуренции актуальными остаются вопросы усовершенствования существующих производств. Оптимизация – целенаправленная деятельность, заключающаяся в получении наилучших результатов при минимальной себестоимости в заданных условиях [4].
Целью нашей работы являлось рассмотрение возможности оптимизации технологических этапов преднерестового содержания и нереста производителей. В качестве ресурсов оптимизации нами предложены выбор оптимального значения pH воды, возраста производителей и уровня кормления. В качестве критерия оптимальности выбрана себестоимость икры тиляпии. Этот критерий имеет ясный смысл, отражает существенные стороны процесса и имеет количественную оценку.
Материалы и методы исследований
Объектом исследования послужила тимирязевская тиляпия – гибрид нильской и голубой тиляпии. Она обладает высокими темпами роста и отличными пищевыми свойствами, не требовательна к условиям содержания. Целесообразно рассмотреть оптимизацию первых двух этапов технологического процесса (преднерестовое содержание производителей и нерест) вместе, поскольку в качестве управляемого параметра на обоих этапах выбрана себестоимость получаемой икры тиляпии. Ее технологическая составляющая будет включать расход воды, электроэнергии, количества корма на круглогодичное содержание и нерест производителей. Снижение себестоимости возможно при увеличении плодовитости производителей. Это позволит оптимизировать размер нерестового стада и, соответственно, снизить технологические затраты.
Цель оптимизации – определение оптимального количества жизнестойкой икры, которое будет соответствовать минимальной ее себестоимости. Ограничениями модели процесса являются температура, кратность водообмена, содержание кислорода и других основных веществ
в бассейне. Выходной параметр модели – количество икринок. Управляющими воздействиями могут являться уровень кормления, плотность посадки и объем бассейна и уровень кислотности среды. Схема управления технологическим процессом на исследуемых этапах выращивания тиляпии представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема управления технологическим процессом
на этапах преднерестового содержания и нереста производителей
Нами было рассмотрено отдельно каждое из управляющих воздействий для определения возможности их использования в процессе оптимизации этапа и в целях подбора наилучших величин каждого фактора. Проведен анализ изменения плодовитости самок в зависимости от уровня кормления. Найден оптимальный уровень кормления исходя из сопоставления затрат
и полученного результата. Исследовано изменение репродуктивных параметров производителей
в зависимости от их возраста и регулирования pH среды (относительная плодовитость, процент выхода личинок, масса и диаметр икринок). Проанализирована возможность использования параметра «плотность посадки» (объем бассейна) для оптимизации.
Данные получены авторами в 2015–2018 гг. на базе малого инновационного предприятия «ЭКО-Тропик» (Астраханская обл., Камызякский р-н) и лабораторий Астраханского государственного технического университета. Нерест тиляпии проводили в бассейне ИЦА-2 полезной площадью 4 м2 при групповом содержании самцов и самок рыб. Для размножения необходима нерестовая площадь от 1 до 2 м2 на семью в зависимости от размеров самца. В один бассейн помещали на нерест 3–4 семьи производителей. Осмотр самок, отбор икры, эмбрионов и личинок проводили через 2–3 недели с момента посадки производителя на нерест. После отбора икру, эмбрионы и личинок помещали в отдельные емкости, а самок – в преднерестовый бассейн.
Полученные цифровые данные подвергались статистическому анализу при помощи компьютерной программы Microsoft Excel. В качестве критерия достоверности результатов использовали критерий Стьюдента. На графиках и в таблицах приведены средние величины показателей.
Результаты исследований
Одно из наиболее значимых управляющих воздействий – кормление. По данным ряда авторов, в условиях аквакультуры затраты на кормление могут составлять от 55 до 80 % себестоимости выращиваемой рыбы [5]. Данное обстоятельство подтверждает целесообразность выбора уровня кормления в качестве управляющего воздействия в целях повышения экономической эффективности производства.
Производителей перед нерестом кормят смесью гранулированного (80 %) и пастообразного (20 %) корма с добавлением свежих растительных компонентов – моркови, капусты, ряски. Стоимость корма тиляпии колеблется в пределах 68–136 руб. за кг в зависимости от качества и производителя. Нормой кормления для тимирязевской тиляпии является 3–5 % от массы тела рыб.
