ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНДУСТРИАЛЬНОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ АКВАКУЛЬТУРНОЙ ПРОДУКЦИИ
Авторы:
1.
Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук
(младший научный сотрудник отдела водных биологических ресурсов бассейнов южных морей)
Россия
Россия
2.
Астраханский государственный технический университет
(д-р биол. наук, профессор; ведущий научный сотрудник лаборатории биотехнологии сохранения и воспроизводства ценных видов рыб)
Тип:
Статья
Страницы:
с 97
по 103
Статус:
Опубликован
Получено:
17.06.2021
Одобрено:
17.06.2021
Опубликовано:
17.06.2021
Классификаторы:
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
искусственные экосистемы, осетровые, клариевый сом, тиляпия, гидропоника, бактериальный препарат, азотистые вещества, качество продукции
Аннотация (русский):
Использование новейших технологий с использованием установок замкнутого водоснабжения (УЗВ) позволяет выращивать объекты аквакультуры при высоких плотностях посадки и круглогодично. Однако реализация этой технологии имеет ряд сложностей, в первую очередь, – необходимость очистки воды от метаболитов. Альтернативой технологии УЗВ является экологический подход в получении аквакультурной продукции, который реализован нами с применением искусственных экосистем, или, иначе, агрогидроэкосистемы на базе УЗВ. Проведен эксперимент по совместному выращиванию гибрида «стерлядь × белуга» с тиляпией в аквапоническом модуле интегрированной этажной установки (ИЭУ), отмечено повышение коэффициента массонакопления и среднесуточной скорости роста рыб. При правильном выборе параметров, удовлетворяющих условиям выращивания всех экспериментальных объектов, применение технологии ИЭУ позволяет получать высокий прирост массы гидробионтов и дополнительную продукцию с единицы площади (салат, клубника). Введение блока гидропоники в систему снижает количество азотистых веществ в среде, при этом еще большего эффекта можно добиться добавлением в систему микробиологического препарата (культуральной жидкости). При использовании ИЭУ сырьевые ресурсы и энергия расходуются наиболее рационально при минимальном воздействии на окружаю-щую среду
Использование новейших технологий с использованием установок замкнутого водоснабжения (УЗВ) позволяет выращивать объекты аквакультуры при высоких плотностях посадки и круглогодично. Однако реализация этой технологии имеет ряд сложностей, в первую очередь, – необходимость очистки воды от метаболитов. Альтернативой технологии УЗВ является экологический подход в получении аквакультурной продукции, который реализован нами с применением искусственных экосистем, или, иначе, агрогидроэкосистемы на базе УЗВ. Проведен эксперимент по совместному выращиванию гибрида «стерлядь × белуга» с тиляпией в аквапоническом модуле интегрированной этажной установки (ИЭУ), отмечено повышение коэффициента массонакопления и среднесуточной скорости роста рыб. При правильном выборе параметров, удовлетворяющих условиям выращивания всех экспериментальных объектов, применение технологии ИЭУ позволяет получать высокий прирост массы гидробионтов и дополнительную продукцию с единицы площади (салат, клубника). Введение блока гидропоники в систему снижает количество азотистых веществ в среде, при этом еще большего эффекта можно добиться добавлением в систему микробиологического препарата (культуральной жидкости). При использовании ИЭУ сырьевые ресурсы и энергия расходуются наиболее рационально при минимальном воздействии на окружаю-щую среду
Ключевые слова:
искусственные экосистемы, осетровые, клариевый сом, тиляпия, гидропоника, бактериальный препарат, азотистые вещества, качество продукции
искусственные экосистемы, осетровые, клариевый сом, тиляпия, гидропоника, бактериальный препарат, азотистые вещества, качество продукции
Введение
Наиболее перспективным направлением в использовании новейших технологий получения аквакультурной продукции является создание небольших по площади модульных систем
с замкнутым циклом водоснабжения, что позволяет выращивать объекты аквакультуры при высоких плотностях посадки с увеличением выхода конечной продукции [1–4]. Однако увеличение плотности посадки рыб влечет повышение концентрации азотистых веществ в воде. Такая проблема, как правило, решается применением в системе очистки воды в установках замкнутого водообеспечения биологических фильтров и оксигенации воды, что повышает себестоимость производимой продукции.
