Переводчик сайта

Поиск по сайту

Эффективность культивирования гидробионтов в интегрированных циркуляционных системах с пространственным ограничением биокомпонентов в условиях постоянных и переменных температур

В настоящее время в биотехнологии аквакультуры одной из актуальных задач является повышение эффективности использования вносимых кормов на продуктивный рост гидробионтов. Выращивание рыбы в установках с замкнутым циклом водоснабжения позволяет в значительной степени снизить потребление используемых ресурсов и загрязнение окружающей среды. Однако при увеличении плотности посадки продуктивность ограничивается высоким уровнем накопления в воде азотистых продуктов метаболизма и расхода кислорода, что заставляет включать все более сложные системы биологической очистки и оксигенации воды.

При такой форме выращивания различных видов рыб только 15—65% фосфора и 20—50% азота, содержащихся в кормах, утилизируются рыбами, тогда как остальная часть поступает в окружающую среду в растворенном виде и в составе фекалий [1]. Попыткой решить проблему утилизации вносимого в систему органического вещества было применение в рыбоводных установках поликультуры рыб, а также создание установок, в которых продукты обмена, выделяемые рыбами, используются для выращивания растений [2]. В последнее время интенсивно разрабатываются интегрированные замкнутые рециркуляционные системы, в которых степень утилизации вносимых кормов повышается за счет совместного выращивания организмов разных трофических уровней при условии их пространственного разграничения. В случае выращивания рыбы в таких искусственных системах неиспользованные корма и продукты метаболизма утилизируются организмами других трофических уровней (водоросли, ракообразные, моллюски, макрофиты), содержащихся в отдельных блоках [3—5].
Показано, что принцип интегрированных рециркуляционных систем с пространственным разграничением биокомпонентов можно успешно использовать как в различных индустриальных рыбоводных установках, так и на открытых водоемах, например выростных и нагульных рыбоводных прудах. В условиях Узбекистана в нагульном пруду площадью 10 га, оборудованном двумя дополнительными блоками (площадь 0,3 га) для культивирования зоопланктона и биологической очистки воды организмами перифитона, при рециркуляции воды обеспечивался устойчивый режим функционирования системы при выходе рыбопродукции 105—115 ц/га [6]. По расчетам, с площади в 1 га интегрированного бассейнового хозяйства с рециркуляцией воды возможно ежегодно получать 25 т рыбы, 50 т двустворчатых моллюсков и 30 т сырой массы водорослей [7].


