ВведениеРазвитие биотехнологий оказывает существенное влияние на аквакультуру, стимулируя разработку новых продуктов, оптимизацию ресурсного использования и усложнение технологических процессов. Российская Федерация обладает значительным потенциалом в области рыбного хозяйства и аквакультуры, что обуславливает приоритетность развития данных отраслей для обеспечения стабильного использования ресурсов и производства высококачественной продукции.  Аквапоника представляет собой технологию, объединяющую аквакультуру и гидропонику в единый замкнутый цикл. Совместное выращивание и правильно подобранные условия среды позволяют достичь устойчивого роста гидробионтов и растений, при этом выращивание растений и гидробионтов происходит в кратчайшие сроки. Постоянная циркуляция воды, выращивание различных рыб и одновременно растений, которые получают биологические вещества для своего развития, создают единую многоуровневую систему: рыбы производят продукты жизнедеятельности, которые перерабатываются бактериальными культурами в доступные формы для растений для получения экологически чистой продукции [1, 2]. Аквапоника является экологически чистой технологией благодаря созданию устойчивых условий выращивания и эффективности работы, т. к. она решает ряд проблем традиционного сельского хозяйства: минимизировать расход воды и исключить использование пестицидов и гербицидов, решить проблемы с истощением земель, загрязнением пресной воды.  В России проводятся исследования [3] и существуют действующие проекты по совместному выращиванию гидробионтов и растений (AquaVega, КФХ «Аквапоника»). Используются установки различной конструкции в Астраханском государственном техническом университете, Южном научном центре Российской академии наук (ЮНЦ РАН), Краснодарском научном центре по зоотехнии и ветеринарии, Всероссийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии [4, 5].  Использование разных по объему модульных систем с замкнутым циклом водоснабжения для получения товарной рыбопродукции при высоких плотностях посадки является перспективным направлением аквакультуры [6]. Но увеличение плотности посадки рыб приводит к повышению концентрации азотистых веществ в водной среде. Для решения этой проблемы целесообразно создавать искусственные экосистемы на базе установок замкнутого водоснабжения (УЗВ), в состав которых входят модули по выращиванию объектов аквакультуры и растений.В УЗВ можно выращивать различные виды рыб, креветок, моллюсков, раков, а также создавать агрогидросистемы для выращивания овощей, зелени, клубники и т. д. [7, 8]. В совмещенной системе отходы жизнедеятельности объектов аквакультуры (корм, фекалии) после механического фильтра могут поступать в емкости с растениями. С использованием новых микробиологических бактериальных штаммов (например, штамма Serratia ficaria TP3) [9] остатки жизнедеятельности рыб и взвешенные частицы преобразуются в минеральный раствор, который служит для питания растений в системе гидропоники. Затем использованная жидкость проходит фильтрацию, насыщается кислородом и снова поступает в рыбоводные емкости. Подобные установки позволяют получать экологически чистую продукцию растительных культур и снижать затраты на выращивание гидробионтов [7, 8]. Использование в данных установках микробиологических штаммов, обладающих полезными биологическими свойствами, – одно из фундаментальных научных решений, которое позволяет улучшать условия выращивания и наладить весь цикл выращивания. Большую роль играют микробиологические штаммы (Nitrosomonas, Nitrobacter) для очищения воды, позволяя удалять загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, или превращать их в безвредные продукты [6]. Использование микробиологических штаммов в системах аквапоники – одно из новых направлений, позволяющих экологизировать специализированные системы по производству товарной высококачественной продукции. Целью работы является изучение выращивания растений в аквапонической системе с добавлением бактериального изолята, обладающего хозяйственно полезными свойствами.  Материал и методы исследованийИсследования проводили в ЮНЦ РАН. Объектами исследования являлись тиляпия мозамбикская (Oreochromis mossambicus L.) и сельскохозяйственные культуры: баклажан (Solanum melongena L., 1753), сорт «Аметист» (включен в Государственный реестр селекционных достижений РФ); клубника (Fragaria moschata L., 1753) – земляника садовая, сорт «Сашенька F1»; кабачок (Cucurbita pepo subsp. pepo), сорт «Маша F1» (включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в РФ). При выборе растений для выращивания методом аквапоники учитывали следующие критерии: гибрид (для возможного самоопыления), скороспелые (возможно среднеспелые), компактные. Для экспериментов использовали аквапоническую установку (рис. 1).   