Осетр + Клубника = ЗАМКНУТАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Весь материал, изложенный ниже, специально отредактирован для широкого круга читателей. Без заумных формул, чтобы любой человек мог понять, что хотел сказать автор. Возможно, в будущем будет создан специальный платный сайт для узкого круга читателей, где можно будет дискутировать и обсуждать новые опыты и методы расчетов биологически замкнутых систем.

Общий вид экспериментальной установки:
в белом пластиковом бассейне жила сотня сибирского осетра ("Ленский" осетр), слева была расположена гидропонная установка (с колеблющимся уровнем воды) для выращивания салатов, клубники или томатов, справа - система фильтров и баллон с сжатым кислородом;

в песочном фильтре вместо песка использовались пластиковые гранулы, основная цель которых заключалась в возможности заселения их нитрифицирующими бактериями, а также для задержки взвешенных частиц, нерастворенных в воде, размером более чем 100 микрон. Такой модифицированный фильтр является одновременно и биофильтром, и механическим фильтром. Во избежание образования застойных зон (анаэробных) и закупорки биофильтра, часто проводилась обратная промывка фильтра;

производилось отстаивание промывочной воды и использование твердого осадка для компоста;

была установлена система аварийной сигнализации, которая звонила на сотовый телефон главного разработчика (система была собрана из охранной сигнализации и поэтому стоила недорого). Ко входным реле подключены три датчика: наличие электричества в офисе, концентрация кислорода в воде и уровень воды в бассейне с рыбой. Основная цель опыта - проверить точность математической модели, описывающей замкнутую экосистему по питательным элементам.

Разработал и собрал установку Краснобородько В.В.

Перед началом эксперимента были выбраны параметры воды, которые необходимо было поддерживать в течение опыта:

Для осетра:
- максимальная концентрация аммиака, мг/л;
- максимальная концентрация общего аммония (была вычислена, зная pH и температуру воды), мг/л;
- максимальная концентрация нитрита, мг/л;
- максимальная концентрация нитрата, мг/л;
- максимальная концентрация нерастворенных взвешенных частиц, мг/л;
- максимальная концентрация углекислого газа, мг/л;
- минимальная концентрация кислорода, мг/л;
- температура воды, С;
- диапазон pH воды (с учетом потребности растений);
- диапазон щелочности воды (был вычислен с учетом зависимости от pH и от CO2), мг/л как CaCO3;
- диапазон жесткости воды, мг/л как CaCO3.

Для клубники:
- максимальная концентрация растворенных веществ, мг/л;
- оптимальные концентрации макро и микроэлементов: Ca, Mg, K, N (как NO3), P (как PO4), S (как SO4), Cl, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo.

Для корректировки pH воды применялись: KOH, CaO, Ca(OH)2 (как известно, продукты жизнедеятельности рыб понижают pH, а растения, наоборот, повышают. Но в данном случае окислительные процессы доминировали).

В результате этого эксперимента был накоплен большой экспериментальный материал, включающий в себя: динамику основных питательных элементов (NO3, PO4, SO4, K, Ca и Mg), поступающих с кормом для рыб и аккумулировавшихся в рыбе, растениях и твердых отходах. Вода в результате этого эксперимента никуда не выливалась, а повторно использовалась. Потери воды состояли только из испарения. Корректировка pH осуществлялась два раза в день (особенно в конце опыта, когда биомасса осетра значительно возросла), корректировка же микроэлементов - раз в неделю. Макроэлементы не добавлялись, т.к. поступали с кормом для рыб, кроме калия и кальция, которые добавлялись в виде гидроксидов в зависимости от того, чего не хватало.

Математическая модель поведения такой биосистемы в конце опыта была доведена до совершенства. Удавалось даже без дорогостоящих тестов достаточно точно предсказывать текущие концентрации макроэлементов в воде, количество гидроксидов, необходимых для корректировки pH воды, а также некоторых микроэлементов.

