Краткое содержание:
Система PAS
Система IPR
Опытное начало в России
Предложения по использованию ВПрС
Расчёт производительности ВПрС
Модули ВПрС и их зарыбление
Ограничивающие факторы и пути их преодоления
Преимущества внутрипрудовых систем
По прогнозам ФАО мировое производство водных ресурсов будет расти на 1,2% в год в период с 2021 по 2030 год и достигнет 201 миллиона тонн к 2030 году, что означает общий рост на 23 миллиона тонн, то есть на 12,8% по сравнению с базовым периодом (2018-2020 гг.)
Такие темпы достигаются в основном за счёт интенсификации товарной аквакультуры, которая, как ожидается, будет расти со скоростью 2,0% в год и может достигнуть к 2030 г 103 млн. тонн.
В основном её развитие происходит за счёт внедрения новых интенсивных методов в марикультуре (лососеводство и форелеводство в садках преимущественно в открытом море), а также посредством применения автономных закрытых сооружений на суше в виде установок с замкнутым водообеспечением, систем с частичным оборотным, повторным использованием воды и нулевым сбросом загрязнений в окружающую среду (биофлок и аквапоника). Такой интенсив позволяет получать с одного кубического метра воды в десятки раз больше рыбы, чем в традиционном пастбищном рыбоводстве.
Есть некоторые подвижки и в интенсификации прудового рыбоводства в виде систем с разделёнными прудами (PAS) и проточных бассейнов в прудах (IPRS). Система PAS впервые была разработана в США в 1988 г на полевой станции Calhoun Университета Клемсона.
Система PAS
Концепция PAS состоит в разделении разведения рыб в прудах на отдельные физические, химические и биологические процессы, связанные вместе однородным потоком воды (иллюстрация 1). Физическое разделение нацелено на достижение двух важных целей. Во-первых, это даёт возможность пользователям точно количественно оценить процессы рыбоводства и экосистемы прудов. Во-вторых, отделение операции по выращиванию рыбы от «массового» производства водорослей и обработки воды в пруду позволяет независимо оптимизировать процессы, тем самым улучшая и максимизируя производительность каждого компонента.
Движущей силой системы является низкоскоростное лопастное колесо, которое перемещает воду в конфигурации с продольными каналами. Пруды для выращивания водорослей с гребным колесом ранее не использовались в аквакультуре. Скорость, передаваемая лопастью, обеспечивает смешанный водо-воздушный столб, увеличивая эффективное воздействие солнечной активности на популяции водорослей, тем самым повышая первичную продукцию пруда. Эта конфигурация максимизирует поглощение водорослями NH4-N и CO2, улучшает межфазный газообмен, сводит к минимуму осаждение твердых отходов в пруду и дает возможность собирать избыточные твердые частицы водорослей. Эти особенности повышают качество воды пруда, обеспечивая при этом биомассу для побочных продуктов или для использования в качестве потенциального биоэнергетического ресурса.
С 1995 по 2000 год в Америке проводились проверки пределов продуктивности PAS по канальному сому и тиляпии. К 2000 году ежегодное чистое производство сома со всех системах PAS составляло в среднем 19 362 кг/га, а при совместном производстве с тилапией - 15 852 кг/га по сому и 6075 кг/га по тиляпии, в то время как традиционное производство прудового сома в США составляло 1100 – 1700 кг/га.
Подробно об устройстве системе PAS можно ознакомиться в английском издании «Aquaculture Production Systems». Краткая информация о книге на сайте: https://cfu.by
Нуждающиеся в переводе на русский могут заказать его у автора данной статьи.
Система IPR
Наиболее простой является система размещения проточных бассейнов в пруду (IPR или IPRS). Применительно к нашей терминологии эту абревиатуру можно обозначить как ВПрС - внутри прудовая система. Это система, подобная садкам, которую можно адаптировать практически к любому водоему, но с преимуществом контролируемого движения воды для улучшения её качества и увеличения плотности посадки, тем самым увеличивая общую продуктивность на единицу площади пруда. Однако садки, особенно в небольших водоемах, представляли собой проблему из-за вспышек болезней, плохого качества воды и медленного роста. Эти проблемы часто связаны с плохой циркуляцией воды в садке. В проточных системах, таких как каналы, как правило, меньше проблем с качеством воды, чем в большинстве других систем культивирования. Постоянный обмен воды удаляет метаболиты из зоны культивирования и позволяет увеличить показатели поголовья и производительность на единицу площади по сравнению с садками и открытыми прудами.