Перспективным направлением в решении этих проблем является экологический подход
в производстве продукции аквакультуры, при котором наиболее рационально используются сырьевые ресурсы и энергия при минимальном воздействии на окружающую среду. Набирают популярность искусственные экосистемы, или агрогидроэкосистемы, на базе УЗВ, которые включают в себя модули по выращиванию объектов аквакультуры и растений методом гидропоники. Это направление получило развитие с созданием опытных установок аквапоники в ряде стран западной Европы, США и в Японии [5–7]. Исследование аквапонических систем велось и в России [8–11], однако они не получили должного развития.
Наиболее эффективными являются интегрированные замкнутые рециркуляционные системы, в которых степень утилизации органического вещества (корма, остатков корма, метаболитов) увеличивается за счет использования в этих установках поликультуры в сочетании с технологией гидропоники при их пространственном разграничении путем применения модулей. Такая технология позволяет размещать эти системы в непосредственной близости к потребителям – жителям крупных городов – вследствие компактности и экологичности. Особенностью такой технологии является создание единой замкнутой безотходной системы, которая по экономическим затратам соперничает с сельскохозяйственными агротехнологиями [12].
Материал и методы исследований
Исследования проводили в различных модулях интегрированной этажной установки (ИЭУ), разработанной в ЮНЦ РАН и сконструированной на основе модулей, рассчитанных на совместное выращивание различных объектов аквакультуры и сельскохозяйственной продукции. В основе исследований – принципы тесной взаимосвязи между гидробионтами и растения-ми. Это позволяет создавать наиболее благоприятные условия (искусственную экосистему) для совместного выращивания, способствующие интенсивному росту и развитию объектов, включенных в технологический процесс.
Объектами исследования являлись гибрид «стерлядь × белуга», тиляпия (сем. Cichlidae)
и клариевый сом (сем. Clarias).
Кормление осуществлялось искусственными готовыми кормосмесями фирмы Сoppens. Взвешивание и измерение рыбы проводилось согласно рекомендациям И. Ф. Правдина [13].
Состояние среды оценивалось по следующим гидрохимическим показателям: рН, содержание в воде кислорода, нитритов, нитратов и аммонийного азота.
Эффективность применяемой технологии оценивали по показателям абсолютного и среднесуточного прироста, среднесуточной скорости роста и коэффициенту массонакопления объектов исследования.
Результаты анализов обрабатывались с применением методов биологической статистики
с помощью пакетов программ Microsoft Excel: описательной статистики и вычислением
t-критерия Стьюдента с определением уровня значимости (р) для сравниваемых неравночисленных малых выборок [14].
Результаты и обсуждение
Для экспериментального обоснования экологического подхода к выращиванию объектов аквакультуры были проведены исследования, включающие их подбор и обоснование совместного культивирования. Предварительные исследования выявили преимущество выращивания в замкнутых системах водообеспечения гибрида «стерлядь × белуга», в сравнении с русским осет-ром и гибрида русского и сибирского осетров, что позволило определить его в качестве основного объекта выращивания в ИЭУ, представляющей собой искусственную экосистему (табл. 1).
Таблица 1
Сравнительная динамика рыбоводных показателей при выращивании осетровых в УЗВ
Показатель Гибрид русского
и сибирского осетра Гибрид
«стерлядь × белуга» Русский осетр
Масса начальная, г 63,11 ± 2,40 65,25 ± 2,41 43,06 ± 5,03
Масса конечная, г 79,40 ± 3,30 95,21 ± 3,29 57,91 ± 4,26
Абсолютный прирост, г 16,29 29,96 14,85
Среднесуточный прирост, г/сут 0,54 1,00 0,50
Среднесуточная скорость роста, % 3,31 3,34 3,37
Коэффициент массонакопления, ед. 0,032 0,055 0,037
Коэффициент упитанности по Фультону, ед. 0,28 ± 0,01 0,30 ± 0,02 0,34 ± 0,32
Время эксперимента, сут 30 30 30
Большинство исследуемых показателей у гибрида «стерлядь × белуга» были лучше, чем у других исследованных рыб. Так, среднесуточный прирост у гибрида «стерлядь × белуга» был в 2 раза больше, чем у русского осетра, и 1,8 раза больше, чем у гибрида «русский × сибирский осетры».