Рис. 1. Принципиальная схема аквапонической установки Fig. 1. Schematic diagram of an aquaponic installation  Вода из рыбоводного бассейна объемом 1 м3 по трубопроводу диаметром 110 мм поступает в самотечном режиме в барабанный фильтр с фильтрующей микросеткой размером 40 мкм, затем, такжев самотечном режиме, вода из фильтра поступает в бассейн-сумматор, который тоже выполняет роль биологического фильтра. Далее при помощи центробежного асинхронного насоса с префильтром по первой трубопроводной линии технологическая вода подается в три лотка, в каждый при помощи шаровых кранов. В каждом лотке высажены растения в соответствии с требованиями к субстрату (плавающие, рафт-система). В установку посадили 1 580 экз. тиляпии средней массой 160 г, общая биомасса рыбы составила 24 000 г на 1 м3.  Кормление рыб проводилось в соответствии с ор-ганической нагрузкой на системы аквапоники [10]. Кормление проводили комбикормом Coppens vital со следующим составом: протеин – 44 %, жир – 16 %. Эффективность выращивания тиляпии оценивалась по приросту (абсолютному и среднесуточному), среднесуточной скорости роста и коэффициенту массонакопления [11].Состояние водной среды оценивалось по гидрохимическим показателям: рН, содержание кислорода О2, нитритов NO2, нитратов NO3. Температурный режим поддерживался в оптимальном диапазоне от 25 до 27 ºС, обеспечивающем  благоприятные условия для роста растений и жизнедеятельности рыб. Семена опытной группы растений перед посадкой в аквапоническую установку обрабатывали заранее подготовленной культуральной жидкостью Seratia ficaria TP3 в рабочей концентрации 109 КОЕ/мл. В контрольной группе семена замачивали в воде. Приготовление рабочего раствора культуры Serratia ficaria TP3 проходило по следующей схеме: 1. Для культивирования штамма использовали агар, который стерилизовали при 120 °С 30 мин. Культуру пересевали в чашки Петри.2. Суспензию изолята получали путем внесения двух петель биомассы трехсуточной культуры Serratia ficaria ТP3 со скошенного агара и вносили в 200 мл жидкого агара, культивировали на качалке при непрерывном перемешивании (120 об/мин) в течение 24 ч при температуре 28 °С.3. Рабочий раствор готовили путем внесения 50 мл жидкого раствора в 1 л отвара картофеля и культивировали его на качалке (120 об/мин) в течение 48 ч при температуре 28 °С при непрерывном перемешивании. В готовом растворе концентрация клеток составила 109 КОЕ/мл, замеры проводили путем высева и подсчета клеток.4. Растения заранее замачивали в рабочем растворе и затем сажали в рафт-систему модельной установки.В эксперименте выделяли следующие основные периоды:– первый период – от посева семян до появления проростка, семена замачивали в рабочем растворе культуральной жидкости исследуемого штамма; – второй период начинался с появления проростка и заканчивался образованием 3–4 сформировавшихся листа;– третий период – формирование соцветия и зачатков цветков;– четвертый период соответствует фенофазе бутонизации и цветения;– пятый период соответствует фенофазе плодоношения.В качестве субстрата использовали керамзит (средней фракции, до 1 см в диаметре), т. к. в нем корневая система растений хорошо удерживается и развивается. При выращивании растений на вермикулите и кокосовом волокне происходило сильное вымывание этих субстратов при циркуляции воды в установке. Минеральную вату использовали при выращивании рассады, постоянное нахождение ее в воде вызывает появление синезеленых водорослей, что приводит к загниванию растений. Для проращивания семян растительных культур были использованы гидропонные лотки с пробками из минеральной ваты. В углубления пробок минерального субстрата, предварительно напитанных водой, которая была обработана бактериальной культурой из бассейна с тиляпией, поместили 1 семя кабачка, 2 – баклажана, 2 – клубники и засыпали сверху вермикулитом мелкой фракции. Для определения всхожести были использованы пробы по 100 семян.  Для каждого сорта растения было задействовано по 15 пробок минеральной ваты. После подращивания растений, появления двух листьев и корня через 10–12 сут каждое растение рассаживали в пластмассовые горшочки с керамзитом и помещали в гидропонные плавающие маты, которые помещают в бассейны (рыбоводных емкостей) с рыбами. Освещение растений при выращивании производилось лампами мощностью 200–300 лк, которые находились над растениями на расстоянии 40 см. Продолжительность эксперимента составила 60 сут. Перед посадкой в систему проводили сравнение растений в опыте и в контроле. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием среднего значения и стандартной ошибки (М ± m). Для сравнения групп применялся t-критерий Стьюдента при нормальном распределении и критерий Манна – Уитни – при его отсутствии. Результаты исследования и обсуждениеРастения. В ходе проведенного исследования было установлено, что в опыте, по сравнению с семенами в контроле, развитие семян клубники происходило с первых дней. Всхожесть семян в опытной группе была 98 %, в контрольной – 95 %. В опытной группе наблюдалось увеличение высоты стебля и сырой массы клубники в 2,8 раза, при этом количество листьев возросло от 4 до 9 шт. (табл. 1).  Таблица 1 Table 1Показатели роста клубники «Сашенька F1» Indicators of strawberry growth “Sashenka F1”Времявыращивания, сутОпытКонтрольДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, гДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, г1012,26 ± 0,07419,05 ± 0,08b12,13 ± 0,03312,08 ± 0,03b2014,37 ± 0,05a*621,04 ± 0,03b13,04 ± 0,03a423,04 ± 0,04b3021,04 ± 0,02a722,04 ± 0,02b20,29 ± 0,05a426,11 ± 0,03b4022,76 ± 0,03828,07 ± 0,0322,06 ± 0,04528,03 ± 0,025030,23 ± 0,04a835,07 ± 0,04b28,05 ± 0,04a637,06 ± 0,03b6033,74 ± 0,04a954,07 ± 0,03b32,09 ± 0,03a639,04 ± 0,0b * a, b – значения cтатистически значимо различаются при p < 0,01.  В контрольной группе соответствующие показатели составили: увеличение длины стебля – в 2,6 раза, сырой массы – в 3,4 раза, количества листьев – от 3 до 6 шт. Через 60 дней выращивания высота стебля в опытной группе достоверно превышала показатели контрольной группы на 5,4 %, а сырая масса – на 38,5 %. Урожайность в опыте составила 2,4 кг/м³, тогда как в контроле – 1,9 кг/м³.  Всхожесть семян баклажанов в опыте составила 96,7 %, а в контроле – 95,8 %. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.   Таблица 2 Table 2Показатели роста баклажана сорта «Аметист»Growth indicators of eggplant of “the Amethyst” varietyВремявыращивания, сутОпытКонтрольДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, гДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, г1015,05 ± 0,02a*430,07 ± 0,04b12,09 ± 0,03a429,03 ± 0,02b2017,01 ± 0,05a646,14 ± 0,04b16,06 ± 0,02a641,09 ± 0,03b3023,07 ± 0,05a749,04 ± 0,02b19,03 ± 0,03a742,13 ± 0,07b4031,99 ± 0,04c857,99 ± 0,07b31,20 ± 0,24c853,04 ± 0,12b5042,86 ± 0,32c971,87 ± 0,17b41,96 ± 0,05c968,04 ± 0,03b6052,01 ± 0,07a10119,97 ± 0,14b52,79 ± 0,18a10112,09 ± 0,12b * a, b – значения cтатистически значимо различаются при p < 0,01; c – при p < 0,05.  Обработка растений бактериальной культурой способствовала более быстрому развитию растений в опыте по сравнению с контролем. Минимальная средняя длина побега была зафиксирована на 10 сут в контроле – 12,09 см, а максимальная средняя длина – в опыте 15,05 см. Длина стебля по окончании эксперимента в опыте составила 52,01 см, а в контроле – 52,79 см, при этом сырая масса плодов была выше в опыте на 7,03 %. Количество листьев в обеих группах – от 4 до 10 шт. Урожайность в опыте составила 3,1 кг/м3, а в контроле – 2,7 кг/м3.В рамках проведенного исследования всхожесть семян кабачка в опытной группе составила 98 %, в то время как в контрольной группе – 95 %. Динамика роста растений отражена в табл. 3.  Таблица 3Table 3Показатели роста кабачка сорта «Маша F1»Growth indicators of “the Masha F1” varietyВремявыращивания, сутОпытКонтрольДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, гДлинастебля, смКоличество листьев, шт.Сыраямасса, г1015,01 ± 0,08a*430,09 ± 0,14b12,11 ± 0,12a429,06 ± 0,09b2016,91 ± 0,17a646,20 ± 0,17b15,99 ± 0,16a641,73 ± 0,47b3021,81 ± 0,42a740,8 ± 0,27b16,24 ± 0,13a741,77 ± 0,20b4027,91 ± 0,11a850,87 ± 0,20b26,00 ± 0,09a848,8 ± 0,14b5029,79 ± 0,19a981,83 ± 0,14b27,84 ± 0,13a982,86 ± 0,18b6032,20 ± 0,33c10100,00 ± 0,13b31,07 ± 0,27c1096,84 ± 0,26b * a, b – значения cтатистически значимо различаются при p < 0,01; c – при p < 0,05.  