Известно, что скорость продуцирования гидробионтов значительно возрастает с повышением экологической обеспеченности роста, улучшением условий существования, в первую очередь температурных, трофических. В последнее время на примере водорослей и макрогидрофитов [8—10], простейших [11], коловраток [12], ракообразных [13—15], моллюсков [10—16], голотурий [17], рыб [18—24] выявлено положительное влияние некоторых колебаний температуры на рост, энергетику, продукционные показатели и физиологическое состояние гидробионтов. Показано, что периодические колебания температуры, не выходящие за пределы экологической нормы, значительно ускоряют темп роста рыб и беспозвоночных животных, снижают интенсивность их дыхания, расход кислорода на прирост единицы массы тела, повышают эффективность использования пищи на рост. В условиях осцилляции температуры оптимизируются рост, размножение, энергетика водорослей и высших растений-гидрофитов.
Цель настоящего исследования — выяснение особенностей роста, энергетики и продукционных характеристик гидробионтов разных трофических уровней (продуценты, консументы) при их совместном выращивании в замкнутой рециркуляционной системе в условиях пространственного разграничения и оценка эффективности использования организмами вносимой в систему пищи в условиях постоянных и переменных температур.
Материал и методика
Эксперименты выполнены на моделях рециркуляционных установок, каждая из которых состояла из трех аквариумных блоков. В одном блоке выращивали золотую рыбку Carassius auratus, в другом — брюхоногого моллюска физу пузырчатую Physa fontinalis и ветвистоусого рачка Daphnia longispina, в третьем — смесь синезеленых водорослей Oscillatoria spp. и Lyngbya spp. (соотношение по численности соответственно 90 и 10%). Выбранные объекты культивирования являются обычными компонентами пресноводных экосистем, выдерживают значительное загрязнение воды органическими веществами (мезосапробы), обладают высокими скоростями роста и развития. Кроме того, синезеленые водоросли по типу питания миксотрофы, т.е. наряду с фотосинтезом активно используют и готовые органические вещества, растворенные в воде.
Вода из аквариумов с рыбами (объем 14 л) с помощью эрлифта подавалась в блок с моллюсками и дафниями (объем 8,5 л), затем поступала в блок с водорослями (объем 1,5 л, площадь 456 см2), после чего снова возвращалась в блок рыб. Скорость протока составляла 3,5 л/ч. Воду в аквариумы добавляли только в пределах трат на испарение (не более 5%). Для предотвращения выноса дафний с током воды на выходе из блоков устанавливались фильтры из капроновой сетки. В установках с постоянной температурой (20, 23 и 26°) необходимый ее уровень поддерживался при помощи терморегуляторов с точностью ± 0,5°. В переменном терморежиме 23 ± 3° синусоидальные колебания температуры обеспечивались с помощью самопишущего потенциометра КСП-4, оснащенного регулятором температуры, с периодом 3 ч. Содержание кислорода в воде составляло 80—90% от полного насыщения (принудительная аэрация). Золотых рыбок кормили сухим кормом (Tetra Min XL Flakes; состав: 48% протеина, 8% липидов, 2% углеводов, содержание энергии — 15,07 кДж/г). Рацион рыб составлял 3% от массы тела рыб в сутки.
Корм рыбам в течение суток вносили два раза — утром и вечером. В начале и в конце опытов рыб взвешивали индивидуально с точностью 0,01 г. Продолжительность опытов 14 сут.
В конце опытов у гидробионтов оценивали прирост, удельную скорость роста по сырой массе по формуле CW = (ln W2 – ln W1)/t · 100%, где W1 и W2 — средняя масса (г) в начале и конце опыта, t — длительность опыта (сут). Для оценки эффективности использования пищи на рост рассчитывали значения трофических коэффициентов K1 и K2. Первый из них находили по уравнению K1 = P/C, где P — энергия прироста, C — энергия потребленной пищи. Второй вычисляли по уравнению K2 = P/(C – U), где U — энергия неусвоенной части пищи. Оценивали также коэффициент усвояемости пищи  = (P + R)/С, где R — энергия, расходуемая на процессы метаболизма.
Интенсивность дыхания рыб определяли методом прерванного протока в респирометрах [25] при помощи оксиметра с точностью 0,01 мг О2/л.
В респирометры (объем 2,75 л) сажали рыб и с 5-кратной повторностью измеряли интенсивность их дыхания в постоянных и переменных терморежимах через 2—3 сут после начала и в конце опытов. В дальнейших расчетах интенсивность дыхания рыб принималась как среднее применительно к тем или иным температурным условиям. Энерготраты определяли, принимая оксикалорийный коэффициент равным 14,2 кДж/г · О2 . Для оценки содержания энергии в теле золотых рыбок использовали модификацию бихроматного окисления [26], которая составляла 6,174 кДж/г сырой массы.
В конце опытов у моллюсков подсчитывали число кладок яиц, оценивали их массу. В блоки с моллюсками вносили дафний, достигших половой зрелости (средняя масса 0,04 мг). Массу взрослых дафний и молоди определяли расчетным путем по размерам. Для оценки биопродукционных характеристик моллюска использовали следующие значения: К2 = 0,27,  = 0,6; для дафнии: К2 = 0,4;  = 0,6. Калорийность сырой массы моллюска и дафнии — 4,186 кДж/г [27—30]. В блоки, где выращивали водоросли, вносили по 0,5 г их сырой массы, круглосуточно сверху освещали люминесцентными лампами (40 Вт, освещенность 3 тыс. лк) и в конце опытов измеряли их массу. Калорийность сырой массы водорослей 2,93 кДж/г [27].
В каждом постоянном и переменном терморежимах кислородным методом определяли скорость деструкции органического вещества [31]. Время экспозиции затемненных склянок составляло 4 ч. Деструкцию за время опыта рассчитывали как среднее значение из величин, полученных в начале и в конце опыта, отнесенную к объему воды в системе. Считали, что доля использованного кислорода бактериопланктоном составляет 80% от величины биологического потребления кислорода и соответствует величине ассимилированной энергии [32].
При оценки энергии продукции бактерий принимали величину К2 = 0,4 [27].
Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с помощью программы “Статистика 6” с использованием критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение
В табл. 1 приведены экспериментальные данные о темпах роста, интенсивности обмена и продукционных показателях гидробионтов в рециркуляционных системах при переменной и постоянных температурах.
Видно, что с повышением температуры от 20 до 26° у золотой рыбки наблюдается закономерное увеличение скорости роста (р < 0,05), прирос-