На рис. 2 графически показано изменение плодовитости самки при разных уровнях кормления, а также суточный расход корма для одной семьи тиляпии, которая состоит из 2 самок
и 10 самцов (средний вес самки 450 г, самца 560 г).
Рис. 2. Плодовитость самок тимирязевской тиляпии в зависимости от уровня кормления
Очевидно, что повышение уровня кормления с 4-х до 5 % не приводит к значительному улучшению производительности самок. Графически найден оптимальный уровень кормления производителей в размере 4–4,5 % от массы тела рыб. Нормативы кормления производителей отличаются от норм для преднерестового стада. Уменьшение конкуренции в питании и потребности в движении позволяет снизить уровень кормления. Ограниченный размер стада делает целесообразным использование подачи корма вручную.
Второе управляющее воздействие – плотность посадки. Это параметр, зависящий от объема бассейна и численности нерестового стада. Для нормального прохождения нереста необходимо 3–4 семьи. Оптимальное соотношение самок и самцов в семье 2 : 10 соответственно [6]. Таким образом, минимально необходимое количество преднерестовых самок 6–8, самцов –
30–40 особей. Учитывая то, что при формировании нерестового стада требуется подбор производителей по размерно-весовым качествам и экстерьерным показателям, необходимо содержать преднерестовое стадо большего размера (самки 10–15 шт., самцы 50–60 шт.).
Для самок возможен расчет оптимальной плотности посадки исходя из показателя «изменение плодовитости». На рис. 3 показано изменение плодовитости одной самки в зависимости от различных условий посадки.
Рис. 3. Зависимость плодовитости самки тимирязевской тиляпии от плотности посадки
Прерывистой кривой показан объем бассейна, необходимый для содержания стада для соблюдения заданной плотности посадки. На графике видно, что показатель нельзя оптимизировать для стада самок, поскольку минимальным пороговым объемом бассейна, при котором осуществляется нормальное движение рыбы, является емкость в 3 м3. Таким образом, установлено, что этот параметр нельзя использовать в качестве управляющего воздействия.
Очевидно, что условия содержания самцов также могут влиять на качество их половых продуктов. Однако из расчета необходимых для стада самцов площадей посадки следует, что этот показатель также не может быть параметром оптимизации (рис. 4).
Рис. 4. Потребности самцов в объемах бассейна при различных плотностях посадки
Важными оптимизирующими параметрами, которые можно успешно использовать, являются возраст производителей и их размер. Параметры являются взаимозависимыми, поэтому при нахождении оптимального возраста производителя будут найдены его оптимальный размер и масса. Качество производителей во многом определяет результаты всего технологического процесса получения товарной продукции рыб. Оптимальным будет считаться возраст, при котором наблюдаются наилучшие репродуктивные качества рыб [6].
В наших исследованиях производители были разделены на три возрастные группы: 6–9, 12–24 и 24–36 месяцев. На рис. 5 показано изменение двух репродуктивных параметров (относительная плодовитость и процент выхода личинок, при инкубации икры в ротовой полости рыб).
Рис. 5. Репродуктивные показатели производителей тимирязевской тиляпии
в зависимости от их возраста
Даже по этим двум параметрам видно, что предпочтение нужно отдавать производителям в возрасте 12–24 месяцев, средняя масса самки в этом возрасте составляет 650 г, самца – 800 г. Следует отметить, что от производителей данной группы отмечается и высокое качество потомства, определяемое показателями массы и диаметра икринок, процента выживаемости молоди
и ее среднесуточный прирост (табл.).
Репродуктивные показатели производителей тимирязевской тиляпии
Показатель Возраст производителей, мес.
6–9 12–24 24–36
Масса икринки, мг 3,2 ± 0,1 3,5 ± 0,1 3,9 ± 0,1
Диаметр икринки, мм 4,4 ± 0,1 4,8 ± 0,1 5,1 ± 0,1
Среднесуточный прирост молоди, г 0,11 0,14 0,13
Выход молоди, % 71,5 80,4 69,7
Полученные результаты свидетельствуют о том, что оптимальный срок использования производителей можно ограничить возрастом 2–2,5 года, поскольку с увеличением возраста резко снижаются их относительная плодовитость (до 2,5 шт./г), процент выхода предличинок (до 86,5 %) и другие репродуктивные показатели.
