Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рециркуляционная аквакультура с использованием установок замкнутого водоснабжения в последние десятилетия приобретает все большее значение как наиболее перспективная технология интеграции производства продукции рыбоводства и растениеводства. Одним из наиболее характерных примеров совмещения двух индустриальных технологий является аквапоника. Такая искусственная биологическая система (ИБС) позволяет двум входящим в нее подсистемам, рыбоводству и растениеводству, дополнять друг друга. Не потребленный рыбами корм и экскременты являются питательной средой для растений, которые, в свою очередь, очищают среду обитания от вредных для рыб веществ, что особенно важно в условиях рециркуляции воды. С целью определения количественного и качественного потенциала кормовой базы организмов на втором звене трофической цепи ИБС, создаваемой на базе аквакультуры в установке замкнутого водоснабжения, был проведен эксперимент, результаты которого помогли определить состав и количество организмов, перспективных для включения в технологический режим дальнейшего совместного выращивания. Были разработаны способы и устройство, позволяющие изъять из рыбоводной емкости нерастворенный осадок, образующийся в процессе выращивания рыб, с целью его изучения. Проанализированы и формализованы результаты эксперимента, предложен способ пересчета получаемого ихтиогенного осадка в кормовой потенциал более сложных ИБС. Результаты количественного исследования осадка свидетельствуют о том, что более 15 % используемых кормов переходило в отходы производства. Удельный состав осадка, в сравнении с используемым комбикормом, претерпел следующие изменения: по валовой энергии изменения составили всего 14,6 %, больше всего снизилось содержание липидов (до 59,6 %), существенно возросло содержание клетчатки (на 162,4 %). Изменения по протеину составили 21,4 %. В целом по удельному составу и энергетической ценности собранный и проанализированный осадок может рассматриваться в качестве кормового потенциала для многих животных, занимающих более низкую ступень трофической пирамиды. Полученные результаты позволят определять состав и рассчитать количество организмов, перспективных для включения в технологические режимы интегрируемых технологий.