 

та массы тела (р < 0,01), интенсивности дыхания (р < 0,01) и снижение расхода кислорода на 1 г прироста массы тела (р < 0,01). Однако в переменном терморежиме все перечисленные показатели значительно отличались от наблюдаемых при постоянных температурах. Прирост массы рыб в 23 ± 3° оказался соответственно в 2,32, 1,33 и 1,23 раза больше, чем при постоянных температурах 20, 23 и 26° (р < 0,05). Удельная скорость роста в переменном терморежиме в 1,92 и 1,09 раза была выше, чем при 20 и 23° и одинаковой с наблюдаемой в 26°. Интенсивность дыхания золотой рыбки в условиях переменного терморежима оказалась достоверно ниже (р < 0,01) по сравнению с регистрируемой при 20, 23 и 26° (соответственно на 11, 14 и 20%). Заметно снизился расход кислорода на прирост единицы массы тела за время опыта — на 47 и 19% по сравнению с 20 и 23° и на 20% по сравнению с 26°.
Численность, скорость роста по сырой массе и величина продукции дафний возрастали с повышением температуры от 20 до 23° и несколько снизились при 26°, поскольку температура приблизилась к верхней субоптимальной границе вида. Величина продукции за время опыта и скорость роста в переменном терморежиме оказались в 1,55 и 1,23 раза больше, чем при 20°, несколько ниже по сравнению с 23° и практически одинаковы с 26°.
Численность дафний в конце опытов в условиях осцилляции температуры была одинаковой с регистрируемой при 23° и в 1,60 и 1,21 раза больше, чем при 20 и 26°. Важно отметить, что молодь дафний в терморежиме 23 ± 3° составляла 49% от общей численности, тогда как при постоянных температурах 20, 23 и 26° соответственно 34, 40 и 31%.
В переменном терморежиме не отмечено взрослых дафний с покоящимися яйцами, тогда как при 20, 23 и 26° они составляли соответственно 4, 2 и 6% от общей численности.
У моллюска повышение температуры с 20 до 23° привело к увеличению в 1,55 и 1,38 раза величины продукции и скорости роста по сырой массе. Одновременно возросли число и масса кладок яиц в 1,62 и 1,55 раза. При 26° продукция и скорость роста оказались одинаковыми с наблюдаемыми при 23°, тогда как число и масса кладок яиц снижались более чем в два раза. Видимо, как и в случае с дафнией, это связано с тем, что 26° приближается к субоптимальной температурной границе вида. В переменном терморежиме у моллюска величина продукции за время опыта превышала наблюдаемые при 20, 23 и 26° соответственно в 2,05, 1,32 и 1,37 раза, скорость роста — в 1,69, 1,22 и 1,21 раза. В астатичных температурных условиях оказалась выше и интенсивность размножения моллюсков. Число кладок было больше, чем при 20, 23 и 26° соответственно в 2,06, 1,27 и 3,30 раза, масса кладки — в 2,0, 1,29 и 2,67 раза.
Значительное увеличение продукции и скорости роста с повышением температуры с 20 до 26° наблюдается и у водорослей (соответственно в 3,0 и 1,53 раза). Однако в переменном терморежиме эти показатели были выше, чем при постоянных температурах. Величина продукции водорослей за время опыта в 23 ± 3° соответственно в 3,10, 1,77 и 1,03 раза превышала таковую при 20, 23 и 26°, а скорость роста — в 1,55, 1,22 и 1,01 раза.
Скорость деструкции органического вещества в переменном терморежиме на 35, 7 и 3% была больше, чем при постоянных температурах 20, 23 и 26°, что косвенно указывает на большую численность бактериопланктона в воде установок, где поддерживался переменный терморежим.
Результаты опытов еще раз подтверждают полученные нами ранее данные о том, что в условиях осцилляции температуры оптимизируются процессы жизнедеятельности гидробионтов — ускоряется темп роста, повышается продукция и интенсивность размножения, снижаются энерготраты на прирост массы тела [10, 22].
Для сравнения биопродукционных характеристик культивируемых гидробионтов на основании собственных и литературных данных об эффективности использования ассимилированной пищи на рост (К2), усвояемости пищи () рассчитаны величины рациона, продукции и траты на обмен (табл. 1), которые представлены в табл. 2 в эквивалентных энергетических единицах. Видно, что основную долю продукции в рециркуляционных системах при переменном и постоянных терморежимах представляют рыбы, через которых проходило основное количество энергии пищи. Для других биокомпонентов системы источником энергии служили неиспользованная рыбами пища и продукты метаболизма. В основном энергия неусвоенной части пищи утилизировалась бактериопланктоном, и какая то ее часть — дафниями и моллюсками.
Продукция бактериопланктона в 23±3° превышала суммарную продукцию дафний и моллюсков в 3,74 раза, а при 20, 23 и 26° соответственно в 4,55, 4,18 и 4,62 раза. Интенсивные процессы деструкции органического вещества бактериопланктоном способствовали значительному накоплению минеральных биогенных элементов, что обеспечило интенсивное развитие водорослей. В переменном терморежиме продукция водорослей оказалась близкой величине продукции рыб, а в 26° превысила ее.
В табл. 3 представлены параметры энергобюджета золотой рыбки при постоянных и переменном терморежимах и отражены коэффициенты, показывающие эффективность конвертирования пищи.
Видно, что значения трофических коэффициентов К1 и К2 в 23 ± 3° превышают таковые при постоянных температурах 20, 23 и 26°. Коэффициент усвояемости пищи в условиях осцилляции температуры был выше, чем при 20 и 23° и практически