Идея поместить рыбу в какой-то коробчатый вольер, подвешенный в водоеме и перемещать воду
через него не нова. Было разработано и запатентовано несколько конструкций (Fremont 1972; Fast 1977; Long 1990; Caillouet 1995). Во всех этих конструкциях использовался какой-либо тип насосной системы для перемещения воды через короб или желоб.
В начале 1990-х годов в Обернском университете был разработан проект системы IPR, которая эксплуатируется и в наши дни. Основу конструкции составляют проточные короба и эрлифтные насосы для подачи в них воды. Проточный короб-бассейн прямоугольный и подвешен к плавучей опоре. Эрлифтные насосы размещены в торце бассейнов, и вода закачивается в них через эрлифты. Сбрасывается она из бассейнов на противоположном конце от эрлифтов. Там вода выходит через камеру для отстаивания твердых частиц, а затем стекает обратно в водоём.
Плавучий блок IPRS, состоящий из проточных бассейнов, был помещен в каждый из четырех прудов по 0,4 га, занимая менее 2% площади пруда. Бассейны вмещали 64 м3 (ширина 4,9 м, длина 10,7 м и глубина 1,22 м) и 45 м3 воды (ширина 3,05 м, длина 12,20 м и глубина 1,22 м). Каждый IPRS имел эрлифтное устройство, состоящее из 9 труб ПВХ диаметром 7,6 см приводимое в действие воздуходувкой мощностью 1,5 л.с. В последние годы в пруды с IPRS добавили дополнительные бассейны и увеличили производительность воздуходувок.
Одиночный эрлифт может перекачивать приблизительно 230 л воды в минуту. На каждый бассейн используется девять эрлифтов. Устройство эрлифтов обеспечивает проточные каналы постоянным потоком воды и поддерживает адекватный уровень кислорода в ночное и раннее утреннее время. Скорость водообмена регулируется от трех до девяти заменов в час, в зависимости от плотности посадки рыбы и высоты выпускных коллекторов над поверхностью воды. Эрлифты поддерживали необходимую концентрацию растворенного кислорода в бассейнах с плотностью посадки рыбы 163 кг/м3, даже тогда, когда вода в пруду, в котором они плавали, содержала концентрацию кислорода ниже 2 мг / л (Masser 2004).
Исследования этой системы показали, что гибридные сомы (самки канального сома, Ictalurus punctatus x самцы голубого сома, I. furcatus) могут вырасти до рыночных размеров (680 г) на кормах с долей сырого протеина 32% за девять месяцев с выживаемостью от 85 до 96%, FCR ниже 1,60 и валовой урожай составляет более 15 000 кг / га.
Обобщённый материал по выращиванию сомов в этой системе опубликован в сборнике статей «Aquaculture America» за 2020 и 2021 гг.
Опытное начало в России
Проточный бассейны на плаву имели место и в России. В 2010 г специальная конструкция бассейново-садковой линии плавучего типа для выращивания молоди осетровых рыб была установлена на базе ООО РВК «Раскат» в водотоке реки Волги (журнал «Осетровое хозяйство» №5).
Некоторый опыт использования системы подобно американской IPRS также имеется в России. Применительно к нашей терминологии абревиатуру IPRS можно обозначить как ВПрС - Внутри Прудовая Система. В весенне-осенний период 2020 г. в р-не г. Волгоград в такой сиcтеме подращивали карпа. ВПрС состояла из 7 бетонных бассейна по 140 м2 (7 х 20), расположенных внутри пруда, площадью 45 га. Поток воды и аэрация обеспечивались эрлифтами, за счёт подачи воздуха от двух воздуходувок, производительностью 2,2 и 1,5 квт. Рыбоводные стоки также, как и у американцев, выводились на берег. Замысел состоял в том, чтобы получить в такой установке урожай карпа - 70 тонн за сезон. Однако в итоге было получено только 15600 кг. Главным недостатком явилась неспособность данных эрлифтов создать необходимый водообмен в бассейнах с рыбой, обеспечивающий живучесть всей запланированной биомассы.