Ключевые слова:
аквакультура, установка замкнутого водоснабжения, рециркуляционная водная система, интеграция, осадок, кормовой потенциал
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение Рециркуляционная аквакультура, она же индустриальная, она же аквакультура с использованием установок замкнутого водоснабжения (УЗВ), в последние десятилетия приобретает все большее значение как наиболее перспективная технология производства продукции рыбоводства [1]. Кроме того, все больший интерес вызывает интеграция технологий производства различной – как пищевой, так и промышленной – продукции на индустриальной базе, в основе которой лежит рециркуляционная аквакультура. Такое объединение технологий позволяет не только сохранить все имеющиеся плюсы использования УЗВ, но и расширить ассортимент производимой продукции, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, повысить прибыльность и экологичность производства. Одним из наиболее характерных примеров совмещения двух индустриальных технологий является аквапоника [2], это интеграция аквакультуры с использованием УЗВ и гидропоники. Такая искусственная биологическая система (ИБС) позволяет двум входящим в нее подсистемам – рыбоводству и растениеводству – дополнять друг друга. Не потребленный рыбами корм и экскременты являются питательной средой для растений, которые, в свою очередь, очищают среду обитания от вредных для рыб веществ, что особенно важно в условиях рециркуляции воды. Перспективы использования ИБС не ограничиваются интеграцией рыбоводства и растениеводства: технологии культивирования практически любых организмов, толерантных к единым условиям обитания, могут быть объединены в единую биологическую систему. Основными сдерживающими факторами – как с биологической, так и с экономической точки зрения – являются эффективность или целесообразность введения в ИБС тех или иных организмов [3]. Одним из определяющих факторов можно считать рациональное использование вещественно-энергетического потенциала кормовой базы системы. При создании интегрированных искусственных биологических систем одновременно нам приходится формировать и трофическую сеть данной системы путем подбора организмов, наиболее рационально использующих потенциал кормовой базы системы на каждом этапе трофической пирамиды [4]. С целью определения количественного и качественного потенциала кормовой базы организмов на втором звене трофической цепи ИБС, создаваемой на базе аквакультуры в УЗВ, нами был проведен эксперимент, результаты которого могут помочь определить состав и количество организмов, перспективных для включения в технологический режим дальнейшего совместного выращивания. Основными задачами данной работы были следующие: – создать способ и устройство, позволяющие изъять из рыбоводной емкости нерастворенный осадок, образующийся в процессе выращивания рыб, с целью его изучения; – проанализировать и формализовать получен-ные результаты эксперимента. Предложить способ пересчета получаемого ихтиогенного осадка в кормовой потенциал более сложных ИБС. Материалы и методы исследования Работа проводилась в аквариальном помещении Всероссийского научно-исследовательского института интегрированного рыбоводства, в рыбоводной емкости из органического стекла объемом 1 500 л, с полностью замкнутым водоснабжением на период проведения эксперимента. Рекуперация воды осуществлялась за счет двух пассивных биологических фильтров, установленных над рыбоводной емкостью. Вода в биофильтры подавалась с помощью аквариумных помп из верхней части водяного столба рыбоводной емкости, со скоростью 3,3 л/мин, что обеспечивало трехкратный суточный водообмен. Из биофильтров вода без какой-либо дополнительной обработки возвращалась в рыбоводную емкость (рис. 1). Рис. 1. Рыбоводная емкость объемом 1 500 л: 1 – рыбоводная емкость; 2 – пассивные биофильтры Fig. 1. Fish tank with capacity 1 500 l: 1 – fish tank; 2 – passive biofilters Для проведения эксперимента использовался разновидовой состав рыб. Индивидуальная масса и видовой состав рыб представлены в табл. 1. Таблица 1 Table 1 Видовой состав и индивидуальная масса рыб, используемых в эксперименте Species composition and individual weight of fish used in the experiment Вид Масса, г Осетр (Acipenser spp.) 230,4 Линь (Tinca tinca) 230,0 277,3 Карась (Carassius auratus gibelio) 271,5 173,3 115,6 Карп (Cyprinus carpio) 2 220,0 Общая масса рыб всех видов 3 518,1 Используемый корм представлял собой смесь карпового продукционного комбикорма рецептуры К-111 и осетрового продукционного комбикорма производства фирмы «Аллер-Аква» в соотношении 1/1 по весу. В процессе проведения эксперимента контролировались следующие параметры: температура воды (°С), количество растворенного кислорода (О2 мг/л) и биологическое потребление кислорода (БПК2). Результаты