Технологии за устойчиво рибовъдството

Рибовъдството е един от най-бързо развиващите се сектори за производство на храни в света и има важен принос за глобалната продоволствена сигурност и икономическия растеж. В Европа аквакултурите играят жизненоважна социално-икономическа и екологична роля в крайбрежните и речните зони. Производството на аквакултури е признато от Европейската зелена сделка като източник на „ниско въглероден“ протеин за храни и фуражи. Европейският съюз определя като водеща цел в общата политика в областта на рибарството устойчивото развитие на аквакултурите. В настоящата статия ще разгледаме основни предизвикателства в рибовъдството и как технологиите променят сектора към по-устойчив и печеливш.

Текст: списание АгроБио Техника

Знаете ли, че повече от половината от всички количества риба и морски дарове за човешка консумация в света идва от аквакултури? Световните запаси от дива риба се изчерпват с непрекъснато нарастваща скорост, което налага различни ограничения на стопанския риболов. В същото време населението и търсенето на питателна храна нарастват. Това е обяснението, защо през последните десетилетия отглеждането на риба и други водни организми във вътрешни води или в морета е била най-бързо развиващата се дейност за производство на храни в света. Този растеж се очаква да продължи. Но какво прави аквакултурите толкова значими за човечеството и защо технологиите и иновациите са така важни за напредъка им?

Предимства на устойчивите аквакултури

Отглеждането на аквакултури има много предимства. Когато са отглеждани по устойчив начин, аквакултурите могат да помогнат за решаването на някои от най-належащите проблеми, пред които сме изправени днес. Те доставят питателна и разнообразна храна на нарастващото световно население. Рибата, морските дарове и водораслите, освен че са добри източници на протеини, също така осигуряват разнообразие от други хранителни вещества, включително микроелементи като витамини от групата В и D, селен, йод, цинк, желязо и калий. Дълговерижните омега-3 мастни киселини открити в тях имат важни полезни ефекти върху човешкото здраве и могат да помогнат за предотвратяване на заболявания.

Забележителни са екологичните аспекти на аквакултурите. В условията на нарастващо търсене на храна, те намаляват необходимостта от див улов на риба и следователно допринасят за намаляване на въздействието от стопанския риболов и за опазване на природните рибни запаси. Така се произвеждат храни и фуражи с по-малко въздействие върху климата и околната среда в сравнение с други видове земеделие. Европейската зелена сделка признава аквакултурите като ниско въглероден източник на протеин за храна. Рибата е много ефективен преобразувател на протеини в рибено месо. Тя консумира повече протеини от другите животни и коефициентът на протеинова ефективност (наддаване на тегло за единица прием на протеин) при нея е по-висок в сравнение с този при прасета, овце и едър рогат добитък.

Друго основно предимство на аквакултурата е нейната способност да осигурява последователни и надеждни източници на храна за милиони хора по света. Чрез регулиращи фактори като фураж, качество на водата и температура, фермерите могат да увеличат максимално темповете на растеж на своите запаси, като същевременно гарантират, че те остават здрави. Тази предсказуемост е особено важна за райони, където традиционният риболов може да бъде ограничен от фактори като свръхулов, влошаване на околната среда или друга гореща тема днес - изменението на климата. Тъй като рибовъдството може да осигури прясна храна на месно ниво, то има важна роля за скъсяване на веригите на доставки на хранителни продукти, което е от икономическа и социална значимост за местните общности.

Предизвикателства и ролята на технологиите

Тук е важно да се поясни, че всички така добре изглеждащи предимства на сектора са възможни само при много правилно планиране на производството и използване на добри практики, иновации и технологии, които да гарантират устойчивост, екологичност и конкурентоспособност на дейностите. Само така могат да се преодоляват множеството предизвикателства в аквакултурите. Днес те стават все по-сериозни в лицето на нарушаване на температурния режим във водоемите, вследствие на глобалното затопляне, драстично намаляване на сладководните ресурси като резултат от засушаване и неправилно управление, както и замърсяване на моретата от човешки дейности.

В същото време в производството трябва да се спазват условия за предотвратяване на замърсявания на околната среда. Други предизвикателства са гарантиране на качество на продукцията, превенция от заболяванията, както и адекватен отговор на политиката за енергиен преход и диверсификация на производството. Справянето с всички тези предизвикателства трябва да е организирано в рентабилно производство. Как може да се реализира такова производство – ще разгледаме основни принципи при избора на производствени технологии, както и някои иновативни техники и практики, които дават заявка за бъдещ напредък на аквакултурите.

Избор в технологиите на производство

Най-общо казано, аквакултурите представляват дейности на култивиране на водни организми при контролирани условия. Как обаче се планират тези условия? Това е ключов момент за успешния бизнес. Аквакултурите се разделят на отделни видове по няколко показателя, между които са типът на водната средата за отглеждане, видовете използвани технологии и съоръжения, както и типовете получена продукция. Всички те трябва внимателно да се обмислят. Дали ще се отглеждат риби, мекотели или водорасли, дали видът ще е един (монокултура) и кой точно, или ще са няколко вида от различните групи (поликултура) - това зависи от условията, с които разполагате.

