Устойчивое управление водными ресурсами в аквакультуре: глобальная перспектива

Аквакультура, разведение водных организмов, играет всё более важную роль в удовлетворении растущего мирового спроса на морепродукты. Однако это быстрое расширение сопряжено со значительными проблемами, особенно в области управления водными ресурсами. Устойчивые практики аквакультуры имеют решающее значение для минимизации воздействия на окружающую среду, обеспечения здоровья и продуктивности разводимых видов, а также для долгосрочной жизнеспособности отрасли. В этом всеобъемлющем руководстве рассматриваются ключевые аспекты управления водными ресурсами в аквакультуре, освещаются инновационные решения и устойчивые подходы, применяемые во всём мире.

Понимание важности качества воды в аквакультуре

Качество воды имеет первостепенное значение в аквакультуре. Водные организмы очень чувствительны к окружающей среде, и поддержание оптимальных параметров воды необходимо для их роста, здоровья и выживания. Плохое качество воды может привести к стрессу, вспышкам заболеваний, снижению темпов роста и, в конечном счёте, к экономическим потерям для рыбоводческих хозяйств.

Ключевые параметры качества воды

В системах аквакультуры необходимо эффективно отслеживать и управлять несколькими критическими параметрами:

Растворённый кислород (РК): Достаточные уровни РК имеют решающее значение для дыхания. Низкий уровень РК может привести к гипоксии и гибели. Идеальный диапазон РК варьируется в зависимости от вида, но в целом предпочтительны уровни выше 5 мг/л.
Температура: Температура влияет на скорость метаболизма, рост и размножение. Поддержание оптимального температурного диапазона для целевого вида жизненно важно. Например, тилапия хорошо себя чувствует в более тёплых водах (24-30°C), в то время как лососю требуются более прохладные температуры (8-16°C).
pH: pH влияет на растворимость питательных веществ и токсичность некоторых соединений. Оптимальный диапазон pH для большинства видов аквакультуры составляет от 6,5 до 8,5.
Аммиак (NH3): Аммиак является токсичным продуктом метаболизма рыб. Высокие уровни аммиака могут вызывать стресс и повреждение жабр. Эффективная биофильтрация необходима для преобразования аммиака в менее вредные формы, такие как нитрит и нитрат.
Нитрит (NO2): Нитрит — ещё одно токсичное соединение азота. Как и аммиак, он должен быть преобразован в нитрат посредством нитрификации.
Нитрат (NO3): Нитрат относительно нетоксичен, но при высоких концентрациях может способствовать цветению водорослей.
Солёность: Солёность имеет решающее значение для морской и солоноватоводной аквакультуры. Поддержание соответствующего уровня солёности необходимо для осморегуляции и выживания.
Мутность: Мутность, или прозрачность воды, влияет на проникновение света и может влиять на рост водорослей и водных растений. Высокая мутность также может раздражать жабры рыб.
Щёлочность и жёсткость: Эти параметры влияют на буферную ёмкость воды и могут влиять на стабильность pH.

Проблемы в управлении водными ресурсами в аквакультуре

Предприятия аквакультуры сталкиваются с различными проблемами, связанными с управлением водными ресурсами, которые влияют как на окружающую среду, так и на устойчивость отрасли.

Загрязнение питательными веществами

Интенсивная аквакультура может приводить к накоплению в воде питательных веществ, в частности азота и фосфора. Эти вещества могут способствовать эвтрофикации, вредоносному цветению водорослей и истощению кислорода в окружающих водоёмах. Это является серьезной проблемой для прибрежных аквакультурных хозяйств, так как сток питательных веществ может повредить чувствительные экосистемы, такие как коралловые рифы и заросли морских трав. Примерами сильно пострадавших районов являются районы интенсивного разведения креветок в Юго-Восточной Азии (Таиланд, Вьетнам) и лососевые фермы в Чили и Норвегии.