исследований и их обсуждение Изъятие из рыбоводной емкости нерастворенного осадка. С целью изъятия из рыбоводной емкости осадка, образующегося в процессе выращивания рыбы (ихтиогенный осадок), использовался кормовой лоток оригинальной конструкции, который состоял из пластикового поддона площадью 0,2 м2, с десятисантиметровыми бортиками, приподнятый над поверхностью дна рыбоводной емкости при помощи алюминиевых ножек. В центре лотка расположено отверстие, прикрытое диском диаметром 15 см. Между краями диска и дном лотка имеется фиксированный зазор, равный 4 мм. Внизу лотка, непосредственно под центром диска, присоединена всасывающая помпа производительностью 1 200 л/ч, включающаяся через таймер, рис. 2. а б Рис. 2. Кормовой лоток: а – вид сверху; б – вид сбоку Fig. 2. Feed tray: a – top view; б – side view С целью позиционирования подачи корма в кормовой лоток использовалась пластиковая труба диаметром 50 мм. После подачи корма кормораздатчик извлекался, и в течение 14 ч корм был в полном распоряжении рыб. По истечении этого времени включалась отсасывающая помпа, и несъеденный корм и частицы взвеси по шлангу направлялись на гравитационный фильтр. Кормовой лоток, за счет своих относительно высоких бортиков, препятствовал тяжелым частицам несъе-денного корма покидать его пределы. А т. к. помпа в автоматическом режиме продолжала работать с момента включения в течение 7 ч, то и основная часть более легкой взвеси со временем отправлялась на фильтрационный лоток. Только самая легкая взвесь, не улавливаемая имеющимися физическими фильтрами, попадала в биофильтры и если не задерживалась там, то возвращалась в рыбоводную емкость. За период работы отсасывающей помпы происходил 5,5-кратный водообмен, и неучтенные потери образующейся взвеси в рыбоводной емкости были минимизированы. Фильтрационный лоток, состоящий из алюминиевого каркаса и натянутой на него фильтрационной ткани, был установлен над поверхностью рыбоводной емкости с небольшим уклоном (2,5 %). К верхнему краю лотка был подведен шланг от всасывающей помпы кормового лотка, по которому взвесь попадала на фильтрационный материал, где частично обезвоживалась до момента ее сбора и последующих исследований (рис. 3). Рис. 3. Осадок из рыбоводной емкости на фильтрационном лотке Fig. 3. Sediment from the fish tank on the filter tray В качестве фильтрующего материала использовался нетканый материал спанбонд плотностью 40 г/м2. Данный материал был выбран из-за его дешевизны, доступности, достаточной механической прочности, биохимической инертности и хороших фильтрующих свойств. После соответствующей обработки спанбонд хорошо пропускает воду, задерживая частицы размером более 100 мкм, имеет равномерное распределение относительно равноразмерных пор, обладает высокой разрывной нагрузкой в сухом и мокром состоянии. При этом спанбонд не имеет свойства образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ и факторов при температуре окружающей среды [5]. Микрофотосъемка фильтрующего материала представлена на рис. 4. а б Рис. 4. Волоконная структура фильтрующего материала (линейка в левом нижнем углу соответствует 100 µm): а – волокна спандбонда; б – спаечный узел волокон спанбонда Fig. 4. Fiber structure of the filter material (the bar in the lower left corner corresponds to 100 µm): a – spunbond fibers; б – adhesive knot of spunbond fibers На рис. 5 показан процесс фильтрации воды из рыбоводной емкости через фильтрующий материал спанбонд. а б Рис. 5. Фильтрация воды через спанбонд: а – вид сверху; б – вид сбоку Fig. 5. Water filtration through spunbond: a – top view; б – side view В процессе фильтрации происходит не только очищение воды от взвеси, но и дополнительная аэрация за счет большой фильтрующей поверхности лотка, которая составляет 0,3 м2, или 20 % площади поверхности рыбоводной емкости. В период проведения эксперимента, в течение которого подмена воды в рыбоводной емкости не осуществлялась, ежедневно проводился контроль гидрохимических показателей. Полученные результаты позволяют констатировать, что условия содержания рыб в процессе проведения эксперимента не выходили за рамки нормативных требований (табл. 2). Таблица 2 Table 2 Гидрохимические показатели в рыбоводной емкости в период проведения эксперимента Hydrochemical parameters of the fish-breeding tank during the experiment Период наблюдений, день Температура воды, °С О2, мг/л БПК2, мг/л 1 16,6 7,1 3,25 2 17,2 7,1 4,25 3 17,7 5,6 3,05 4 17,6 6,0 4,75 5 17,5 7,5 4,9 6 17,7 7,6 4,9 7 18,0 5,5 3,05 8 17,9 5,9 2,85 9 18,0 6,2 3,75 10 18,3 6,7 4,35 11 18,6 5,3 4,1 12 18,9 6,1 5,6 Однако условия проводимого эксперимента не были запланированы идеальными для жизнедеятельности всех задействованных рыб. По этой причине не ставились задачи по выявлению зависимости характеристик