Россия
Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук (младший научный сотрудник отдела водных биологических ресурсов бассейнов южных морей)
Россия
ВАК 03.02.2010 Гидробиология
ВАК 05.18.04 Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств
ВАК 05.18.17 Промышленное рыболовство
ВАК 06.04.2001 Рыбное хозяйство и аквакультура
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
В настоящее время остро обозначились проблемы экологизации сельского хозяйства и тенденция к уменьшению в крупных городах количества и качества продукции здорового питания. Решением главной задачи сельского хозяйства – повышения выхода биологической продукции – должно стать применение новых технологий, использование современных методов выращивания рыбной и сельскохозяйственной продукции. Совместное выращивание в установке этажного типа различных видов рыб, сельскохозяйственных растений и бактериальных штаммов открывает огромные возможности, позволяет сделать производство более эффективным, сократить сроки выращивания растений, получать безопасную продукцию. При культивации продукты жизнедеятельности выращиваемых рыб являются питательным источником для выращивания сельскохозяйственных культур гидропонным методом. Приведены данные об особенностях выращивания в аквапонической установке тиляпии и клубники при добавлении бактериального штамма. В ходе эксперимента проанализировано физио-логическое состояние тиляпии: показатели прироста массы, коэффициента упитанности. Совместное выращивание в установке рыб и растений приводит к накоплению в растениях высоких концентраций азотных соединений, что не только придает продукции неприятные вкусовые качества, но и может привести к ухудшению здоровья потребителя. Накопление нитратов в растениях приводит к сокращению разнообразия выращиваемой сельскохозяйственной продукции. Проведен эксперимент по использованию бактериального изолята (бактериального штамма) для уменьшения доли нитратов в системе и ускорения развития растений. Добавление в установку бактериального штамма позволило снизить уровень нитратов. Кроме того, обладая рядом хозяйственно полезных свойств (стимуляция роста и развития растений), бактериальный штамм подавлял развитие патогенов. Практическую ценность работы представляет возможность получать безопасную и экологически чистую рыбную и растительную продукцию в более короткие сроки.
аквапоника, тиляпия, установка замкнутого водоснабжения, нитраты, бактериальный штамм, клубника
Процесс сельскохозяйственного производства, основанный на совмещении двух направлений –гидропоники и аквасистемы – носит название аквапоника. Аквапоника – высокоэффективная технология, сочетающая производство растительной продукции и различных объектов аквакультуры в единой системе. Естественные отходы жизнедеятельности рыб служат питательным субстратом для растений [1–4]. Сосуществование рыбы и растений создает единую замкнутую безотходную систему, находящуюся в экологическом равновесии и по уровню экономических затрат соперничающую с традиционными сельскохозяйственными агротехнологиями. Клубника является наиболее выгодной для выращивания в условиях аквапоники культурой, т. к. ее выращивание обеспечивает более высокую прибыль по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами. Кроме того, на подобную сельскохозяйственную продукцию спрос населения круглогодичный.
Установки замкнутого водоснабжения обеспечивают высокий темп роста объектов аквакультуры, а также позволяют сохранять и рационально использовать водные ресурсы.
Интерес к разведению тиляпии, распространенной в странах с тропическим и субтропическим климатом, связан с ее полезными свойствами: она быстро размножается, обладает широким спектром питания, легко переносит неблагоприятные факторы среды; мясо рыбы отличается высокими пищевыми качествами [5, 6]. В последнее время этот объект стал широко использоваться для выращивания и в странах с умеренным климатом.
Цель работы – изучение особенностей микрофлоры тиляпии в аквапонической установке при добавлении в систему бактериального изолята, оценка роста и развития клубники.
Материалы и методы исследования
В модульных системах объемом по 500 л, с температурой воды 28 ± 1 °С, содержанием кислорода 5 ± 1 мг/л, рH – 7 ± 1, нитритов – 0,1–0,2 мг/л, аммиака-аммония – 0,5–1 мг/л, выращивали тиляпию. Плотность посадки тиляпии в бассейны для выращивания составила 35 экз. на 1 м3 в опыте и контроле. Совместно с тиляпией методом аквапоники выращивали клубнику сорта «Машенька». Эксперимент проводился в двух вариантах: с добавлением бактериального штамма (опыт) и без внесения бактериального штамма (контроль).
В опыте для ускорения роста растений и снижения в продукции доли нитратов применялся микробиологический биопрепарат на основе штамма бактерий. Культуральная жидкость изолята была ранее протестирована и представляет собой безопасный для рыб и окружающей среды раствор. Для приготовления суспензии изолята Serratia ficaria ТP3его культивировали на картофельном агаре при непрерывном перемешивании на качалке (120 об/мин) при температуре 280 °С [7, 8].
Стерильным скальпелем делали соскоб с поверхности тела рыб, полученный материал помещали на твердые питательные среды и растирали шпателем. Одновременно или по окончании посевов делали мазки из слизи поверхности тела, участков жабр, а также мазки-отпечатки из внутренних органов, окрашивая их метиленовой синью Леффлера, по Грамму.