Вспышки заболеваний

Плохое качество воды может ослабить иммунную систему водных животных, делая их более восприимчивыми к болезням. Вспышки заболеваний могут привести к значительным экономическим потерям для рыбоводов, а также могут повлиять на дикие популяции. Высокая плотность посадки и недостаточный водообмен могут усугубить передачу болезней. Например, вирус синдрома белых пятен (WSSV) при разведении креветок нанёс огромный экономический ущерб во всём мире.

Дефицит воды

В некоторых регионах дефицит воды является серьезным препятствием для развития аквакультуры. Конкуренция за водные ресурсы между сельским хозяйством, промышленностью и потреблением человеком может ограничить доступность воды для аквакультуры. Это особенно актуально в засушливых и полузасушливых регионах, таких как некоторые части Африки и Ближнего Востока. В Индии, например, чрезмерный забор подземных вод для аквакультуры вызвал опасения по поводу истощения водных ресурсов в некоторых районах.

Нормы сброса сточных вод

Всё более строгие экологические нормы заставляют рыбоводов минимизировать воздействие их деятельности на окружающую среду. Соблюдение предельно допустимых концентраций в сточных водах требует инвестиций в технологии очистки воды и устойчивые методы управления. Европейский Союз, например, имеет строгие правила по сбросу загрязняющих веществ с предприятий аквакультуры.

Инновационные решения для устойчивого управления водными ресурсами в аквакультуре

Для решения вышеупомянутых проблем индустрия аквакультуры внедряет ряд инновационных решений, направленных на улучшение качества воды, снижение воздействия на окружающую среду и повышение устойчивости.

Установки замкнутого водоснабжения (УЗВ)

УЗВ — это системы с замкнутым циклом, которые рециркулируют воду через ряд процессов очистки. Эти системы обычно включают в себя блоки механической фильтрации, биофильтрации и дезинфекции. УЗВ предлагают несколько преимуществ, включая снижение потребления воды, улучшенную биобезопасность и усиленный контроль за состоянием окружающей среды. Они позволяют осуществлять интенсивное производство на береговых объектах, минимизируя зависимость от природных водных ресурсов. Технология УЗВ используется во всём мире для производства различных видов, включая лосося, форель, тилапию и баррамунди.

Технология биофлока (BFT)

BFT — это устойчивая система аквакультуры, основанная на развитии микробных сообществ (биофлоков) для очистки сточных вод и обеспечения дополнительного питания для культивируемых организмов. В системах BFT органические отходы преобразуются в биофлоки, которые потребляются рыбой или креветками. Это снижает потребность в водообмене и внешних кормовых добавках. BFT особенно хорошо подходит для разведения креветок и производства тилапии. Она всё шире применяется в Азии, Латинской Америке и Африке.

Интегрированная мультитрофическая аквакультура (IMTA)

IMTA предполагает совместное культивирование нескольких видов, при котором отходы одного вида используются в качестве ресурса для другого. Например, морские водоросли можно выращивать для поглощения питательных веществ, выделяемых рыбными фермами, а моллюски могут фильтровать взвешенные частицы из воды. IMTA способствует рециркуляции питательных веществ, снижает воздействие на окружающую среду и диверсифицирует производство аквакультуры. Эта практика применяется в различных формах по всему миру, включая интегрированное выращивание водорослей и моллюсков в Китае и интегрированное рыбоводство с выращиванием водорослей в Канаде.

Искусственные водно-болотные угодья

Искусственные водно-болотные угодья — это спроектированные экосистемы, предназначенные для очистки сточных вод. Их можно использовать для удаления питательных веществ, взвешенных твёрдых частиц и других загрязнителей из стоков аквакультуры. Водно-болотные угодья представляют собой естественный и экономически эффективный подход к очистке воды, предлагая дополнительные преимущества, такие как создание среды обитания и связывание углерода. Они широко используются в Европе и Северной Америке для очистки сточных вод из различных источников, включая аквакультуру.