Эрлифты, если они установлены правильно, могут обеспечить проток воды от указанных воздуходувок со скоростью не более 1000 м3/ч. А это только один оборот воды на все бассейны. Следовательно, для достижения поставленных целей нужно было добавить мощностей воздуходувок ещё в 2,5 раза больше. Тогда бы 3500 м3 воды, неся с собой минимум по 2 мгО2 /л и образуя 3,5х кратный водообмен в системе, обеспечили бы кислородом все 70 тонн товарного карпа. Конечно, для выхода на полную производительность необходимо принять и другие меры, но создание необходимого кислородного баланса – это ключевой вопрос. Без него другие мероприятия будут сводиться на нет.
Вместе с тем, развитию интенсивного производства рыбы в прудах начало уже положено. Теперь нужно, с учётом первых проб и ошибок, продвигаться далее.
Предложения по использованию ВПрС
Как уже указывалось, сооружение внутри прудовой системы (ВПрС) не требует больших капитальных затрат. Достаточно построить продольные бассейны, установить их на воде в пруду, пристроить с одного конца эрлифты, а с другого сборник шлама, подвести к эрлифтам электричество и воздухопроводы, установить на берегу воздуходувки, места для складирования комбикорма, концентрации стоков и сторожку для охраны. Остальные мероприятия уже ничем не отличаются от обычного садкового рыбоводства. Однако изготовление прочных рыбоводных садков стоит хороших денег. Для их безупречного функционирования нужны соответствующие глубины, а ещё больше – постоянный придонный поток воды. В непроточных прудах садковое производство может привести к эвтрофикации водоёмов и полному их загрязнению.
Эксплуатация ВПрС может осуществляться на небольших глубинах, предпочтительно от 1,5 м, как с проточной, так и с непроточной водой. Главное, чтобы качество воды по своим гидрохимическим показателям было приемлемо для разведения гидробионтов и отвечало основным требованиям по охране окружающей среды, определяемым государственными природоохранными, рыбоводными и санитарно-эпидемиологическими инстанциями. В каждом отдельном государстве имеются на этот счёт свои действующие нормативы.
Ниже приводятся примерные схемы и расчёты ВПрС для выращивания карповых, осетровых и лососёвых пород рыб.
Данный бассейн может изготавливаться из водостойких материалов, таких как полипропилен, полиэтилен, поликарбонат, стекловолокно или ткани ПВХ. Поскольку бассейн ставится с погружением в воду, давление на стенки с внешней и внутренней стороны уравновешенное, что не требует специальных боковых усилений, кроме как для смягчения волновых колебаний. Его размеры могут быть разными, в зависимости от задуманной производительности. В промышленных целях оптимальным видится бассейн 2м х 10м, высотой 1,2 м, глубиной воды 1 м позволяющим выращивать в одной производственной единице от 1,5 до 2,0 тонн товарной массы выше указанных видов.
Стоимость изготовления такого бассейна зависит от материалов. Если делать из полипропилена, толщиной 5 мм, цена его изготовления может составлять примерно 3000 евро. При использовании полотна ПВХ, плотностью 550 г/м2, все расходы, включая каркас из нержавейки и монтаж бассейна, обойдутся в сумму не более 500 евро. Думается, не трудно понять, насколько такой вариант дешевле по сравнению с сетчатыми садками в прудах или бассейнами в УЗВ.
