ВведениеНаиболее 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 исследованийИсследования 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 обсуждениеДля 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 1Сравнительная динамика рыбоводных показателей при выращивании осетровых в УЗВПоказательГибрид русского и сибирского осетраГибрид «стерлядь × белуга»Русский осетрМасса начальная, г63,11 ± 2,4065,25 ± 2,4143,06 ± 5,03Масса конечная, г79,40 ± 3,3095,21 ± 3,2957,91 ± 4,26Абсолютный прирост, г16,2929,9614,85Среднесуточный прирост, г/сут0,541,000,50Среднесуточная скорость роста, %3,313,343,37Коэффициент массонакопления, ед.0,0320,0550,037Коэффициент упитанности по Фультону, ед.0,28 ± 0,010,30 ± 0,020,34 ± 0,32Время эксперимента, сут303030Большинство 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 2Показатели роста клариевого сома при совместном выращивании с растениями (салат)ПоказательКонтроль Опыт Масса, г:начальнаяконечная1,30 ± 0,3748,45 ± 0,30 1,2 ± 0,3458,90 ± 0,39Абсолютный прирост, г47,15 ± 0,4257,70 ± 0,40Среднесуточный прирост, г1,07 ± 0,261,28 ± 0,21Продолжительность выращивания, сут4545Выживаемость, %9598Таблица 3Рыбоводные показатели совместного выращивания тиляпии и клубники ПоказательКонтроль ОпытМасса, г:начальнаяконечная123,91 ± 0,85238,39 ± 6,34123,36 ± 1,72255,50 ± 9,62Абсолютный прирост, г114,48132,14Среднесуточный прирост, г1,762,03Продолжительность выращивания, сут6565Выживаемость, %9295Применение 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 4Результаты выращивания гибрида «стерлядь × белуга» и клариевого сома совместно с салатом при добавлении культуральной жидкости бактериального изолята ПоказательОпыт (растение и бактериальный изолят)Контроль (без растений)гибридсомгибридсомМасса начальная, г15,24 ± 0,7610,45 ± 0,2415,03 ± 0,6110,45 ± 0,24Масса конечная, г200,05 ± 6,79489,70 ± 16,70185,90 ± 6,48370,56 ± 12,60Абсолютный прирост, г184,81479,25170,87360,11Среднесуточный прирост, г/сут2,646,842,445,14Среднесуточная скорость роста, %3,475,243,454,47Коэффициент массонакопления, ед.0,140,230,130,20Продолжительность эксперимента, сут70Выявлено 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 5Динамика физиолого-биохимических показателей крови при выращивании гибрида «стерлядь × белуга» в обычной УЗВ и в установке этажного типаПоказательНачало экспериментаЧерез 30 сутокв УЗВв установке этажного типаСОЭ, мм/ч2,90 ± 0,871,89 ± 0,171,50 ± 0,60*Гемоглобин, г/л66,3 ± 5,6346,0 ± 1,0056,0 ± 0,60**Общий белок, г/л17,31 ± 0,8220,0 ± 1,0030,0 ± 2,40**Общие липиды, г/л3,82 ± 0,223,96 ± 0,252,1 ± 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.ЗаключениеЭксперименты 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.