Стаття від 27 жовтня 2025 року.
Автор:Otávio Augusto Lacerda Ferreira Pimentel, Ph.D. Michael H. Schwarz, Ph.D. Jonathan van Senten, Ph.D. Wilson Wasielesky, Ph.D. Stephen Urick Andrezza Carvalho, Ph.D. Ethan McAlhaney, B.S. Jireh Clarington, B.S. Dariano Krummenauer, Ph.D.
Переклад зроблено фахівцями Державної установи “Методично-технологічний центр з аквакультури”.
Синбіотична система забезпечила вищу виживаність креветок, більший урожай та нижчий кормовий коефіцієнт, ніж системи RAS та BFT.
У цьому дослідженні порівнювалися системи рециркуляційної аквакультури, біофлоку та синбіотичні системи для вирощування тихоокеанської білої креветки в умовах низької солоності та високої щільності. Вигляд креветок, зібраних із надінтенсивного господарства з використанням синбіотичної системи в умовах низької солоності. Фото Otávio Augusto L. F. Pimentel.
Тихоокеанська біла креветка (Penaeus vannamei) є найпоширенішим видом безхребетних у світовій аквакультурі, і її вирощування у внутрішніх регіонах з використанням води з низькою солоністю є поширеною практикою в усьому світі. Таке вирощування у внутрішніх регіонах можливе завдяки витривалості цього виду, що дозволяє йому витримувати широкий діапазон солоності, температур та щільності посадки. Це відкриває можливості для вирощування P. vannamei в інтенсивних системах, таких як рециркуляційні аквакультурні системи (RAS), біофлок-технологія (BFT) та синбіотичні системи.
Ці системи дозволяють отримати більший урожай при меншому споживанні води та землі, тому є екологічно чистими альтернативами іншим системам виробництва. RAS вимагає контрольованих умов, з очищенням води за допомогою різних механічних та біологічних етапів фільтрації перед її рециркуляцією назад у виробничі резервуари. BFT — це система на основі мікроорганізмів, яка характеризується маніпулюванням співвідношенням вуглецю та азоту (C:N) у воді за допомогою простого джерела органічного вуглецю, такого як меляса або цукор, для контролю загального аміачного азоту (TAN) шляхом стимулювання росту гетеротрофних бактерій. Ці групи бактерій асимілюють аміак у біомасу, створюючи мікробні агрегати, відомі як біофлоки.
Синбіотичні системи останнім часом набирають популярності, оскільки мають потенціал для розширення стратегій управління удобренням для вирощування P. vannamei. Ця система характеризується удобренням води рослинними висівками, обробленими пробіотичними мікроорганізмами (наприклад, Bacillus, Lactobacillus і дріжджами). У синбіотичних системах добриво покращує якість води, допомагаючи контролювати TAN, оскільки є джерелом органічного вуглецю, а також служить поживним і функціональним додатковим джерелом їжі для креветок. Це відбувається тому, що пробіотичні мікроорганізми колонізують частинки висівок під час обробки, і коли вони потрапляють у воду, креветки можуть їх споживати. Хемоавтотрофні бактерії ростуть як у системах BFT, так і в синбіотичних системах, відіграючи ключову роль у контролі аміаку та нітритів, які є високотоксичними в умовах низької солоності.
З огляду на поширення культури P. vannamei у внутрішні регіони, важливо підкреслити відсутність порівняльних досліджень між системами RAS, BFT та синбіотичними системами, що використовують воду з низькою солоністю, а також їхній вплив на контроль азотистих сполук, мікробний склад та ріст креветок.
Дослідження з цієї точки зору є важливими для подолання перешкод, що виникають при вирощуванні креветок в цих унікальних умовах. Тому метою даного дослідження було проаналізувати вплив систем RAS, BFT і синбіотичних систем на якість води, склад планктону і ріст P. vannamei у воді з солоністю 2 грами на літр і високою щільністю зариблення.