 
одинаковым с наблюдаемым при 26°. Улучшение эффективности использования пищи на рост, повышение темпа роста, уменьшение расхода кислорода на прирост единицы массы тела рыб в переменном терморежиме в конечном итоге привели к заметным изменениям в параметрах уравнения энергетического баланса золотой рыбки по сравнению с параметрами аналогичных уравнений в постоянных температурах. В переменном терморежиме 23 ± 3° доля энергии корма, идущая на прирост массы тела, оказалась соответственно в 1,98, 1,17 и 1,11 раза больше, чем при 20, 23 и 26°, тогда как энерготраты снижались соответственно на 5,2, 5,5 и 9,9%.

 
Результаты оценки экологической эффективности использования пищи гидробионтами в интегрированных рециркуляционных системах при разных терморежимах представлены в табл. 4. Видно, что доля суммарной энергии продукции консументов по отношению к энергии рациона оказалась наибольшей в переменном терморежиме (43%) и превышала таковую при постоянных температурах 20, 23 и 26° соответственно в 1,79, 1,10 и 1,05 раза.
С учетом продукции водорослей в 23 ± 3° она возросла до 76% и была больше соответственно в 2,11, 1,29 и 1,03 раза, чем при постоянных температурах.
Сравнение экологической эффективности использования энергии корма в рециркуляционных системах при постоянных и переменных терморежимах в случае выращивания только золотой рыбки (табл. 3) и в случае применения интегрированного метода выращивания гидробионтов разных трофических уровней (табл. 4) показывает неоспоримое превосходство последнего.