Для статистической обработки данных использовали программу Microsoft Office Excel. Статистическую обработку результатов исследования проводили, используя критерий Стьюдента. Достоверно значимыми считались изменения при р ≤ 0,95.
Результаты исследования
Тиляпия. При выращивании тиляпии (рис. 1) большое значение уделяется ее адаптации к условиям содержания.
Рис. 1. Объект исследования – тиляпия
При совместном выращивании тиляпии и различных сельскохозяйственных растений были проведены исследования по изучению микрофлоры биофильтров. Бактериальный состав биофильтра имеет огромное значение в круговороте веществ в установке. Он представляет собой каскад проточных емкостей, заполненных камешками, полимерной крошкой или другими материалами, поверхность которых обсеменена микроорганизмами. Бактерии поглощают растворенные в воде органические вещества и связанные нитраты, попадающие в нее от продуктов жизнедеятельности рыб.
При выращивании тиляпии для оптимального и интенсивного развития растений в аквапоническую систему добавляли бактериальный штамм, обладающий ростостимулирующим действием на растения. Данная бактерия обладает фитостимулирующий способностью, подавляет развитие патогенной флоры, стимулирует увеличение содержания витамина С в плодах, снижение количества нитратов.
Микрофлора тела рыб непостоянна, ее состав зависит от условий жизни и окружающей среды: от типа рыбоводных водоемов, состава воды, иловых отложений. Согласно литературным данным микрофлорой тела здоровых рыб являются шаровидные формы: стрептококки, диплококки, стафилококки. Место их обитания – слизь, жабры. При повреждении кожных покровов они вызывают абсцессы, фурункулы. Из палочковидных форм обнаруживают кишечную палочку, синегнойную бактерию, сенную бациллу. Встречаются спорообразующие микробы, а также плесневые и лучистые грибы.
В модальных системах эксперимент был поставлен в двух вариантах: с применением бактериального штамма и без. При микроскопировании результатов исследования с применениембактериальной культуры были выделены грамотрицательные и грамположительные кокки и палочки, характерные для нормальной микрофлоры рыб. Численность клеток из посева в чистой пробе составила 4,2 × 107 КОЕ/мл. В пробе без добавления бактериального штамма наблюдалось развитие схожей микрофлоры. Численность клеток составила 5,3 × 107 КОЕ/мл. Патогенной микрофлоры не было выявлено. В результате исследования можно сделать вывод, что исследуемый бактериальный штамм снижает развитие микрофлоры.
В табл. 1 приведены данные по выращиванию тиляпии в аквапонической установке в течение 30 суток в опыте.
Таблица 1
Динамика массовых характеристик тиляпии в аквапонической установке в опыте
|
Показатель |
Исходное состояние |
Через 30 сут |
|
Масса, г |
246,35 ± 11,07 |
389,81 ±11,73 |
|
Абсолютный прирост, г |
– |
143,46 |
|
Среднесуточный прирост, г/сут |
– |
4,74 |
|
Среднесуточная скорость роста, % |
– |
1,52 |
|
Коэффициент массонакопления, ед. |
– |
0,10 |
|
Коэффициент упитанности по Фультону, ед. |
0,56 ± 0,02 |
0,68 ± 0,01 |
По окончании эксперимента было проведено исследование физиологических показателей тиляпии в обоих вариантах эксперимента (табл. 2).
Таблица 2
Динамика физиолого-биохимических показателей крови тиляпии
при выращивании в аквапонической установке
|
Показатель |
Опыт |
Контроль |
|
СОЭ, мм/ч |
3,83 ± 0,14 |
3,82 ± 0,15 |
|
Гемоглобин, г/л |
41,92 ± 4,271 |
43,51 ± 1,210 |
|
Общий белок, г/л |
45,30 ± 0,86 |
46,70 ± 0,34 |
Значения гемоглобина, СОЭ, общего белка были стабильны в обоих вариантах эксперимента, существенно не изменились. В контроле, по сравнению с опытом, показатель гемоглобина тиляпии был выше на 3,7%.
Таким образом, можно сделать вывод, что культуральная жидкость Serratia ficaria ТP3 не оказывает существенного воздействия на показатели крови тиляпии.
Клубника. Обработку клубники проводили этим же раствором бактериального штамма. Предварительно перед посадкой растений в систему осуществляли замачивание клубней в растворе бактериального штамма. Затем в течение всего эксперимента в опыте вели обработку растений путем опрыскивания каждые 10 дней (рис. 2).
Рис. 2. Выращивание клубники в аквапонической установке
Длина стебля по окончании эксперимента в опыте составляет 69 мм, а в контроле 46,2 мм (рис. 3).
Рис. 3. Длина стебля клубники
В опыте высота растений варьировала от 19 до 67 мм, а количество листьев от 3 до 5 шт. В контроле высота растений достигла 49 мм, а количество листьев варьировало от 3 до 4 шт. Урожайность клубники в опыте составила 5,2 кг/м3, а в контроле 3,8 кг/м3. В опыте с первых дней происходило более интенсивное развитие семян по сравнению с контролем, и данная тенденция сохранялась на всех этапах вегетации. Рабочий раствор изолята Serratia ficaria ТP3 активизировал физиологические процессы развития клубники.