Экспериментально установлено, что при совместном выращивании гибрида «стерлядь × белуга» и клариевого сома рыбоводные показатели последнего оказались примерно такими же, как и при отдельном выращивании его в УЗВ.
При совместном выращивании выбранного основного объекта и тиляпии в аквапоническом модуле ИЭУ рыбоводные показатели оказались даже несколько лучше, чем в случае от-дельного выращивания тиляпии в УЗВ: коэффициент массонакопления тиляпии был выше на 12,5 %, а среднесуточная скорость роста – на 5 %
Последовательное выращивание нескольких объектов в одной системе позволяет получить дополнительную продукцию, используя одну и ту же систему замкнутого водообеспечения. Из результатов эксперимента следует, что за 178 дней можно при совместном содержании гибрида «стерлядь × белуга» и тиляпии или клариевого сома в разных модулях ИЭУ вырастить особей гибрида «стерлядь × белуга» до 513,7 г, тиляпии – до 326,5 г, клариевого сома – до
1 027,55 г при выживаемости более 90 %. Таким образом, в качестве объектов последовательно-го выращивания в аквакультурных модулях ИЭУ хорошо себя проявили гибрид «стерлядь × белуга» как основной объект и клариевый сом и тиляпия как дополнительные. При этом, как
в этом случае, так и при дальнейшем интегрировании технологии с одновременным культивированием рыб и растений, необходимо было решить вопрос с созданием необходимых условий среды, где развиваются объекты. Так как наиболее требовательным к условиям среды является основной объект выращивания – гибрид «стерлядь × белуга», – в качестве основных были выбраны параметры среды, удовлетворяющие условиям выращивания осетровых рыб. В то же время необходимо было выбрать такую температуру среды, которая была бы близкой к оптимуму для всех выращиваемых объектов. Если для осетровых благоприятной является среда
с температурой 18–26 °С, то для клариевого сома и тиляпии – 25–30 °С, а для растительных культур – 24–28 °С. Учитывая предпочтения всех объектов выращивания, нами была выбрана наиболее подходящая для выращивания всех трех объектов аквакультуры в ИЭУ температура воды в 24–25 °С, что является компромиссным вариантом режима культивирования исследуемых объектов. По остальным гидрохимическим показателям воды мы ориентировались на более жесткие требования к таковым объектов наших исследований. Наиболее строгими оказались требования по отношению к значению рН нитрифицирующих бактерий, оптимальный диапазон которого для их функционирования составляет 7,1–7,8 ед. Для исследованных рыб и растений допустимы более широкие колебания рН, т. е. в целом по системе во всех модулях ИЭУ рН среды не должен выходить за пределы этих колебаний. Остальные параметры среды должны соответствовать нормативам выращивания объектов культивирования и, в первую очередь, нормативам выращивания рыб в нашей системе с оборотным и замкнутым водоснабжением и особенно по содержанию азотистых веществ.
Наиболее сложным периодом в части содержания азотистых веществ при классическом выращивании осетровых в УЗВ является время формирования биофильтра, которое в наших исследованиях составило около 20 суток, после чего гидрохимические показатели стабилизировались. Введение в эксперименты блока с растительными культурами позволило снизить максимальное содержание азотистых веществ в воде 1,3–1,8 раза. Кроме того, нитрифицирующие бактерии в этих условиях развивались быстрее, сокращая сроки выхода биофильтра на рабочий режим. В целом блок гидропоники оказывал положительное влияние на содержание азотистых веществ в воде в течение всего периода выращивания рыб. Концентрации нитритов в воде
в конце выращивания снизились в 2,5 раз, нитратов – в 1,9, а аммиака – в 1,2 раза. Еще больший эффект по снижению азотистых веществ в воде принесло добавление в систему культуральной жидкости Serratia ficaria TP3 в рабочей концентрации 109 КОЕ/мл. Концентрация нитритов
в этом случае в конце периода выращивания снизилась в 12,2 раза, нитратов – почти в 3 раза, аммиака – в 1,3 раза. При этом наблюдался более устойчивый и интенсивный рост растений на фоне снижения в них уровня нитратов.