Озонирование и УФ-обеззараживание

Озонирование и ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание являются эффективными методами уничтожения патогенов и улучшения качества воды в системах аквакультуры. Озон — мощный окислитель, который может разрушать бактерии, вирусы и паразитов. УФ-обеззараживание использует ультрафиолетовый свет для инактивации микроорганизмов. Эти технологии обычно используются в УЗВ и других интенсивных системах аквакультуры для поддержания биобезопасности.

Мембранная фильтрация

Технологии мембранной фильтрации, такие как микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ) и обратный осмос (ОО), могут использоваться для удаления взвешенных твёрдых частиц, бактерий, вирусов и растворённых веществ из воды в аквакультуре. ОО особенно эффективен для удаления солей и может использоваться для опреснения солоноватой или морской воды для пресноводной аквакультуры. Эти технологии становятся всё более распространёнными в крупномасштабных УЗВ и других интенсивных аквакультурных операциях.

Передовые методы управления водными ресурсами в аквакультуре

Внедрение передовых методов управления (ПМУ) имеет важное значение для обеспечения устойчивого управления водными ресурсами в аквакультуре. Эти практики охватывают широкий спектр мер, направленных на минимизацию воздействия на окружающую среду, оптимизацию использования ресурсов и содействие ответственному производству аквакультуры.

Выбор места

Тщательный выбор места имеет решающее значение для минимизации воздействия аквакультурных хозяйств на окружающую среду. Участки следует выбирать так, чтобы избегать чувствительных сред обитания, таких как водно-болотные угодья, мангровые заросли и коралловые рифы. Они также должны располагаться в районах с достаточной доступностью воды и хорошим качеством воды. Надлежащая оценка участка включает анализ типа почвы, характера течений и близости к другим видам землепользования.

Плотность посадки

Поддержание соответствующей плотности посадки необходимо для предотвращения перенаселения и снижения риска вспышек заболеваний. Чрезмерная плотность посадки может привести к ухудшению качества воды, повышению уровня стресса и снижению темпов роста. Плотность посадки следует корректировать в зависимости от вида, типа системы аквакультуры и качества воды.

Управление кормлением

Эффективное управление кормлением имеет решающее значение для минимизации отходов питательных веществ и снижения воздействия аквакультуры на окружающую среду. Фермерам следует использовать высококачественные корма, специально разработанные для целевого вида. Корм должен распределяться эффективно, чтобы минимизировать его потери и накопление несъеденного корма. Автоматизированные системы кормления могут помочь улучшить усвоение корма и сократить количество отходов. Мониторинг коэффициента конверсии корма (ККК) имеет решающее значение для оценки эффективности кормления.

Водообмен

Оптимизация скорости водообмена важна для поддержания качества воды и удаления отходов. Однако чрезмерный водообмен может способствовать загрязнению питательными веществами и дефициту воды. Скорость водообмена следует регулировать в зависимости от вида, типа системы аквакультуры и качества воды. В системах УЗВ и BFT водообмен минимизирован для сохранения воды и сокращения сброса отходов.

Очистка отходов

Внедрение эффективных систем очистки отходов имеет важное значение для снижения воздействия аквакультуры на окружающую среду. Варианты очистки отходов включают седиментацию, фильтрацию, искусственные водно-болотные угодья и биофильтрацию. Выбор технологии очистки отходов будет зависеть от размера и типа аквакультурного хозяйства, а также от местных экологических норм.

Меры биобезопасности

Внедрение строгих мер биобезопасности имеет решающее значение для предотвращения интродукции и распространения болезней. Меры биобезопасности включают дезинфекцию оборудования, карантин новых животных и мониторинг качества воды. Внедрение надёжного плана биобезопасности может помочь минимизировать риск вспышек заболеваний и сократить экономические потери.

