Aqu @teach: Проектирование кормов для аквапоники
Корма для рыб для аквапоники могут изготавливаться на домашних условиях или приобретаться у специализированных кормовых компаний, которые формируют специфические диеты в зависимости от вида и возраста рыб. Обычно коммерческие производители используют специализированные корма, поскольку они гарантированно удовлетворяют все потребности рыбы в питании и, как правило, являются более эффективными с точки зрения затрат по сравнению с производством и формированием собственного корма. Однако составные корма не всегда идеальны и могут оказывать различное влияние на качество воды, в которой живет рыба, и выделяются отходы. Только недавно ученые и инженеры начали рассматривать специфические диеты для рыб в системах рециркуляции и в аквапонных установках. Теоретически представляется возможным обеспечить рыбу гранулированными кормами, которые помогут ей быстро расти, обеспечивая при этом достаточное количество питательных веществ для растений, которые позже будут «питаться» этой водой. Однако на практике все сложнее и зависит от многих сложных параметров, таких как температура и рН переработанной воды, а также микробиота в кишечнике рыб и биофильтрах. Практик аквапоники должен знать основы состава кормов, чтобы иметь некоторый способ определить, с какого корма лучше всего начинать. Хотя разработка кормов с нуля не может быть необходимости, студенты должны иметь возможность выбрать лучший корм для этой системы после прочтения следующих разделов.
Рост рыбы и удержание азота
Азот, который в конечном итоге будет выведен рыбой в виде аммиака, поступает из белка в корме. Хотя в других компонентах корма есть азот, почти весь азот поглощается рыбой и удаляется в виде отходов из аминокислот, поскольку, как следует из их названия, все они содержат азот в химическом составе.
Если мы знаем процент азота в корме, мы можем затем рассчитать приблизительное количество, которое будет выводиться в виде аммиака в воду с помощью процесса, аналогичного процессу мочеиспускания. Этот аммиак позже будет превращен в нитрат, который будет предоставляться растениям. Однако здесь следует отметить, что рыба на самом деле не мочится, но, в отличие от большинства млекопитающих, они устраняют азотные отходы через свои ветви (подобно нашим лёгким). В следующих разделах мы будем следить за источником и судьбой азота в аквапонной системе на основе Seawright et al. (1998), которые были одной из первых групп, опубликовавших исследования по циклу питательных веществ в аквапонных системах за несколько десятилетий. назад. В своей работе они дают уравнение для расчета баланса азота в системе, которое мы будем использовать в качестве ориентира. После расчета азота, присутствующего в корме, мы рассчитываем, сколько оставлено в рыбе, потеряно в виде несъеденного корма и потеряно в фекалиях, чтобы в конечном итоге получить концентрацию аммиака в окружающей воде.
Источник азота
Корм является основным источником азота в нашей аквапонной системе. Для того, чтобы рассчитать общее количество азота, помещенного в резервуар через корм, сначала необходимо знать точное количество используемого корма в граммах или килограммах. Далее нам нужно знать процент белка в корме. Как правило, это отображается на этикетке корма или доступно у производителя кормов. Как уже упоминалось в предыдущих разделах, рыбные корма имеют высокую долю белка, как правило, от 25% до 50%. Как только мы узнаем процент белка, мы можем рассчитать процент азота, разделив его на 6,25. Мы используем это число, так как диетологи предполагают, что 1/6,25 или около 16% всего белка является азотом. Таким образом, для корма для тилапии с 35% белка мы знаем, что он имеет 35%\ * 16% = 5,6% азота. Если мы добавим, например, 120 граммов корма в бак за один день, то добавим 120\ * 5,6% = 6,72 г азота.
Усвоение азота рыбой
Рыба будет поглощать азот в свои белковые отложения, которые в основном являются его мышцами. Тем не менее, большая часть массы тела рыбы составляет воду, поэтому вес должен быть снижен, так как азот присутствует только в том, что можно назвать «сухим весом мышц». В целом, и на основании результатов нашей лаборатории и выводов из литературы (например, Seawright et al. 1998), сухой вес тилапии составляет около 27% от массы тела или, другими словами, 73% тилапии мышц — это вода.
Далее нам нужно знать коэффициент преобразования корма (FCR). FCR представляет собой соотношение между подаваемым кормом, деленное на полученный вес. Обратная функция FCR называется эффективностью подачи или увеличением веса, разделенным на потребляемый корм. Показатель FCR, как правило, составляет около 1-2 в рыбе. Эффективность подачи, с другой стороны, может рассматриваться как 1, разделенный на FCR. То есть для индекса конверсии 1,5 КПД корма составляет 1/1,5 = 66,73%. Другими словами, около двух третей корма, съеденного рыбой, будет поглощаться мышцами рыбы и учитываться как рост.