Като местообитания на аквакултурата има три категории води според солеността им - пресни (езера, реки и язовири), брекични (с ниска соленост - естуари, делти на реки, лагуни и заливи) и солени (морета и океани). Сладките води, които обикновено изобилстват във вътрешните райони на дадена страна, и солените води на моретата и океаните се характеризират с голяма разлика в тяхната соленост, варираща от нула в първите до почти 35ppt във вторите. Съдържанието на сол във водата оказва много селективно влияние върху видовете, които живеят в нея. Що се отнася до рибите и черупчестите мекотели, нормалните обитатели на всеки тип вода се смятат за стенохалинни, т.е. те могат да издържат само на малка промяна в солеността на заобикалящата ги среда.

Шаранът е пример за стенохалинна сладководна риба, а сардината или скумрията могат да бъдат посочени като примери за стенохалинна соленоводна риба. Има риби и мекотели, които прекарват различни фази от живота си в морета, устия и сладководни потоци. Тези форми преминават бариерата на солеността чрез тяхната осморегулация. Такива животни са анадромни - сьомги и есетри или катадромни - змиорки. Това означава, че правилният избор на видове за отглеждате зависи от водните ресурси, с които разполагате. Температурата на водата също е от значение за това дали ще отглеждате топло- или студеноводни видове. Също така има значение дали водата е статична или течаща и дали ще се използват ограничаващи, т.е. затворени в различна степен, съоръжения като канали, садки (клетки с гъвкави или твърди конструкции) и рециркулационни системи.

Затворените системи имат бариера за контролиране на обмена между фермите и естествената среда. Това значително намалява замърсяването, бягствата на рибите, отрицателните взаимодействия с дивите животни и преноса на паразити и болести от ферми към морски и сладководни екосистеми. Най-често срещаните видове затворени системи са канали и рециркулационни системи. При каналите течащата вода се отклонява от естествени потоци или сондаж. Те например се използват за отглеждане на дъгова и сьомгова пъстърва. За да се считат за метод с нисък риск, отпадъците трябва да се третират и да се предотврати бягството на рибите. Системите за рециркулация са друг вид затворени системи, които са значително по-иновативни и помагат в справянето с редица от споменатите по-горе предизвикателства.

Рециркулационни системи за аквакултури (RAS)

RAS (Recirculating aquaculture systems) системите пречистват водата и тя рециркулира с минимално изхвърляне на отпадъчни води. Предимствата на технологията са напълно контролирана среда за рибите, ниска консумация на вода, ефективно използване на енергията и земята, прилагане на оптимални стратегии за хранене, лесно сортиране и събиране на риба и пълен контрол на заболяванията. RAS са наземни съоръжения за аквакултура, на открито или на закрито, които се състоят от резервоари за отглеждане на рибата, механични и биофилтри, помпи, системи за мониторинг, автоматизирано хранен, аериране и UV-светлина. Произведените отпадъчни продукти като твърди отпадъци, амоний и CO₂, се отстраняват или превръщат в нетоксични продукти от компонентите на системата. След това пречистената вода се насища с кислород и се връща в производството. Чрез рециркулацията на водата нуждите от вода и енергия са ограничени до абсолютен минимум. Не е възможно обаче да се проектира напълно затворена рециркулационна система. Неразградимите отпадъчни продукти трябва да бъдат отстранени и изпарената вода да се замени. Въпреки това системите за рециркулация са в състояние да използват повторно 90% или повече от водата за култивиране.

Рециркулационните системи за аквакултури са добър вариант за места близо до или в градовете, с добра наличност на електричество. Освен това използването на RAS технология е единствената възможност за отглеждане на тропически видове риби в умерен до студен климат на закрито. За да се позволи използването на RAS, има няколко ограничения по отношение на инфраструктура, захранване и персонал. Необходими са захранване с електричество 24/7, надежден водоизточник, добро качество на храната за рибата, за предпочитане с високо съдържание на протеини и мазнини с висока смилаемост и технически квалифициран персонал, способен да работи в средно технологична среда.

Технологии за пречистване на водата

В RAS системите задължително водата преминава през филтриране с механични и биологични филтри. Механичните филтри (седиментационни и барабанни) се използват за отстраняване на суспендираните вещества от водния поток на системата. При седиментационните филтри водата, изтичаща от резервоарите за риба се отвежда в резервоар за утаяване. Там неразтворимите частици се отделят от водата чрез гравитация. Резервоарът за утаяване има специално пригоден полипропиленов филтърен пакет. Утаените частици образуват слой тиня на дъното на утаителния резервоар. Тази тиня е биологично активна: до 60% от нитратите, произведени от биофилтъра, се денитрифицират от бактериите в тинята в азотен газ. Резервоарът за утаяване трябва да се почиства редовно.