Расчёт производительности ВПрС
Чтобы обеспечить получения урожая с одного бассейна ВПрС 1,5-2,0 тонны за цикл выращивания, необходимо иметь плотность посадки товарной рыбы 75-100 кг/м3. Основным фактором при этом, как указывалось ранее, является соблюдение кислородного баланса. Расчёт ведётся от удельного потребления кислорода гидробионтами. Та. например, карп навеской 1 кг, потребляет в среднем при температуре воды +200 С 100 мг О2/ч. Итого для дыхания 1500-2000 кг карпа потребуется 150 000-200 000 мг кислорода в час. В воде одного 20-кубового бассейна ВПрС при условии 85% насыщения при +200 С содержится 158 000 мг О2 (7,9 мг*20000л). За вычетом необходимой остаточной концентрации на дыхание полной массы остаётся 58 000 мг. Последний показатель говорит о том, что для полного обеспечения кислородом всего урожая карпа, весом 2000 кг, нужно организовать водообмен в бассейне 3,5 раза в час.
Эта задача решается за счёт установки в торце бассейна 6 эрлифтов и 1 воздуходувки на берегу. Опыт использования эрлифтов в УЗВ показывает, что трубные эрлифты, диаметром 110 мм при подаче в них воздуха в количестве 160 л/мин с глубины 90 см способны качать воду со скоростью 12 м3/ч. Всего для прокачки воды в бассейне со скоростью 70 м3/ч (20м3*3,5 раза) требуется, как указывалось, 6 таких эрлифтов. Общая производительность воздуходувки для этой цели, будет составлять не более 80 м3 воздуха в час. В данном случае подходит китайская воздуходувка МТ 03-М1С, 230 V, 130 мбар, 0,4 кВт.
При выращивании в ВПрС осетров в расчёт баланса кислорода нужно вносить коррективы. Как показывает практика реализации осетров в Беларуси, её население больше всего склонно покупать осетра навеской 2-2,5 кг/шт. Такой осётр при температуре +200 С потребляет 120 мг О2/кг/ч. Значит для обеспечения живучести 2 тонн товарной осетровой массы требуется уже 240 000 мг О2/ч, что требует увеличения водообмена до 4,1 раза в час. Задача решается путём добавления дополнительного воздуха в эрлифты. Мощность указанной воздуходувки это позволяет.
Радужная форель – одна из наиболее требовательных рыб к потреблению кислорода. При температуре +160 С, наиболее оптимальной для её выращивания, килограммовой особью потребляется 315 мг О2/кг/ч. Если брать во внимание 100% насыщение воды кислородом при Т+160С, его концентрация составляет 9,8 мг/л. С учётом необходимой остаточной концентрации кислорода 7 мг/л, на дыхание остаётся уже 2,8 мг/л, что дает в сумме 56 000 мг во всём 20-кубовом бассейне. На все 2 тонны товарной форели нужно 630 000 мг/ч (315 мг х 2000 кг). 630 000 мг : 56 000 мг = 11,3 раза/ч (226 м3/ч). Таков требуется водообмен в бассейне для радужной форели. Для достижения указанного водообмена требуется уже 8 эрлифтов с трубой D-160 мм, общей длиной между внутренними изгибами отводов – 130 мм. При подаче воздуха прежним объёмом 160 л/мин с глубины 120 см от верхнего уровня поток воды каждого эрлифта составит 28,2 м3/час * 8 эрлифтов = 225,6 м3/ч. Повышение производительности воздуходувки в этом случае не требуется.
Расчёт по удельному потреблению кислорода гидробионтами в ВПрС является основным. Все другие расчёты по скорости потока воды в зависимости от размера форели или по расходу воды на 1 кг особи, выноса осевших на дно твёрдых фекальных частиц существенно снижают водообмен, значительно уменьшают общий объём кислорода в бассейнах и тем самым увеличивают риски выживаемости форели при сезонных скачках температуры в воде и возникающих стрессовых ситуациях. С использованием технического кислорода потоки воды можно уменьшить, но в этом случает нужно ставить циркулярный или пропеллерный насос, потребляющие электричество на порядок больше. Дополнительные финансовые средства тратятся также на приобретение и доставку технического кислорода.
Модули ВПрС и их зарыбление
Для выращивания рыбы в коммерческих целях внутри прудовые бассейны могут быть различного размера и конфигурации. С приданием масштабности производства они, как правило, объединяются в блоки или модули. Пример такого модуля с продольными резервуарами приводится ниже.