Мониторинг и ведение учёта

Регулярный мониторинг параметров качества воды необходим для выявления и решения потенциальных проблем. Фермеры должны отслеживать РК, температуру, pH, аммиак, нитриты, нитраты и другие соответствующие параметры. Детальное ведение записей также важно для отслеживания тенденций качества воды и оценки эффективности методов управления. Анализ данных может помочь выявить области для улучшения и оптимизировать работу аквакультурного хозяйства.

Мировые примеры устойчивого управления водными ресурсами в аквакультуре

Некоторые страны и регионы внедрили успешные стратегии управления водными ресурсами в аквакультуре, которые могут служить моделями для других.

Норвегия

Норвегия является ведущим производителем выращенного лосося и внедрила строгие экологические нормы для минимизации воздействия аквакультуры на морскую среду. Норвежские лососевые фермы обязаны отслеживать и сообщать о своих выбросах питательных веществ, а также принимать меры по снижению риска вспышек заболеваний. Страна также активно инвестирует в исследования и разработки для улучшения технологий и устойчивости аквакультуры.

Чили

Чили является ещё одним крупным производителем выращенного лосося, но страна столкнулась с проблемами, связанными со вспышками заболеваний и воздействием на окружающую среду. Чилийское правительство ввело более строгие правила по плотности посадки и качеству воды для повышения устойчивости отрасли разведения лосося. Также предпринимаются усилия по диверсификации производства аквакультуры и продвижению использования систем IMTA.

Вьетнам

Вьетнам является крупным производителем креветок и внедрил BFT и другие устойчивые практики аквакультуры для снижения воздействия разведения креветок на окружающую среду. Вьетнамское правительство также ввело правила для контроля за использованием антибиотиков и других химических веществ в аквакультуре.

Китай

Китай — крупнейший в мире производитель продукции аквакультуры с разнообразными системами разведения. Китайское правительство содействует использованию систем УЗВ и IMTA для повышения устойчивости производства аквакультуры. Также предпринимаются усилия по сокращению сброса загрязняющих веществ с предприятий аквакультуры.

Канада

Канада ввела строгие правила в отношении аквакультуры для защиты своей морской среды. Канадские аквакультурные фермы обязаны отслеживать и сообщать о своём воздействии на окружающую среду и принимать меры по снижению риска вспышек заболеваний. Страна также инвестирует в исследования и разработки для улучшения технологий и устойчивости аквакультуры.

Будущее управления водными ресурсами в аквакультуре

Будущее управления водными ресурсами в аквакультуре будет зависеть от дальнейшего внедрения устойчивых практик и разработки инновационных технологий. Ключевые тенденции и направления включают:

Расширение использования систем УЗВ и BFT: Эти технологии предлагают значительные преимущества с точки зрения экономии воды, очистки отходов и биобезопасности.
Разработка более эффективных кормов: Ведутся исследования по созданию кормов, которые лучше усваиваются и производят меньше отходов.
Усовершенствованные стратегии борьбы с болезнями: Разрабатываются новые вакцины и другие меры профилактики заболеваний для снижения риска их вспышек.
Более широкое использование анализа данных и искусственного интеллекта: Анализ данных может быть использован для оптимизации управления качеством воды, а также для прогнозирования и предотвращения вспышек заболеваний.
Укрепление сотрудничества между исследователями, промышленностью и правительством: Сотрудничество необходимо для разработки и внедрения устойчивых практик аквакультуры.

Заключение

Устойчивое управление водными ресурсами в аквакультуре необходимо для обеспечения долгосрочной жизнеспособности отрасли и защиты окружающей среды. Применяя инновационные решения и внедряя передовые методы управления, рыбоводы могут минимизировать своё воздействие на окружающую среду, оптимизировать использование ресурсов и производить высококачественные морепродукты устойчивым способом. По мере того как мировой спрос на морепродукты продолжает расти, устойчивые практики аквакультуры будут становиться всё более важными для удовлетворения этого спроса при сохранении здоровья нашей планеты.