Из анализа данных об урожайности клубники сорта «Машенька» (из расчета общего веса собранных плодов на количество урожайных кустов) следует, что обработка рабочим раствором изолята Serratiaficaria ТP3 не оказывала влияния на данный показатель
Также важным было определить количество нитратов в плодах клубники по окончании эксперимента.
В аквапонических установках чаще всего выращивают зеленые овощи (салат, шпинат, петрушку), которые накапливают нитраты в наибольшей степени и в короткие сроки. Чуть медленнее накапливают нитраты капуста, огурцы, тыква, кабачки. Превышение значения данного показателя не позволяет выращивать любую сельскохозяйственную продукцию в аквапоническойустановке. Повышение доли нитратов в овощах происходит за счет избыточного азотного питания продуктами жизнедеятельности рыб. Условия в установке также оказывают положительное действие на процесс быстрого накопления нитратов, в результате чего продукция становится полностью непригодной к употреблению. Поэтому при совместном выращивании растений и рыб возникает необходимость в использовании биопрепаратов, направленных на уменьшение содержания нитратов в овощах, и постоянном мониторинге выращиваемой продукции.
Из рис. 4 можно заключить, что при сборе урожая уровень нитратов в клубнике был намного меньше в опыте, чем в контроле, что доказывает эффективность биопрепарата.
Рис. 4. Уровень нитратов в клубнике
Таким образом, обработка клубники раствором бактериального штамма путем опрыскивания растений на этапе образования первой цветочной кисти оказывала наибольшее положительное влияние на ростовые показатели клубники в фазу цветения и в фазу плодоношения. Накопление нитратов клубнике было существенно ниже уровня предельно допустимой концентрации.
Заключение
Проведены исследования по изучению микрофлоры поверхности тиляпии при совместном выращивании тиляпии и различных сельскохозяйственных растений в аквапонической установке. Численность клеток с поверхности тиляпии в чистой пробе составила 4,2 ∙ 107 КОЕ/мл. В пробе без добавления бактериального штамма наблюдалось развитие схожей микрофлоры, но менее интенсивное. Численность клеток составила 5,3 ∙ 107 КОЕ/мл. Рабочий раствор изолята Serratiaficaria ТP3 активизировал физиологичеcкие процессы клубники сорта «Машенька», благоприятно воздействовал на развитие растений, способствовал снижению уровня нитратов и увеличению урожайности: урожайность клубники в опыте с культуральной жидкостью Serratiaficaria ТP3 составила 5,2 кг/м3, а в контроле – 3,8 кг/м3. Воздействие культуральной жидкости Serratiaficaria ТP3 на тиляпию не было отмечено.
1. Воронина М. В. Использование методов гидропоники в сельском хозяйстве // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. ст. по материалам XII Всерос. конф. молодых ученых (Краснодар, 05-08 февраля 2019 г.). Краснодар: Изд-во Куб. ГАУ им. И. Т. Трубилина, 2019. С. 219-220.
2. Евграфова Е. М., Лагуткина Л. Ю., Кузьмина Е. Г. Перспектива использования линя и австралий-ского рака в суперэффективных системах - аквапонике // Рыбоводство и рыбное хозяйство. 2019. № 9 (164). С. 62-71.
3. Данилова А. А., Юрина Н. А., Юрин Д. А., Максим Е. А. Аквапоника как перспективное направление сельского хозяйства // Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки: материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. (Ялта, 9-13 сентября 2019 г.). Симферополь: Изд-во НИИСХ Крыма, 2019. С. 36-37.
4. Дончуков Р. А., Лефанова И. В., Антонович О. А. Разработка системы автоматического управления и регулирования микроклимата в рамках проекта «Аквапоника» // Сахаровские чтения 2019 года: эколо-гические проблемы XXI века: материалы 19-й Междунар. науч. конф. (Минск, 23-24 мая 2019 г.). Минск: ИВЦ Минфина, 2019. Ч. 3. С. 307-311.
5. Пономарева Е. Н., Ильина Л. П., Соколова Т. А., Польшина Т. Н. Аквапоника в биотехнологии в модульной установке замкнутого водоснабжения // Окружающая среда и человек. Современные пробле-мы генетики, селекции и биотехнологии: материалы Междунар. науч. конф. памяти Д. Г. Матишова (Рос-тов-на-Дону, 5-8 сентября 2016 г.). Ростов н/Д.: Изд-во ЮНЦ РАН, 2016. С. 443-447.
6. Правдин И. Ф. Руководство по изучению рыб. М.: Пищ. пром-сть, 1966. 376 с.
7. Пат. РФ № 2545398. Штамм бактерий Serratia ficaria для стимуляции роста сельскохозяйственных растений и защиты от фитопатогенных грибов / Гридина Т. С., Дзержинская И. С.; опубл. 27.03.2015.
8. Гридина Т. С. Обработка томатов суспензией SerratiaTP3 для увеличения витамина С в плодах // Биологические науки. 2017. Вып. 33 (57). С. 6-8.