Модуль с шестью, бассейнами 2х10м и трапами вдоль них может занять площадь в пруду у береговой полосы не более 350 м2. В таком модуле одновременно может содержаться 9-12 тонн карповых, осетровых, форелевых и др. видов ценных пород рыб. Производительность или продуктивность модуля зависит от различных субъективных и объективных факторов: замыслов производителя, категорий зарыбляемого материала, природных условий, применяемых кормов и др. Конечно, на берегу должен быть источник электроснабжения, укрытие для воздуходувок и фекальных насосов, автономная канализация для стоков, бытовка-сторожка, контейнер для комбикормов, резервный электрогенератор.
С учётом того, что в ВПрС рыба будет выращиваться под открытым небом при различной погоде с возможным перепадом температур, для лучшей выживаемости рекомендуется зарыблять бассейны подросшей молодью от 50 г. Так, например, карп обыкновенный во второй рыбоводной зоне за 2 сезона с мая по сентябрь на российских комбикормах «ЛимКорм» может от 50 г вырасти до 1300 г. Осётр – на кормах «Коппенс» за тот же период имеет навеску более 2х кг. Радужная форель, в отличие от карпа и осетра набирает вес и при низких температурах. Если продолжать расти её в ВПрС в зимний период, то ровно через год она будет весить уже более 2,5 кг.
В последние годы всё более развивается такое направление бизнеса, как спортивная рыбалка. Для этой деятельности берут форель разной навески, в промежуточных вариантах от 500 г до 1 кг. Подстраиваясь под их запросы, можно поставить производство рыбы в ВПрС на поток, увеличивая таким образом годовую производительность системы в 2-3 раза.
Системы ВПрС могут иметь и другие конфигурации. В середине 2019 г в Беларуси была разработана прибрежная рыбоводная установка (ПРУ), в основу которой входят закрытые садки, наподобие норвежских инновационных, прочно входящих в практику морского лососеводства. Краткое описание ПРУ можно найти на этом сайте в рубрике «Проекты УЗВ, ПРУ для предприятий». Там же опубликована статья «Бизнес в рыбоводстве с ПРУ» с расчётами инвестиций и окупаемости вложений. Страницу с этой статьёй за год с небольшим посетили более 8500 человек. В ней на конкретных цифрах показаны многие преимущества прудового рыбоводства при применении данной технологии.
Ограничивающие факторы и пути их преодоления
Ещё хотелось бы обратить внимание на некоторые факторы, ограничивающие применение новых технологий в прудовом рыбоводстве, подчинённых основному принципу: не навредить окружающей среде. Это запреты на применение антибиотиков в профилактике и лечении водных животных, ПДК стоков рыбоводства и ОБУВ (ориентировочно безопасные уровни воздействия). В каждом государстве эти показатели регламентируются по-своему, но по многим показателям они очень близки.
В Беларуси допустимые значения концентраций загрязняющих веществ в составе производственных сточных вод от форели согласно ТКП 17-06-08-2012 составляют по аммонийному азоту- 0,5 мг/л, БПК5-8 мгО2/л, ХПК-65 мгО2/л, ВВ-21 мг/л, нитрат -1,0 мгN/л, нитрит 0,1 мг/л, фосфор общий – 0,6 мг/л. Это самые строгие условия. Для карповых, поликультуре и пр. они либеральнее. Поскольку в ВПрС рыбоводный осадок выводится на берег и там утилизируется, основные органические отложения из фекалий в водоём не попадают. Здесь главным ограничивающим фактором остаётся концентрация аммонийного азота, выделяемого рыбами. Норма в 0,5 мгN/л определена не случайно. Уже при повышении температуры воды до + 250С и рН больше 7,5 концентрация свободного аммиака выходит за пределы ПДК, что может отрицательно сказаться на выживаемости форели.