осадка от температуры, качества корма, видового и возрастного состава рыб и пр. По ходу проведения эксперимента весь ихтиогенный осадок, полученный от ≈ 90 г задаваемого корма, тщательно собирался с фильтровального лотка и после высушивания до воздушно-сухого состояния взвешивался с точностью до 2 знака после запятой. Анализ ихтиогенного осадка. Данные, полученные в результате проведенного эксперимента, были статистически обработаны, их значения представлены в табл. 3. Таблица 3 Table 3 Количество ихтиогенного осадка, образовавшегося в процессе эксперимента The amount of ichthyogenic sediment formed during the experiment Показатель n M ±m Me Cv, % σ Корм, г 6 89,73 0,50 89,85 1,25 1,12 Осадок, г 6 14,08 0,30 14,12 4,81 0,68 % осадка 6 15,69 0,27 15,73 3,92 0,61 Результаты количественного исследования осадка свидетельствуют о том, что более 15 % используемых кормов переходило в отходы производства, при этом не только снижается рациональность использования дорогостоящего компонента производства рыбной продукции, но и уменьшает-ся эффективность производства в связи с загрязнением культивационной среды [6]. Используемый корм и полученный ихтиогенный осадок исследовали согласно регламенту зоотехнического анализа (табл. 4). Таблица 4 Table 4 Зооанализ образцов корма и осадка Zooanalysis of food and sediment samples Показатели питательной ценности Анализируемые образцы Нормативная документация на методы испытаний Корм для рыб Ихтиогенный фильтрат Первоначальная влага, г/кг 68,50 53,90 ГОСТ Р 54951-2012 Воздушно-сухое вещество, г/кг 931,50 946,10 ГОСТ 31640-2012 Протеин, г/кг 341,95 268,79 ГОСТ 32044.1-2012 Жир, г/кг 92,96 37,56 ГОСТ 32905-2014 Клетчатка, г/кг 51,70 135,67 ГОСТ 31675-2012 Зола, г/кг 76,85 129,71 ГОСТ 32933-2014 Валовая энергия, МДж/кг 18,39 15,70 Расчетным методом Из табл. 4 следует, что удельный состав осадка, в сравнении с используемым комбикормом, претерпел следующие изменения: по валовой энергии изменения составили всего 14,6 %, с учетом того, что валовая энергия корма была довольно высокой; больше всего снизилось содержание липидов, которое составило 59,6 %, очевидно, этому способствовало вымывание; существенно возросло содержание клетчатки (на 162,4 %). Изменения по протеину составили 21,4 %. В целом по удельному составу и энергетической ценности собранный и проанализированный осадок может рассматриваться в качестве кормового потенциала для многих животных, занимающих более низкую ступень трофической пирамиды. Для пересчета, по энергетической ценности, потенциала использования получаемого ихтиогенного осадка в качестве корма для организмов следующего трофического уровня по нашим данным получилась следующая формула: Мк ∙ ВЭрк ∙ 0,1324 = КПф, где Мк – масса корма для рыб, кг; ВЭрк – валовая энергия корма для рыб, МДж/кг; 0,1324 – эмпирический коэффициент пересчета; КПф – кормовой потенциал осадка, МДж. Эмпирический коэффициент определен путем пересчета изменений массы и валовой энергии используемого корма по отношению к этим показателям в образовавшемся осадке. Заключение В результате проведенного эксперимента был определен количественный и качественный состав отходов, образующихся в процессе выращивания рыб в установках замкнутого оборотного водоснабжения. Полученные результаты формализова-ны, предложен коэффициент пересчета, позволяющий оценивать ихтиогенный осадок с позиций его энергетической ценности в качестве кормового потенциала для мультикультуральных искусственных биологических систем. Это позволит определять состав и рассчитать количество (в соответ-ствии с кормовой базой) организмов, перспективных для включения в технологические режимы интегрируемого культивирования.
Список литературы

1. Брайнбалле Я. Руководство по аквакультуре в установках замкнутого водоснабжения. Введение в новые экологические и высокопродуктивные замкнутые рыбоводные системы. Копенгаген, 2010. 74 с.

2. Small-scale aquaponic food production Integrated fish and plant farming. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2014. 288 p.

3. Львов Ю. Б. Рациональная жадность // Рациональная эксплуатация биоресурсов: проблемы и возможности в контексте целей устойчивого развития ООН: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Москва, 19 марта 2018 г.). М.: Перо, 2018. С. 241-244.

4. Корягина Н. Ю., Львов Ю. Б. Сбалансированная интегрированная биологическая система и методы расчета ее структуры и состава // Рыбоводство и рыбное хозяйство. 2018. № 6 (149). С. 50-53.

5. ГОСТ Р 53225-2008. Материалы геотекстильные. URL: https:// https://docs.cntd.ru/document/1200073599 (дата обращения: 17.03.2021).

6. Фильтрация и многократное использование воды рыбоводными хозяйствами. URL: aq-uafeed.ru/filtratsiya_vody (дата обращения: 17.03.2021).


Войти или Создать
* Забыли пароль?