Водата от резервоарите за отглеждане може също да бъде механично почистена с помощта на барабанен филтър. В него суспензиите се отстраняват непрекъснато и автоматично от водата, следователно не се изисква ежедневна поддръжка. Недостатък е непрекъснатата нужда от електричество. Водата от системата преминава през филтърната мрежа, при което частиците в нея се блокират от филтърната мрежа. Поради запушването на филтърната мрежа нивото на водата в барабана ще се повиши. В резултат на това се пуска в действие механизмът за промиване. Барабанът започва да се върти и от външната му страна се пръска вода под високо налягане от дюзи през филтърното сито, като по този начин отмива отпадъчните частици от ситото. Отмитата утайка и водата за почистване попадат в изсушител, от където водата се отвежда, а утайката се изхвърля изсушена.

Идва ред на биологичното пречистване. Рибите отвеждат амониеви йони (NH4)+ от отделителната си система. Амоният е токсичен за рибите, но се използва от някои бактерии за производство на енергия. Такива бактерии се използват в биологичните филтри, за да превърнат амония в нитрити и NO2. Подобно на амония, нитритите са токсични за рибите и се използват като източник на енергия за други бактерии в биологичния филтър. Те преобразуват нитритите в относително безвредния нитрат. В една рециркулационна система за аквакултура има създадени части, където бактериите могат да растат при оптимални условия и тези части са биокула и филтър с подвижно легло. Водата от системата първо се изпомпва към биокулата, съставена от полипропиленови мрежести филтърни блокове. Отгоре надолу в биокулата водата се разпръсква върху филтърния материал. На повърхността на филтърните пакети се образува биофилм от нитрифициращи бактерии. Към системата може да се добави и биокула за отстраняване на разтворените газове (т.е. CO₂) от водата.

В този случай говорим за дегазираща кула. Друг биологичен филтър е филтърът с подвижно легло. Тези филтри имат висок капацитет с малък обем. Те имат резервоар с аериращо устройство, пълен с филтърни перли - налични са много форми и размери. На повърхността на перлите расте биофилм от нитрифициращи бактерии. Допълнителен начин за пречистване е с UV-C светлина. Тази светлина е електромагнитно излъчване точно под спектъра на видимата светлина. Дължината на вълната на UV-C светлината е 200-280 нанометра. Тя е силно бактерицидна и има антисептичен ефект. С използването на облъчване с UV-C светлина на замърсена повърхност или в течаща вода е възможно да се контролира прекомерният растеж на микроорганизми, включително бактерии. UV дезинфекцията е доказан метод за унищожаване на бактерии, вируси и гъбички.

Дигитализация, сензори и роботи

Технологичният напредък в аквакултурите ускорява прехода към по-умни, по-ефективни и по-устойчиви производствени модели. Роботизираните системи вече поемат част от най-трудоемките дейности, от почистване на съоръжения и наблюдение на поведението на рибите до инспекция и поддръжка на инфраструктурата. Паралелно с тях дронове се използват както над, така и под водата за картографиране на обекти, наблюдение на състоянието на мрежи и резервоари и събиране на данни в реално време, включително в офшорни ферми.

Сензорните технологии осигуряват непрекъснат контрол върху ключови параметри на средата, такива като температура, кислород, pH, качество на водата и хранителен режим, което позволява по-прецизно управление на храненето, намаляване на загубите и ранно откриване на отклонения. Тези данни все по-често се интегрират в системи, базирани на интернет на нещата (IoT), машинно обучение и изкуствен интелект, които подпомагат вземането на бързи и точни решения чрез предиктивни модели и автоматизирани алгоритми. В резултат аквакултурните предприятия постепенно преминават към по-висока степен на автоматизация, оптимизирана употреба на ресурси и засилен контрол върху здравето и благосъстоянието на рибите.

Какво да очакваме в бъдеще?

Аквакултурите се нуждаят от проактивен научно обоснован подход, за да се гарантира стабилно развитие на сектора и по-застъпено използване на новите технологии. Това важи особено за области, които тепърва изискват подобрения, за да дадат успешни бизнес модели на практика, като RAS, интегрирана мултитрофична аквакултура (IMTA), където отпадъци от отглеждане на високотрофични видове се използват за отглеждане на нискотрофични видове, и аквапониката (комбинация от рибовъдство и хидропонно земеделие). В Европа и Америка малко IMTA системи са разработени до пълен търговски мащаб. Тепърва ще се решават ключови въпроси, свързани с тяхната ефективност при намаляване на въздействията, рентабилност и осъществимост в търговски мащаб.

Западни страни бележат значителен напредък в офшорната аквакултура в отговор на липсата на подходящи, защитени крайбрежни зони и предимствата, предлагани от открито море, като повишено качество на водата и снабдяване с кислород, което повишава ефективността на производството и качеството на рибата. В този смисъл офшорните аквакултури също ще търпят напредък. Аквапониката, която интегрира аквакултура и хидропоника в една производствена система, е друго иновативно поле, което очаква развитие. В Нидерландия и Франция тя направи революция в земеделието. С правилни инвестиции това може да се случи и у нас.