Совместное выращивание рыб и растений положительно сказывается не только на среде, но и на интенсивности роста объектов аквакультуры, что продемонстрировали опыты с клариевым сомом и тиляпией, у которых она была выше на 22 и 15 % соответственно (табл. 2, 3).
Таблица 2
Показатели роста клариевого сома при совместном выращивании с растениями (салат)
Показатель Контроль Опыт
Масса, г:
начальная
конечная
1,30 ± 0,37
48,45 ± 0,30
1,2 ± 0,34
58,90 ± 0,39
Абсолютный прирост, г 47,15 ± 0,42 57,70 ± 0,40
Среднесуточный прирост, г 1,07 ± 0,26 1,28 ± 0,21
Продолжительность выращивания, сут 45 45
Выживаемость, % 95 98
Таблица 3
Рыбоводные показатели совместного выращивания тиляпии и клубники
Показатель Контроль Опыт
Масса, г:
начальная
конечная
123,91 ± 0,85
238,39 ± 6,34
123,36 ± 1,72
255,50 ± 9,62
Абсолютный прирост, г 114,48 132,14
Среднесуточный прирост, г 1,76 2,03
Продолжительность выращивания, сут 65 65
Выживаемость, % 92 95
Применение культуральной жидкости Serratia ficaria TP3 при выращивании объектов аквакультуры совместно с растениями приводит, помимо еще большего повышения интенсивности роста (табл. 4), также увеличению мышечного индекса, с улучшением качественного состава мышц выращиваемых рыб в сравнении с контролем (УЗВ).
Таблица 4
Результаты выращивания гибрида «стерлядь × белуга» и клариевого сома
совместно с салатом при добавлении культуральной жидкости бактериального изолята
Показатель Опыт (растение и бактериальный изолят) Контроль (без растений)
гибрид сом гибрид сом
Масса начальная, г 15,24 ± 0,76 10,45 ± 0,24 15,03 ± 0,61 10,45 ± 0,24
Масса конечная, г 200,05 ± 6,79 489,70 ± 16,70 185,90 ± 6,48 370,56 ± 12,60
Абсолютный прирост, г 184,81 479,25 170,87 360,11
Среднесуточный прирост, г/сут 2,64 6,84 2,44 5,14
Среднесуточная скорость роста, % 3,47 5,24 3,45 4,47
Коэффициент массонакопления, ед. 0,14 0,23 0,13 0,20
Продолжительность эксперимента, сут 70
Выявлено увеличение мышечной массы у экспериментальных рыб до 16,46 %, что в 1,08 раза выше, чем у рыб из УЗВ.
Добавление бактериального штамма при выращивании рыб с растительными культурами положительно влияло на качественный состав их мышц. Так, содержание белка и жира у гибрида и клариевого сома оказалось выше в опыте: белка на 12 и 8 % соответственно, а у тиляпии на 20 %, жира в 1,6 и 1,2 раза у гибрида и клариевого сома, при снижении у тиляпии в 1,9 раза. Это указывает на более комфортные условия, формирующиеся в процессе применения экосистемного подхода в ИЭУ при выращивании объектов аквакультуры, что подтверждает и их физиологическое состояние в сравнении с рыбами из УЗВ. Это можно видеть на примере гибрида «стерлядь × белуга» (табл. 5).
Таблица 5
Динамика физиолого-биохимических показателей крови при выращивании гибрида
«стерлядь × белуга» в обычной УЗВ и в установке этажного типа
Показатель Начало эксперимента Через 30 суток
в УЗВ в установке этажного типа
СОЭ, мм/ч 2,90 ± 0,87 1,89 ± 0,17 1,50 ± 0,60*
Гемоглобин, г/л 66,3 ± 5,63 46,0 ± 1,00 56,0 ± 0,60**
Общий белок, г/л 17,31 ± 0,82 20,0 ± 1,00 30,0 ± 2,40**
Общие липиды, г/л 3,82 ± 0,22 3,96 ± 0,25 2,1 ± 0,10*
* Различие недостоверно, р > 0,05.