Конечно, было бы лучше иметь высокую эффективность корма (около 100%); чем выше она, тем выгоднее с экономической точки зрения. Тем не менее, у рыб есть максимальный предел для того, сколько мышц они могут накапливать с течением времени. По мере роста мышц количество белка будет расти (как и количество общего азота в мышце), но доля белка в мышце будет оставаться более или менее стабильной. Общий процент азота по отношению к массе тела составляет около 8,8% при тилапии. Это может варьироваться в зависимости от вида, но является хорошим приблизительным числом.
Таким образом, в зависимости от предоставленного корма, мы можем оценить, сколько азота будет сохранен в рыбе. Если мы обеспечим 120 г корма по предложенным выше значениям, то оставленный в рыбе азот будет найден путем умножения корма на сухой вес, эффективность корма и процент азота в мышечной массе рыб, т.е. 120 г\ * 27%\ * 66,73%\ * 8,8% = 1,90 г азота из корма останется в Рыба.
Азот, потерянный в твердых веществах
Помимо потери в виде мочи, азотные отходы могут быть потеряны через фекалии. Мы можем измерить содержание белка или азота в фекалиях, так как он накапливается в фильтре твердых частиц нашей системы, или мы можем просеивать его ежедневно и хранить его. Твердые отходы могут также содержать корма, которые не были употреблены в пищу, но, как упоминалось выше, трудно точно измерить, сколько кормов не было потреблено рыбой, поэтому мы объединяем фекалии и корма, не употребляемые как твердые отходы. Перед анализом твердые отходы высушивают для расчета сухого веса, а затем измеряют содержание азота. В системе RAS общее количество твердых веществ составляет около 10%, то есть 10% корма, поставляемого рыбе, превращается в твердые отходы (включая рыбные фекалии и гранулы, которые не попадают в организм). При анализе мы обнаружили, что содержание азота в фекалиях составляет 4,8%.
Как мы объясняли ранее, белок составляет 16% азота, или это то, что диетологи оценивают. Таким образом, если у нас есть только мера азота, для получения количества белка, который он пришел изначально, нам нужно «обратно рассчитать», разделив количество азота на 16%, что так же, как умножить его на 6,25% (1/16 = 0,0625 или 6,25%). Таким образом, в случае, когда содержание азота в фекалиях составляло 4,8%, количество белка составляло бы 4,8%\ * 6,25% = 30%.
Наконец, для расчета общего количества граммов азота, потерянного в твердых телах, на количество корма, которое мы предоставляем в резервуар, необходимо умножить количество корма (120 г) на процент потери корма в твердых телах (фекалии и корма не едят), и процент азота в твердых телах (4,8%). Скажем, что процент потери корма в твердых телах составляет 10%, азот теряется в твердых телах в этом случае будет: 120 г\ * 10%\ * 4,8% = 0,576 г азота в корме теряется в виде твердых веществ. Опять же, это всего лишь пример, и этот процент может варьироваться в зависимости от системы и других условий.
Азот растворенный в воде в виде аммиака
Далее мы можем использовать приведенные выше расчеты для количественной оценки азота, растворенного в воде, который по существу теряется в качестве отходов аммиака. Сначала добавляем азот, поглощенный рыбой и потерянный в фекалиях, а затем вычитаем его из азота, наносимого через корм. Оставшийся азот — это количество, потерянное или растворенное в воде. В приведенном выше случае 6,72 — (1,90 +0,576) = 4,24 г NH3. То есть 63,1% (4,24/6,72) азота из корма преобразуется в NH3. Он выводится ветвями как NH3 , но, в зависимости от рН воды, преобразуется в NH4 . Термин TAN обозначает общий аммиачный азот или комбинацию NH3+ NH4 . На рис. 6 мы приводим пример результатов нашей лаборатории, где общий азот рассчитывается в корме, а затем измеряется в рыбе, фекалиях и воде.
Рис. 5: Пример анализа азотного цикла при тилапии с использованием четырех различных кормов на основе различных источников белка (рыбная мука, соя, кукурузная клейковина и гороховый концентрат)
*Авторское право © Партнеры проекта Aqu @teach. Aqu @teach является стратегическим партнерством Erasmus+ в области высшего образования (2017-2020), возглавляемым Университетом Гринвича, в сотрудничестве с Цюрихским университетом прикладных наук (Швейцария), Техническим университетом Мадрида (Испания), Люблянским университетом и Биотехническим центром Naklo (Словения) . *