Автори висловлюють глибоку вдячність за фінансову підтримку, надану Координаційною радою з підвищення кваліфікації вищого персоналу (CAPES), Національною радою з наукового та технологічного розвитку (CNPq), Фондом підтримки досліджень штату Ріу-Гранді-ду-Сул – FAPERGS, а також усій команді VSAREC.
Інтенсивна культура Penaeus vannamei у BFT – системі в Федеральному університеті Ріу-Гранде – FURG, Бразилія. Фото Otávio Augusto L. F. Pimentel.
Налаштування дослідження
Це дослідження було проведено у Центрі досліджень та розвитку сільського господарства у сфері морепродуктів штату Вірджинія (VSAREC), Політехнічному інституті та Уіверситеті штату Вірджинія (Вірджинія, США) (рис. 1а). Культивування P. vannamei з щільністю 500 креветок на кубічний метр (початкова вага: 1,27 ± 0,06 грама) проводилася протягом 30 днів в експериментальних установках об’ємом 0,1 кубічного метра з випробуванням наступних методів вирощування, кожний з яких повторювалася тричі: система рециркуляційної аквакультури (RAS), система біофлок-технології (BFT) та синбіотична система (рис. 1b). Вода, яка використовувалася в експерименті, була отримана шляхом змішування дехлорованої прісної води з крана з комерційною штучною сіллю (Instant Ocean Sea Salt) для досягнення солоності 2 грами на літр.
Рис. 1. Вид зовні будівлі VSAREC (а) та експериментальні установки, що використовуються для надінтенсивного вирощування Penaeus vannamei в системах RAS з низькою солоністю, BFT та синобіотичних системах (b)). Джерело: Dariano Krummenauer (a) and Otávio Augusto L. F. Pimentel (b).
Система RAS мала загальний об’єм 0,6 кубічних метрів, а вода постійно рециркулювала зі швидкістю приблизно 180 літрів на годину. Вона оброблялася механічною фільтрацією за допомогою бульбашкового фільтра та біологічною фільтрацією (відстійник з біологічним фільтрувальним матеріалом K1 Kaldnes, що постійно аерувався) перед поверненням до експериментальних блоків. Раз на тиждень проводилося зворотне промивання для очищення механічного фільтра. Перед заселенням креветок система RAS була доведена до зрілості двома застосуваннями 5 мг на літр хлориду амонію (NH4Cl) протягом 10 днів.
Обробка BFT була статичною і повторно використовувала воду з попередньої культури P. vannamei при солоності 28 грамів на літр і поступово акліматизувалася до солоності 2 грамів на літр протягом 13 днів. Декстроза використовувалася як джерело вуглецю і застосовувалася у співвідношенні C:N 15:1 тільки тоді, коли TAN дорівнював або перевищував 1 мг на літр. Системи RAS і BFT щотижня оброблялися комерційним пробіотиком (Sanolife Mic, INVE Aquaculture) у концентрації 0,4 грама на кубічний метр.
Синбіотична обробка також була статичною і дозрівала з 16 щоденними застосуваннями перероблених рисових висівок перед посадкою креветок. Синбіотичне добриво складалося з рисових висівок (20 грамів на кубічний метр), того ж комерційного пробіотика (0,4 грама на кубічний метр), декстрози (2 грами на кубічний метр), бікарбонату натрію (2 грами на кубічний метр) та води з солоністю 2 грами на літр у співвідношенні 10:1 [об’єм чистої води (л): вага рисових висівок (кг)]. Добриво обробляли протягом 12-годинної анаеробної фази, після чого проводили 12-годинну аеробну фазу, а потім застосовували до системи. На додаток до органічних добрив, синбіотична обробка також передбачала щоденне внесення 1 мг на літр NH4Cl як неорганічного джерела азоту для сприяння утворенню нітрифікуючих бактерій. Під час випробування щоденне внесення добрив здійснювалося протягом перших 15 днів, а потім тричі на тиждень
У рамках обробки BFT та синбіотиком використовувалися подушки розміром 15 × 15 см, що містили штучні субстрати (K1 Kaldnes Biological Media) для сприяння процесу нітрифікації. У всіх випадках обробки температура води підтримувалася на рівні близько 30 °C за допомогою нагрівачів.
Під час експерименту креветок годували двічі на день комерційним кормом з 35-відсотковим вмістом сирого білка (Zeigler Bros). Контролювали концентрацію азотистих сполук, кальцію та магнію, а також співвідношення Mg:Ca. Коли загальний азот перевищував 1 мг на літр, в експериментальних установках проводили 10-відсоткову заміну води. Наприкінці експерименту було ідентифіковано та кількісно оцінено основні групи зоопланктонних мікроорганізмів у воді.
Результати та обговорення
На початку експерименту концентрація кальцію коливалася від 90 мг на літр у симбіотичному методі лікування до 100 мг на літр у RAS, а магнію — від 90 мг на літр у RAS до 140 мг на літр у методі з використанням BFT. Співвідношення Mg:Ca коливалося від 0,9:1 у RAS до 1,68:1 у BFT. Наприкінці випробування концентрація кальцію становила 110 мг на літр у RAS, 80 мг на літр у BFT і 90 мг на літр у синбіотичному варіанті. Магній становив 120 мг на літр у RAS, 100 мг на літр у BFT і 130 мг на літр у синбіотичному режимі. Співвідношення Ca:Mg становило 1,09:1 у RAS, 1,26:1 у BFT і 1,44 у синбіотичному режимі. Як на початку, так і в кінці випробування концентрації іонів кальцію і магнію були вище рекомендованого порогу для інтенсивного вирощування P. vannamei у воді з низькою солоністю, який становить 25 мг на літр для кальцію і 89 мг на літр для магнію. Хоча співвідношення Mg:Ca не відповідало рекомендованому співвідношенню 3:1, це не вплинуло негативно на ріст креветок під час випробування.
Середній TAN був вищим у групах BFT (0,83 мг на літр) і синбіотик (0,75 мг на літр), ніж у групі RAS (0,42 мг на літр). У групі BFT було більше випадків, коли TAN перевищував 1 мг на літр (рис. 2а), що вимагало часткової заміни води і свідчило про те, що бактеріальна спільнота, яка окислює аміак, ще не була повністю сформована.
У системах вирощування креветок з водою низької солоності токсичність аміаку та нітритів є високою, і система повинна бути повністю дозрілою, щоб уникнути різких стрибків, які можуть бути шкідливими для системи. Незважаючи на стрибки аміаку в BFT, нітрити залишалися стабільними протягом усього випробування, підтримуючи середні концентрації нижче 0,50 мг на літр. Середній рівень нітратів був вищим у BFT (53,93 мг на літр) та синбіотичному (61,27 мг на літр) варіантах, ніж у RAS (17,80 мг на літр). У групах BFT і синбіотиків протягом усього експерименту спостерігалося накопичення нітратів, особливо в групі синбіотиків (рис. 2b), що свідчить про високу активність нітрифікуючих бактерій у цих групах, особливо нітрит-окислюючих бактерій.
Ця група бактерій відповідає за окислення нітритів до нітратів. Нижчий рівень нітратів у RAS пояснюється щотижневим зворотним промиванням для очищення механічного фільтра, яке видаляло більшу частину нітратів, що утворювалися в системі. Результати цього дослідження продемонстрували, що синбіотична система була ефективнішою в контролі азотистих сполук, ніж BFT у надінтенсивних системах вирощування креветок з використанням води з низькою солоністю, оскільки вона вимагала менше заміни води, мала низькі концентрації нітритів (без стрибків) і призводила до більшого накопичення нітратів. Це стало можливим лише завдяки використанню протоколу дозрівання синбіотичної обробки, який включав щоденне органічне удобрення рисовими висівками, обробленими пробіотичними мікроорганізмами, в поєднанні з удобренням неорганічним джерелом азоту до стабілізації азотистих сполук.
Рис. 2. Динаміка загального аміачного азоту (TAN, a) та нітратного азоту (NO3–N, b) під час надінтенсивного вирощування Penaeus vannamei за допомогою систем RAS, BFT та синбіотичних систем у воді з низькою солоністю.
У синбіотичній системі було виявлено більшу кількість інфузорій та амеб, ніж у RAS та BFT. У всіх групах переважали джгутикові найпростіші. У групі RAS було виявлено найвищу відносну чисельність амеб (21 відсоток). Інфузорії становили 6,8 відсотка від загальної кількості зоопланктону в RAS і BFT і 8 відсотків у синбіотичній обробці (рис. 3).
Коловертки становили 5 відсотків від загальної кількості зоопланктону в варіанті RAS, 2,7 відсотка в варіанті BFT і 2,6 відсотка в синбіотичному варіанті (рис. 3).
Наявність найпростіших мікроорганізмів вказувала на гетеротрофну домінантність, що є характерною рисою як BFT, так і синбіотичних систем. Ріст найпростіших опосередковується присутністю бактерій, які є основним джерелом їжі для цих мікроорганізмів. Ця домінантність стимулюється для забезпечення більшого контролю над фітопланктоном, якістю води та циклом поживних речовин. Загалом, BFT і синбіотична система мали вищу чисельність мікроорганізмів, ніж RAS, що було очікуваним з огляду на експлуатаційні характеристики систем культивування.
Постійна присутність мікроорганізмів у культуральному середовищі є перевагою для BFT і синбіотику, що безпосередньо вплинуло на показники виробництва P. vannamei. Кінцева вага креветок була вищою в групах BFT (5,14 грама) і синбіотику (4,99 грама), ніж у групі RAS (4,45 грама) (рис. 4а). Виживаність була вищою в синбіотику (98 відсотків), ніж в RAS (80,67 відсотків) і BFT (85,33 відсотків) (Рис. 4b).
Рис. 3. Відносна чисельність основних груп зоопланктону в режимі RAS (а), BFT (b) та синбіотичному (c) режимі в умовах надінтенсивного вирощування Penaeus vannamei у воді з низькою солоністю.
FCR був вищим у RAS (2,01) та BFT (1,80), ніж у синбіотику (1,38) (рис. 4c). Урожайність була вищою в синбіотику (2,31 кг на кубічний метр), ніж в RAS (1,79 кг на кубічний метр) і BFT (1,93 кг на кубічний метр) (рис. 4d).
Результати продемонстрували позитивний ефект мікроорганізмів як додаткового джерела природного корму для креветок, покращуючи ріст, виживаність, імунний статус тварин, зменшуючи витрати на корм та збільшуючи врожайність. Цей ефект був найбільш помітним у разі застосування синбіотиків. Крім того, застосування синбіотичної системи мало додаткову перевагу: використання перероблених рисових висівок як добрива, що також забезпечило високопоживне та функціональне додаткове джерело природного корму, оскільки воно багате на пробіотичні мікроорганізми.
Враховувати ці фактори надзвичайно важливо при вирощуванні морських креветок у воді з низькою солоністю, оскільки це суворе середовище для тварин. Тому створення більш комфортних умов, пов’язаних з якістю води та наявністю додаткового природного корму, є альтернативою для надінтенсивного вирощування P. vannamei у внутрішніх регіонах з водою з низькою солоністю. Важливо підкреслити, що ці результати відображають короткий період вирощування і що для підтвердження позитивного впливу синбіотичної системи на надінтенсивне вирощування P. vannamei необхідно провести повний цикл.
Рис 4. Кінцева вага (а), виживаність (b), rjhvjdbq коефіцієнт (FCR, c) та врожайність (d) надінтенсивного вирощування Penaeus vannamei в RAS, BFT та синбіотику з водою низької солоності.
Висновок
Синбіотична система може вважатися перспективним підходом для надінтенсивного вирощування P. vannamei у воді з низькою солоністю, оскільки вона забезпечила кращий контроль азотистих сполук у порівнянні з BFT та більшу кількість мікроорганізмів зоопланктону, таких як інфузорії та амеби, ніж системи RAS та BFT. Синбіотична система також забезпечила вищу виживаність креветок, вищий урожай та нижчий FCR, ніж системи RAS та BFT.