Установлено, что примененная обработка культуральной жидкостью Seratia ficaria TP3 оказала стимулирующее воздействие на вегетативный рост кабачка. На 10-й день культивации опытная группа демонстрировала статистически значимое увеличение высоты стебля на 23,95 % и сырой массы на 3,54 % по сравнению с контролем. В последующие периоды наблюдения разница в высоте стебля между опытными и контрольными растениями варьировала от 3,64 до 34,3 %. По сырой массе отмечены колебания с переменным преимуществом опытной или контрольной группы. К моменту завершения эксперимента опытные растения превышали контрольные по высоте на 3,73 % и по сырой массе на 3,26 %. Урожайность в опыте составила 3,1 кг/м3, что выше, чем в контроле (2,7 кг/м3), на 14,81 %. Эксперименты по выращиванию клубники, баклажанов и кабачков с добавлением бактериального штамма продолжаются до получения конечной продукции. Рыба. Тиляпия в течение периода выращивания достигла общего прироста массы в 125,24 г, что в среднем составляет 2,09 г в сутки при среднесуточной скорости роста 0,97 %. Коэффициент накопления массы составил 0,058 ед. В ходе эксперимента погибших рыб не было, выживаемость была 100 %-й. Динамика роста была неравномерной: наиболее активный набор массы происходил в начале выращивания. Так, за первые 20 дней прирост составил 53,81 г, что является значительной долей (42,96 %) от общего прироста за весь период измерения (рис. 2). Рис. 2. Динамика показателей роста тиляпии Oreochromis mossambicus Fig. 2. Dynamics of tilapia Oreochromis mossambicus growth indicators  Суточная скорость роста (% в день) изменялась за время выращивания от 0,55 до 1,18 %, коэффициент массонакопления – от 0,033 до 0,099 ед. В период выращивания растений и рыбы все показатели оставались в пределах допустимых диапазонов. Уровень рН изменялся в бассейне с рыбой от 7,3 до 8,1 ед., в лотке с растениями – от 7,3 до 7,8 ед. Содержание растворенного кислорода в воде у рыб составляло от 7,8 до 8,8 мг/л, а у растений – от 7,9 до 9,0 мг/л. Температура воды соответствовала требованиям для растительных культур и рыб – 25–25,8 ºС (рис. 3).   Рис. 3. Динамика гидрохимических показателей Fig. 3. Dynamics of hydrochemical indicators Для обеспечения стабильности аквапонной системы и сохранения здоровья рыб критически важно контролировать такие параметры воды, как аммиак, нитриты и нитраты [12]. Эти соединения, образующиеся в основном из отходов жизнедеятельности рыб и несъеденного корма, должны эффективно перерабатываться и усваиваться, чтобы избежать накопления и нарушения равновесия. Значение уровня азотистых соединений служит индикатором эффективности работы системы. Особую опасность для рыб представляют повышенные концентрации нитритов, в отличие от умеренного роста уровня нитратов. Тиляпия, хотя и способна переносить значительные колебания концентрации нитратов, более уязвима к хроническому воздействию нитритов, которое может привести к проблемам  с  доставкой кислорода и замедлению роста [13].  Концентрация нитритов в исследуемой воде изменялась в пределах 0,014–0,031 мг/дм³ (рис. 4), что соответствует оптимальным показателям по данным Nadia Z. M. et al. [14] (0,06 мг/л для NO2). Уровень нитратов, напротив, находился в диапазоне 18,5–51,45 мг/дм³, превышая оптимальные значения (<20 мг/л для NO₃), но это не оказало негативного влияния на здоровье рыб, поскольку в аквапонической установке происходит рециркуляция воды для ее непрерывной очистки [15, 16].   Рис. 4. Динамика показателей азотистых соединений Fig. 4. Dynamics of indicators of nitrogenous compounds  Примечательно, что NO3– не токсичен для рыб и способствует росту растений [1], поскольку растения могут напрямую использовать как аммиачный, так и нитратный азот [17]. Причиной высокого содержания NO3 могут быть низкие плотности посадки растений. В этих условиях растения не могут в полной мере использовать доступный азот, и больше нитратов остается в воде. При проектировании аквапоники малого масштаба низкая плотность посадки растений упрощает управление и снижает трудозатраты, но ограничивает способность системы удалять и восстанавливать питательные вещества. Увеличение плотности посадки растений или включение смеси листовых и плодовых культур, вероятно, улучшит использование нитратов и увеличит общую биомассу [13, 18–20]. Таким образом, сследование роста  клубники показало значительные различия в количестве листьев, длине побегов, свежей массе и урожайности (г) между вариантами. ЗаключениеПроведены эксперименты по выращиванию в аквапонической установке ЮНЦ РАН растительных культур с длинным вегетационным циклом (баклажан, клубника, кабачок) от момента всхода до получения зеленой массы и 150 экз. мозамбикской тиляпии (Oreochromis mossambicus) средней массой 160 г, общая биомасса рыбы составила 24 000 г на 1 м3. В ходе эксперимента выявили влияние штамма Serratia ficaria TP3 на стимуляцию роста семян в опыте. Показано, что все культуры (кроме баклажана) имели большую всхожесть семян и рост стебля, чем в контроле.