Таким образом, проведенные исследования показывают, что в интегрированных рециркуляционных системах с пространственным разграничением культивируемых гидробионтов более чем в два раза повышается экологическая эффективность использования пищи по сравнению с монокультурой, при этом наибольший эффект наблюдается в условиях осцилляции температуры. Высокая биологическая продукция в интегрированных рециркуляционных системах свидетельствует о целесообразности совместного культивирования гидробионтов различных трофических уровней. Принцип подбора биокомпонентов, их пространственного разграничения в системе, позволяет целенаправленно управлять трансформацией энергии вносимых кормов в ту или иную биологическую продукцию.
Очевидно, что внедрение в аквакультуру биотехнологий интегрированных рециркуляционных систем с пространственным разграничением биокомпонентов разных трофических уровней с использованием оптимальных переменных терморежимов позволит в значительной мере повысить биологическую продуктивность, эффективность использования кормов, уменьшить загрязнение окружающей среды и снизить затраты на производство.
В.Я. Пушкарь, В.В. Зданович
(кафедра ихтиологии; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)

Мы теперь в ВКонтакте присоединяйтесь!

Поделись с друзьями ссылкой на статью

Рыбное блюдо дня

  • Уха из семги по домашнему

    Семга рецепты Apr 15, 2019 | 06:27 am

    Уха из семги по домашнему Уха из семги по домашнемуУха из семги по домашнему отличное блюдо для всей семьи. Уха из семги по домашнему готовится за полтора часа, сложность приготовления блюда среднее.

    Read more...
  • Семга запеченная в духовке

    Семга рецепты Apr 15, 2019 | 06:19 am

    Семга запеченная в духовке Семга запеченная в духовкеСемга запеченная в духовке, прекрасное блюдо которым порадует хозяйка свою семью на обед, семга запеченная в духовке очень простое и очень легкое в приготовлении блюдо, времени занимает 15-20 минут подготовки и 25-30 минут для запекания.

    Read more...
  • Сугудай из муксуна

    Блюда из сибирской рыбы Apr 5, 2019 | 10:00 am

    Сугудай из муксуна Сугудай из муксунаРецепт сугудая распространенного блюда в Сибири и на севере из сиговой (белой) рыбы муксуна.

    Read more...
  • Жареный хариус

    Блюда из сибирской рыбы Apr 4, 2019 | 10:36 am

    Жареный хариус Жареный хариусХариус - рыба которую можно поймать практически во всех сибирских реках, приготовить блюдо из хариуса очень просто.Готовим хариуса для жарки - чистим и потрошим хариуса, отрезаем голову и хвост, затем, хорошо промываем рыбу.

    Read more...
  • Жареные стейки чавычи

    Блюда из лосося Apr 1, 2019 | 09:59 am

    Жареные стейки чавычи Жареные стейки чавычиСамое простое блюдо, которое можно сделать из стейков чавычи — пожарить стейки в сковородке. На обжаривание 1 кг стейков чавычи займет примерно минут 20 времени.

    Read more...
  • Горбуша с овощами под сыром

    Блюда из лосося Nov 25, 2018 | 16:00 pm

    Горбуша с овощами под сыром Горбуша с овощами под сыромОчень вкусное блюдо из горбуши с овощами и сыром! Так легко и просто приготовить горбушу для семейного обеда. Горбуша с овощами под сыром подойдет как для повседневного обеда, так и для праздничного стола! Горбуша с овощами[…]

    Read more...

Помощь сайту литературой

Showcases

Background Image

Header Color

:

Content Color

: