Автор: Cosmas Nathanailides, Ph.D.
Стаття від: 11 вересня 2023 року
Огляд підкреслює важливість розуміння механізмів, які впливають на утримання та засвоєння фосфору у вирощуваній рибі
Автори розглядають стратегії зменшення фосфорного забруднення прісноводних рибницьких господарств з відкритим потоком, акцентуючи увагу на важливості розуміння механізмів, які впливають на утримання та поглинання фосфору в організмі вирощуваної риби. Фото: Darryl Jory
Фосфор є важливим інгредієнтом кормів для риб, оскільки він необхідний для різних фізіологічних процесів, включаючи формування кісток, енергетичний обмін і клітинні функції. Достатній рівень фосфору в раціоні риб має вирішальне значення для стимулювання росту та загального благополуччя. Однак фосфор також є потенційною проблемою з точки зору забруднення навколишнього середовища. Надмірне скидання фосфору в результаті діяльності аквакультури може призвести до евтрофікації води, цвітіння водоростей та інших негативних наслідків для водних екосистем.
Стічні води з рибницьких господарств сприяють збільшенню вмісту поживних речовин, зокрема фосфору, у навколишніх водоймах, що може мати негативний вплив на якість води та біорізноманіття. Щоб пом’якшити ці екологічні проблеми, аквакультура намагається оптимізувати використання фосфору та мінімізувати свій вплив на навколишнє середовище. Це передбачає розробку інноваційних рецептур кормів, які покращують засвоюваність фосфору в організмі вирощуваної риби, тим самим зменшуючи виділення фосфору в навколишнє середовище. Крім того, такі технології, як точне (прецизійне) годування, що має на меті узгодити подачу корму з харчовими потребами риби, допомагають запобігти надмірному викиду фосфору в навколишнє середовище.
Аквакультуру можна зробити більш сталою, зменшивши викиди фосфору. Цього можна досягти шляхом оптимізації складу кормів, додавання функціональних кормових інгредієнтів, покращенням стану здоров’ям кишечника та очищення стічних вод аквакультури за допомогою біоремедіації та абсорбуючих матеріалів. Антипоживні фактори можна пом’якшити шляхом переробки та використання функціональних кормових добавок. Вирішення цих питань зменшить вплив аквакультури на навколишнє середовище, забезпечить здоров’я водних екосистем і глобальну продовольчу безпеку. Крім того, очищення стічних вод аквакультури за допомогою біоремедіації та абсорбуючих матеріалів може видалити фосфор з води, запобігаючи його потраплянню в навколишнє середовище.
Ця стаття – резюме з оригінальної публікації (Nathanailides, C. et al. 2023. Addressing Phosphorus Waste in Open Flow Freshwater Fish Farms: Challenges and Solutions. Fishes 2023, 8(9), 442) – обговорюються стратегії зменшення фосфорного забруднення на прісноводних рибних фермах з відкритим потоком. В оригінальній статті також розглядаються морфологічні, фізіологічні та дієтичні фактори, що впливають на засвоєння фосфору рибою.
Ініціативи зі скорочення обсягів фосфору у стічних водах
Технологічні розробки відіграють значну роль у зменшенні впливу систем аквакультури на навколишнє середовище, в тому числі у вирішенні проблеми забруднення фосфором. З’явилося кілька досягнень для підвищення ефективності очищення води та мінімізації впливу стічних вод аквакультури на навколишнє середовище.
Відкриті системи аквакультури можуть стикатися з більшими проблемами в управлінні та контролі забруднення фосфором порівняно із закритими рециркуляційними системами аквакультури (RAS); тим не менш, існують деякі схожі принципи механічної та біологічної фільтрації, які можна застосувати для очищення стоків аквакультури та мінімізації забруднення фосфором нижче за течією.
До них відносяться ставки-відстійники, які можуть зменшити органічне навантаження та вміст твердих частинок у стічних водах перед їхнім скиданням у водну екосистему нижче за течією. Створення водно-болотних угідь або вирощування водоростей нижче за течією від відкритих рибницьких господарств може запропонувати природні механізми фільтрації для використання рослинності та ґрунту для фільтрації та поглинання поживних речовин, у тому числі фосфору, зі стічних вод. Сприяючи зростанню певних водоростей або рослин, фосфор можна ефективно видаляти зі стоків аквакультури.
Управління поживними речовинами та оптимізація годівлі також є високоефективним методом зменшення фосфорного забруднення на рибних фермах, і галузь досягла значних успіхів у цьому напрямку; рівень фосфору в кормах для риб значно знизився, а режими годівлі були оптимізовані, щоб зменшити вміст фосфору у відходах аквакультури
Рис. 1: Фактори, що впливають на фосфорні відходи вирощеної риби. Із змінами з оригіналу.
У минулому було досягнуто значного прогресу завдяки впровадженню ініціатив зі скорочення фосфорних відходів; ці підходи/ініціятиви розроблялися та вдосконалювалися протягом багатьох років. Вони ґрунтуються на застосуванні найкращих практик управління, оптимізації режимів годівлі та використанні кормових інгредієнтів з низьким вмістом фосфору. Крім того, багатообіцяючі результати дає використання кормових добавок, таких як ферменти a-кетоглутаратфітази, органічні кислоти та комбінації рослинних білків з низьким вмістом фосфору. Ці стратегії пропонують багатообіцяючі шляхи не лише для зменшення відходів фосфору, але й для оптимізації росту риби та сприяння сталому розвитку прісноводної аквакультури.
Подібним чином екзогенні ферменти можуть слугувати безпечною та ефективною біодобавкою для регулювання різних аспектів продуктивності риби та зменшення забруднення навколишнього середовища фосфором. Включення екзогенних ензимів у корм для риб має потенціал для покращення показників росту, засвоюваності, використання корму, складу всього тіла та імунної системи, що в подальшому зменшує забруднення фосфором у прісноводних рибницьких господарствах з відкритим потоком.
Управлінські стратегії із зменшення фосфорного забруднення від аквакультури
Взаємодія між аквакультурою та навколишнім середовищем є цікавим парадоксом. З одного боку, стічні води аквакультури, що містять надлишок поживних речовин, які потрапляють у навколишні води, сприяють вивільненню фосфору, що негативно впливає на екологічний стан екосистеми. З іншого боку, аквакультура чутлива до впливу евтрофікації, оскільки надмірний рівень фосфору може порушити екологічний баланс, а також якість води, здоров’я і ріст риби. Визнаючи цей парадокс, впроваджуються законодавчі ініціативи, спрямовані на боротьбу із забрудненням фосфором з різних джерел, включаючи аквакультуру та сільське господарство, для пом’якшення впливу на навколишнє середовище та сприяння сталому веденню аквакультури.
Існує безліч нових або вдосконалених стратегій управління, які можуть бути використані для зменшення забруднення фосфором аквакультурою, включаючи розвиток існуючих і нових підходів, таких як заміна рибного борошна рослинними білками і зменшення кількості фосфору в кормах, оптимізація режимів годівлі для зменшення кормового коефіцієнту або добового споживання корму, використання технологій очищення води для видалення фосфору зі стічних вод, а також розробка практик сталої аквакультури, які зменшують вплив рибного господарства на навколишнє середовище.
Однак доцільність та ефективність цих стратегій залежить від різних факторів, таких як система аквакультури, вид риби, що вирощується, та місцеві умови навколишнього середовища. Видалення фосфору у відкритих системах аквакультури в річках є критично важливим для підтримки якості води та пом’якшення впливу на навколишнє середовище (Рис. 2).
Рис. 2: Взаємодія та стратегії управління фосфором у прісноводних рибницьких господарствах.
Фіторемедіація (фіторекультивація)
Нові рішення, такі як фіторемедіація та адсорбенти/фільтрація, пропонують перспективні підходи до вирішення проблеми фосфорного забруднення. Ці методи базуються на використанні водних рослин, механічних і біологічних фільтрів для видалення надлишкового фосфору з води.
Фіторемедіація в річковій аквакультурі також може базуватися на використанні плаваючих водних рослин, таких як водяний гіацинт (Eichhornia crassipes) і ряска (Lemna spp.), які продемонстрували ефективну здатність до видалення поживних речовин. Ці рослини можуть бути стратегічно розміщені в системі аквакультури або у створених водно-болотних угіддях вздовж течії річки, щоб допомогти зменшити забруднення фосфором. Інший приклад передбачає утилізацію стоків, зібраних після очищення стічних вод за допомогою пурпурової бактерії Rhodopseudomonas sphaeroides. Ці стоки можуть бути повторно використані для мікробних кормів, ліків та води для аквакультури.
Адсорбенти та системи фільтрації
Адсорбенти та системи фільтрації є ефективними підходами для зменшення впливу фосфору та евтрофікації у річковій аквакультурі. Модифіковані глини або активоване вугілля, діючи як адсорбенти, можуть зв’язуватися з частинками фосфору у воді, полегшуючи їх видалення. Аналогічно, системи фільтрації, оснащені спеціальними середовищами або мембранами, можуть вловлювати часточки що містять фосфор.
Наприклад, цеоліти продемонстрували потенціал для видалення фосфору зі стоків аквакультури. Крім того, біоматеріали, отримані з сосни скручено (Pinus contorta), були використані для зменшення відходів аквакультури та пом’якшення евтрофікації, спричиненої мікроелементами. Наприклад, обробка стоків райдужного пструга цими біоматеріалами протягом 60 хвилин призвела до видалення від 150 до 180 грамів фосфору на тонну, що є методом зменшення евтрофікації в аквакультурі.
Економічні витрати, пов’язані з цими стратегіями, можуть бути визначальними для їх потенційного застосування в аквакультурі. Важливо провести ретельне економічне обґрунтування та аналіз витрат і переваг для кожної рибницької операції, щоб визначити фінансову життєздатність і рентабельність цих рішень. Слід також враховувати такі фактори, як потенційна економія коштів завдяки зменшенню забруднення води, покращенню здоров’я риби та дотриманню нормативних вимог.
Роль пробіотиків
Для зменшення органічного навантаження рибницьких господарств можна використовувати пробіотики, які можуть впливати на динаміку фосфору, що вивільняється рибницькими господарствами, через їхню взаємодію з кишковою мікробіотою вирощуваної риби. Включаючи пробіотики в раціон риб або вводячи їх у товщу води, можна змінювати склад і активність кишкової мікробіоти, тим самим підвищуючи травну здатність риб щодо засвоєння та утилізації фосфору.
Пробіотики, додані до раціону риб або введені у товщу води, можуть змінювати мікробіоту кишечника і покращувати травну здатність риб. Таке покращене засвоєння призводить до зменшення відходів фосфору, що є критичною проблемою для прісноводних рибницьких господарств через його вплив на навколишнє середовище. Підвищуючи ефективність використання поживних речовин, можна мінімізувати кількість фосфору, що виділяється в навколишнє середовище.
Кілька досліджень показали, що пробіотики та пребіотики, які сприяють росту корисних кишкових бактерій, можуть підвищити ефективність перетворення корму (зменшити кормовий коефіцієнт) та покращити показники росту риби. Певні штами пробіотичних бактерій, при введенні в системи аквакультури, показали, що вони покращують використання та засвоєння фосфору і зменшують його потрапляння в навколишнє середовище.
Крім того, пробіотики можуть сприяти росту корисних бактерій у кишечнику риби, що призводить до покращеного засвоєння та використання поживних речовин. Це може призвести до покращення перетворення корму (зменшення кормового коефіцієнту) та зменшення утворення відходів, включаючи виділення фосфору. Однак ефективність пробіотиків у зменшенні фосфорного забруднення може варіюватися залежно від кількох факторів, включаючи конкретні штами пробіотиків, що використовуються, характеристики системи аквакультури та склад корму.
Пробіотики також можна вводити у водне середовище, додаючи їх у товщу води або включаючи у системи фільтрації. Цей альтернативний підхід дозволяє пробіотикам впливати на функцію кишечника і безпосередньо взаємодіяти з водою з технологічної водойми та осадом, що потенційно посилює їхній відновлювальний/біоремедіаційний ефект.
Шляхом виключення конкуренції, застосування суміші пробіотиків, таких як молочнокислі бактерії, фототрофні бактерії та дріжджі, можна пригнічувати ріст патогенних і шкідливих бактерій на рибницьких фермах, а також зменшити кількість фосфорних відходів. Дослідники повідомили про значне зниження (на 77,6 відсотка) концентрації фосфору у воді з рибницького ставка після застосування суміші пробіотиків. Ці дані свідчать про те, що пробіотики можуть не тільки функціонувати як дієтичні компоненти, але й сприяти біоремедіації, в кінцевому підсумку покращуючи параметри якості води та зменшуючи навантаження на поживні речовини у стічних водах аквакультури.
Однак для оптимізації використання пробіотиків для управління фосфором у прісноводній аквакультурі все ще потрібні подальші дослідження, оскільки їхня ефективність може змінюватися залежно від таких факторів, як штами бактерій, характеристики рибницької системи та склад кормів.
Майбутні перспективи
Хоча сприяти зменшенню забруднення фосфором на рибних фермах можуть кілька методів і стратегій, слід орієнтуватись на цілісний підхід, що охоплює різні фактори. Аналіз витрат, належне управління кормами, моніторинг якості води та кругообіг поживних речовин відіграють ключову роль в ефективному вирішенні екологічних проблем, пов’язаних з фосфором Розуміння механізмів засвоєння фосфору, дієтичних факторів, антипоживних (антинутриціальних) речовин і морфології кишечника може сприяти оптимізації практик аквакультури для зменшення вивільнення фосфору у довкілля.
Посилання на оригінал: Strategies for reducing the phosphorus impact of freshwater fish farms