Уровень рН может являться оптимизирующим параметром, поскольку тиляпия выдерживает изменение его в широких пределах и может содержаться при уровне рН от 4,2 до 9 [7]. Однако параметр, безусловно, влияет на репродуктивные качества производителей. По материалам проведенных исследований установлено, что оплодотворяемость икры и выживаемость личинок имеют максимальные значения при рН в диапазоне 6–7,5. Подобные благоприятные пределы фактора среды подтверждаются работами ряда авторов при культивировании различных видов рыб, в том числе и тиляпии [8].
Заключение
Из всех рассматриваемых факторов основными управляющими воздействиями для оптимизации этапа преднерестового содержания производителей могут стать уровень кормления
и возраст производителей. Во многом от уровня кормления зависит себестоимость различных этапов технологического процесса выращивания рыбы в аквакультуре при соблюдении ограничений по остальным параметрам модели. Подбор оптимального значения управляющего воздействия позволяет снизить затраты на кормление и повысить плодовитость рыб при оптимальной их размерно-возрастной структуре, что позитивно повлияет на себестоимость процесса. Для реализации данного управляющего воздействия не требуется значительных затрат. Возможно использование как ручной подачи корма, так и недорогих автокормушек.
Значение показателя pH трудно поддерживать в оптимальных пределах, поскольку параметр очень лабильный, зависит от многих факторов и процессов, протекающих в установках замкнутого водоснабжения (время дня, периоды кормления, работа фильтров). Для его поддержания в оптимальных пределах необходимо внедрение сложных автоматизированных контуров регулирования систем, что потребует значительных затрат, поэтому использование в качестве управляющего фактора pH в данный период времени нецелесообразно, но такая возможность
не исключается в будущем при улучшении уровней управления в установках замкнутого водоснабжения и повышении доступности технологий.
1. Hoof L., Fabi G., Johansen V., Lisbjerg D., Kraus G. Food from the ocean; towards a research agenda for sustainable use of our oceans’ natural resources // Marine Policy. 2019. N. 105. P. 44-51.
2. Ottinger M., Clauss K., Kuenzer C. Opportunities and challenges for the estimation of aquaculture pro-duction based on earth observation data // Remote Sensing. 2018. N. 10 (7). R. 7-24.
3. Lima P. C. M., Abreu J. L., Silva A. E. M., Galvez A. O., Brito L. O. Nile tilapia fingerling cultivated in a low-salinity biofloc system at different stocking densities // Spanish Journal of Agricultural Research. 2018. N. 16 (4). e0612. 9 p.
4. Rutkovskiy A. L., Kovaleva M. A., Alikov A. Yu., Tedeeva N. V. Metod povysheniya effektivnosti rascheta dinamicheskih harakteristik ob'ekta upravleniya // Vestn. Voronezh. gos. un-ta. Ser.: Sistemnyy analiz i informacionnye tehnologii. 2017. № 2. S. 16-21.
5. Braynballe Ya. Rukovodstvo po akvakul'ture v ustanovkah zamknutogo vodosnabzheniya. Kopengagen: FAO, 2010. 74 s.
6. Plieva T. H., Tetdoev V. V. Vyraschivanie tilyapii v vodoemah s razlichnymi ekologicheskimi uslo-viyami // Izv. Orenburg. gos. agrarn. un-ta. 2009. № 3 (23). S. 16-19.
7. Tetdoev V. V. Vliyanie kisloy reakcii sredy na rost i reproduktivnuyu sistemu timiryazevskoy tilyapii // Vestn. RUDN. 2008. № 1. S. 16-20.
8. Boroneckaya O. I. Reproduktivnye pokazateli mozambikskoy tilyapii (Oreochromis mossambicus) v zavisimosti ot rN reakcii vodnoy sredy // Izv. TSHA. 2010. № 6. S. 131-137.