** Различие достоверно, р < 0,05.
Перспективность экосистемного подхода в повышении эффективности индустриальной технологии получения экологически чистой продукции в аквакультуре проявляется не только более высокими темпами роста и выживаемостью гидробионтов, но и лучшим качеством получаемой продукции в сравнении с традиционными технологиями. Введение в производство таких технологических методов позволяет увеличить эффективность производства в 5,5 раза, получать круглогодично дополнительно продукцию растениеводства.
Заключение
Эксперименты по совместному последовательному выращиванию гибрида «стерлядь × белуга», клариевого сома и гибрида «стерлядь × белуга» и тиляпии с растительными культурами (салат, базилик, клубника), с добавлением культуральной жидкости Serrasia ficaria в рабочей концентрации 109 КОЕ/мл, подтверждают увеличение роста рыб в сравнении с контролем –
у осетровых на 8–10 %, тиляпии на 20–28 % при одновременном улучшении технологического качества выращиваемых рыб.
1. Спотт С. Содержание рыбы в замкнутых системах. М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1983. 192 с.
2. Стеффенс В. Индустриальные методы выращивания рыб. М.: Агропромиздат, 1985. 386 с.
3. Liao I. C., Hsu Y. K., Lee W. K. Technical innovations in eel culture systems // Rev. Fish. Sci. 2002. V. 10. N. 3-4. Р. 433-450.
4. Summerfeld S. T., Wilton G., Roberts D., Rimmer T., Fonkalsrud K. Developments in recirculatig systems for Arctic char culture in North America // Aquacultural Engineering. 2004. V. 30. N. 1-2. Р. 31-71.
5. Гамаюн Е. П. Очистка воды растениями в рыбоводстве (опыт ФРГ) // Рыбное хозяйство. Сер.: Рыбохозяйственное использование внутренних водоемов: экспресс-информация. Зарубежный опыт. 1989. Вып. 5. С. 1-9.
6. Myrtry M. R., Sanders D. C., Cure J. D., Hodson R. J. Effects of biofilter (Cultured tank volume ration on productivity of a recirculating fish) vegetable co-culture system // Fish. Farm. Int. 1994. V. 22. N. 13. P. 21-23.
7. Watten B. I., Busch R. L. Tropical production of tilapia (Sarotherodon aurea) and tomatoes (Lycopersicdn esculentum) in a small - scale recirculating water system // Aquaculture. 1984. V. 41. N. 3. P. 271-283.
8. Лавровский В. В. Рост и изменчивость карпа в замкнутой системе «овощи - рыба» // Тез. докл. Всесоюз. совещ. по рыбоводству в замкнутых системах. М., 1986. С. 11-12.
9. Умпелев В. Л., Мухаметшина Е. Н., Попов Э. И. Опыт использования гидропоники на рыбоводной установке с рециркуляцией воды // Тез. докл. Всесоюз. совещ. по рыбоводству в замкнутых системах. М., 1986. С. 27-28.
10. Киселев А. Ю., Коваленко В. Н., Борщев В. А. Агрогидроэкосистема: безотходное производство сельскохозяйственной рыбной продукции // Рыбоводство. 1997. № 2. С. 13.
11. Апостол П. А., Есавкин Ю. И., Лавровский В. В., Апостол В. Н., Панов В. П., Карепина Т. П. Сов-местное выращивание овощей и рыбы // Избр. тр. ВНИИПРХ. Дмитров, 2002. Кн. 2. Т. 3-4. С. 106.
12. Викулова А. С. Аквапоника как новое развитие агропромышленного комплекса // Закономерности развития региональных агропродовольственных систем. 2015. № 1. С. 50-52.
13. Правдин И. Ф. Руководство по изучению рыб. М.: Пищ. пром-сть, 1966. 376 с.
14. Лакин Г. Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990. 352 с.