Эксплуатация подобных замкнутых систем (с оборотным водоснабжением) требует обязательного присутствия обученного оператора в течение 24 часов. Это важно для быстрого устранения поломок в системе жизнеобеспечения рыб. Если плотность посадки рыб большая (автор доводил до 400 кг/м3), для достижения максимального урожая и уменьшения расходов на отопление помещения, то возрастает вероятность поломки узлов вашей установки. Например, при прекращении снабжения рыбы кислородом, вы рискуете через 20 минут лишиться всего поголовья рыбы!

Эксплуатация системы, в которой совместно выращиваются рыба и сельскохозяйственные растения - очень сложное дело, требующее знаний из трех совершенно разных, на первый взгляд, областей науки. Это аквакультура (рыбоводство), гидропоника (тепличное хозяйство) и микробиология (культивирование бактерий в биофильтре). Животные, растения и бактерии - вот эти три действующих "лица" в любой замкнутой биологической системе, которые живут в симбиозе друг с другом. Первое описание такого совместного сосуществования дал в прошлом веке В. И. Вернадский и назвал его "Учение о Биосфере"!

Однако не все так сложно, как кажется на первый взгляд. Организмы, живущие на Земле, довольно трудно уничтожить, по крайне мере, простые формы жизни. Если описать поведение таких трех китов как: животные, растения и бактерии или, назовем их по-другому, потребители, производители и деструкторы, то получиться дифференциальное уравнение 2-го порядка, которое не имеет прямого решения. Но мы то знаем, что жизненные формы живучи, более того, способны подстраиваться под изменяющиеся условия окружающей среды, поэтому незачем стараться учитывать все химические элементы, а достаточно сконцентрироваться на так называемых "маркерах". По остальным химическим элементам система сама себя приведет в равновесие. Поэтому уравнение упрощается и становится вполне решаемым. В этом и заключается основная идея математической модели Краснобородько Василия. Благодаря такому подходу, удалось довольно точно рассчитывать полностью замкнутые системы и разработать методику производства абсолютно запаянных живых аквариумов. Вы спросите, почему производятся только такие маленькие аквариумы с креветками, а не с рыбками? А очень просто, что бы создать полностью замкнутую систему для маленькой рыбки, то потребуется объем минимум 200 литров воды. Собирать придется в лабораторных условиях, а домой вы его не сможете взять, т.к. 200 литровый аквариум весит 200 кг!

Для чего надо было городить весь этот огород?

Для выращивания теплолюбивых видов рыб важным критерием является температура воды. В нашей климатической зоне при обычном способе (например, садковый) можно выращивать осетра только 4-5 месяцев в году. Все остальное время осетр не питается и, соответственно, не растет. Поэтому он вырастает от 3 граммового малька до товарного веса 1 кг за 2- 3 года. Оптимальной температурой для роста осетра является 20°С-24°С. Подогревать воду на осетровом заводе - это тупик. Невозможно подогреть 200 м3/ч воды с 10°С до 24°С - для этого не хватит и целой электростанции! Единственный выход из этого положения: сделать высокую посадку осетров в бассейнах и не использовать воду из реки, а очищать и не выпускать теплую воду из системы (осетр + клубника). Тогда можно всю установку разместить в отапливаемом помещении и держать температуру 20°С-24°С. Предварительные результаты показали, что можно получать до 80 кг осетра с м2 бассейна глубиной 1 м в год и 10 кг клубники с этой же площади. Осётр - хищник, поэтому корни растений не представляют для него интереса. Себестоимость осетра при таком способе падает в несколько раз! Значит можно создать производство рыб на основе такой технологии. При таком способе выращивания достигается малый расход комбикорма - на 1 кг осетра расходуется 1,5 кг комбикорма, против 3 кг комбикорма при прудовом выращивании. Почему это так, понять не сложно. При прудовом разведении рыб у вас есть период зимовки, когда температура воды становиться низкой. Рыба перестает питаться и, соответственно, не набирает вес, а худеет. Летом вы ее кормите, а зимой она худеет. В замкнутой системе вы можете держать температуру воды теплой, и у вас нет периода зимовки. Рыба ест, набирает вес, думает, что завтра придет зима. Вот поэтому и расход корма ниже в 2 раза! Ни один рыбхоз не сможет конкурировать.