Теперь считаем. В одном модуле ВПрС, рассчитанному на содержание 12 тонн форели в сутки может использоваться не более 1,2% комбикорма, что составляет 5,2 кг NH4-N/сутки. Чтобы концентрация в воде водоёма не превышала 0,5 мгN/л, площадь используемого под ВПрС водоёма со средней глубиною -1,5 м не должна быть меньше 0,7 га (5200000 мг NH4-N : 10 500 000 л (7000 кв.м *1,5м). Подобная методика расчёта выбора водоёмов, используемых под внутри прудовую систему, может применяться при любой производительности установок.
Для сравнения вернёмся снова к опыту применения IPRS в Оберне. Там, как уже упоминалось, блоки IPRS по 64 м3 с плотностью посадки сомов 163 кг/м3 были помещены в водоёмах по 0,4 га, что значительно меньше расчётов выше. Тем не менее, за многие годы интенсивной эксплуатации системы, ухудшения качества воды данных прудов не отмечено. Почему так происходит? Все рыбоводы-прудовики знают, что в водоёме с рыбой очень важно поддерживать гидро биологический баланс, чтобы биотоп являлся самоочищающейся экосистемой. Важное место в этом уделяется развитию фитопланктона, поглощающего углекислый газ и выделяющего кислород. В прудах с использованием IPRS, ВПрС, ПРУ эту задачу решают эрлифты, которые отдувают СО2 и насыщают воду кислородом. Днём и ночью, исключая тем самым большие колебания рН. Опять же обращаемся к нашим цифрам. В одном рассматриваемом в этой статье блоке ВПрС 6 бассейнов, в каждом из которых прокачивается до 226 м3/ч воды. За сутки одним блоком прокачивается 32544 м3 воды. Это значит, что через эрлифты вся вода пруда, площадью 0,7 га и глубиной 1,5 м оборачивается и аэрируется 3 раза в сутки, создавая тем самым необходимые условия для его самоочищения.
Преимущества внутрипрудовых систем
Теперь вернёмся к традиционному прудовому выращиванию и посмотрим, какую рыбопродуктивность мы имеем здесь. В Беларуси редко бывает более 1,5 тонны рыбы на гектар пруда. И это с применением поверхностных аэраторов и соответствующей мелиорацией пруда. Иначе заиливание прудов обеспечено и о хорошей рыбопродуктивности речи быть не может. Затраты на проведение данных мероприятий, по предварительным расчётам сравнимы с затратами на производство 9-12 тонн рыбы при выращивании в блоке ВПрС. Несомненно, в проточных прудах при определённых условиях рыбопродуктивность может быть и выше, но мы ведь говорим о применении ВПрС как раз в непроточных прудах. Несомненное преимущество по производительности может быт только в УЗВ с удерживаемыми благоприятными температурами круглый год. Однако для этого в УЗВ нужны капитальные строения, дорогие системы очистки оборотной воды и её подогрев, что не может на отражаться на себестоимости продукции по сравнению с ВПрС или ПРУ.
Системы ВПрС и ПРУ по сравнению с традиционным прудовым рыбоводством имеют ещё и другие преимущества:
- на небольшой площади удобнее осуществлять контроль качества воды и состояния гидробионтов, чем во всём водоёме. Заболевшие экземпляры легко определяются и удаляются, не заражая всю партию рыбы;
- в бассейнах проще проводить санитарно-эпидемиологические мероприятия, осуществлять дезинфекцию или обеззараживание воды;
- экономно расходуются комбикорма. КК во внутри прудовых системах сравним с КК в УЗВ;
- наличие в установке нескольких бассейнов позволяет своевременно проводить сортировку рыбы по возрастным группам, способствуя равномерному и последовательному развитию всей биомассы;
- сосредоточение партии рыб на узком участке даёт возможность персоналу лучше организовать их охрану от браконьеров, хищников, бакланов и других вредителей;
- удобный отлов всего урожая товарной рыбы, применение рыбонасосов.
Несомненно, некоторые преимущества в организации прудового рыбоводства имеются и при традиционных методах производства. Однако ухудшение состояния водоёмов из-за общих экологическим проблем заставляет заинтересованных лиц искать новые, альтернативные способы выращивания рыбы. И чтобы не потерять в будущем драгоценный урожай, внедрять новые технологии нужно уже сейчас.
22 сентября 2021 г. П.Аксиментьев