Progressive fish feeding technologies: analysis of innovative approaches in modern aquaculture

Введение. Аквакультура является одним из наиболее динамично развивающихся секторов мирового агропромышленного комплекса, обеспечивающим растущий спрос на рыбную продукцию на фоне сокращения естественных биоресурсов. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) сообщает, что более половины мировых поставок рыбы и моллюсков в настоящее время приходится на аквакультуру, а к 2050 году глобальный спрос на морепродукты оценивается в 270 млн тонн [2, с. 7].

Кормление составляет 50–70% всех операционных затрат в рыбоводстве, что определяет актуальность разработки и внедрения технологий, направленных на повышение эффективности использования кормов, улучшение здоровья рыб и обеспечение экологической устойчивости производства. Традиционные методы кормления, включая ручную раздачу и простейшие автоматические кормушки, имеют существенные недостатки: неравномерное распределение корма, отсутствие адаптации к изменяющимся условиям среды, высокий риск перекорма и, как следствие, загрязнение водоемов несъеденными остатками.

Целью настоящей работы является анализ и систематизация прогрессивных технологий кормления рыбы в промышленной аквакультуре с выделением их особенностей и оценкой эффективности.

Задачи исследования:

1. охарактеризовать современные кормовые технологии (экструдирование, альтернативные источники белка, иммуностимуляторы);
2. проанализировать системы автоматизации процессов кормления, включая киберфизические системы;
3. рассмотреть интеграционные подходы (аквапоника) как фактор повышения экологической устойчивости рыбоводства.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужили научные публикации в рецензируемых журналах за период 2020–2026 гг. [1–7], данные производственных испытаний [6, 7], результаты внедрения инновационных технологий в рыбоводческих хозяйствах России и зарубежных стран.

Методологическая база исследования включает: метод сбора и обработки информации (анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации); метод анализа и сравнения (сопоставление показателей эффективности различных технологий кормления); метод обобщения (систематизация результатов исследований и формулирование выводов) [2, с. 15].

Анализ проведен по пяти технологическим направлениям современной аквакультуры: экструдированные корма, альтернативные источники белка, иммуностимуляторы, автоматизация кормления (киберфизические системы), интегративные аквапонные технологии.

Результаты и обсуждение. Экструдирование является одной из важнейших технологических операций при производстве комбикормов для аквакультуры, которая позволяет значительно повысить усвояемость питательных веществ корма.

Экструзия (extruding) – влажное прессование с взрывом. Технологический процесс заключается в гидробаротермической обработке сырья, когда кормовая масса прессуется и под высоким давлением выталкивается через фильеры в область атмосферного давления, после чего взрывается, увеличиваясь в объеме. К преимуществам экструзии относится возможность обработки любого сырья индивидуально или в различных композициях. По сравнению с другими способами влаготепловой обработки экструзия дает более ощутимое повышение питательности исходного сырья. Одним из главных ее эффектов является резкое возрастание переваримости углеводов – наименее доступной для животных части кормового сырья [9, c. 212].

В процессе экструзии кормовая смесь подвергается воздействию высокого давления и температуры, что приводит к глубоким физико-химическим изменениям.

По данным исследований, в результате экструдирования количество крахмала в кормовой смеси уменьшается на 36,9%, сырого протеина – на 3,1%, сырой клетчатки – на 4,3%, при этом количество водорастворимых углеводов возрастает в 5,5 раза, что существенно повышает переваримость питательных веществ [1, с. 42]. Ключевыми факторами, влияющими на качество экструдированного корма, являются температура экструдирования, влажность сырья и частота вращения шнека экструдера [1, с. 45].

Наиболее эффективные рецептуры экструдированных продукционных комбикормов для ценных видов рыб (судак, нефритовый окунь, щука) содержат протеин в диапазоне 41,8–44,8%, сырой жир – 14,2–15,2%. Кормовой коэффициент при использовании таких кормов составляет для судака 1,8 ед., для окуня – 1,5 ед., для щуки – 1,9 ед. при нормативной выживаемости рыбы [1, с. 46].

Таблица 1

Сравнительная характеристика традиционных и экструдированных кормов

Показатель	Традиционные гранулированные корма	Экструдированные корма
Степень усвоения протеина, %	70–75	85–92
Содержание водорастворимых углеводов (относит.ед.)	1	5,5
Потери питательных веществ в воду, % от объема корма	до 30	5–10
Водостойкость гранул (время до размягчения)	5–15 мин	более 60 мин
Кормовой коэффициент (по карпу)	1,8–2,2	1,2–1,5

Традиционный источник белка – рыбная мука – характеризуется высокой стоимостью и ограниченностью ресурсов, что стимулирует поиск альтернативных компонентов [3, с. 66]. Рыбную муку используют для обогащения комбикормов и рационов питания при откорме сельскохозяйственных домашних животных, крупного рогатого скота, птицы и рыбы, а также для профилактики их заболеваний. Рыбную муку вводят в комбикорма для сбалансирования рецептур по содержанию сырого протеина, аминокислотному и жирнокислотному составу, по уровню кальция и фосфора, а также обменной энергии. Жирные кислоты Омега-3 увеличивают в организме количество гормона прогестерона, повышающего его репродуктивные характеристики.

Личинки черной львинки (Hermetia illucens) содержат до 45% белка и 35% жира, отличаются оптимальным аминокислотным профилем и способностью перерабатывать органические отходы. Исследования Донского государственного технического университета подтвердили эффективность замены импортных компонентов кормов продуктами переработки насекомых, что позволяет снизить издержки хозяйств до 10% (около 650 тыс. рублей в год для ферм, производящих до 20 т форели) [6]. Белки из насекомых быстро усваиваются личинками рыб, ускоряя их рост и полноценное развитие. В Европейском союзе с 2017 года официально разрешено использование белков из насекомых в кормах для аквакультуры [3, с. 70].

Микроводоросли (например, Schizochytrium sp.) содержат до 50% жира, значительная часть которого представлена полиненасыщенными жирными кислотами омега-3. Исследования показывают, что водоросли могут заменить до 50% рыбной муки в кормах без ущерба для роста и здоровья рыб. Водоросли легко выращиваются в контролируемых условиях, что снижает зависимость от морских экосистем [4, с. 22].

Современные подходы к профилактике заболеваний в аквакультуре все больше ориентируются на использование природных иммуностимуляторов вместо антибиотиков. Иммунитет рыб, особенно на ранних стадиях развития, напрямую влияет на выживаемость и темпы роста. Многие кормовые добавки не только улучшают здоровье рыб, но и повышают скорость роста и накопление массы. В последние годы все больше внимания уделяется использованию растительных компонентов в качестве иммуностимуляторов для объектов аквакультуры, включая пребиотики, пробиотики, синбиотики, лекарственные растения и органические кислоты. Эти добавки являются экологически чистой альтернативой синтетическим химическим веществам и способствуют устойчивому развитию аквакультуры [10, с. 86].

Учеными Волгоградского государственного технического университета разработана киберфизическая система, использующая датчики для отслеживания температуры воды, уровня pH и содержания растворенного кислорода. Опираясь на текущие параметры, система корректирует объем и время выдачи корма в соответствии с потребностями рыб [7, с. 124].

Практические испытания и последующее внедрение киберфизической системы в условиях реального рыбоводного хозяйства позволили получить следующие значимые результаты. Во-первых, зафиксировано сокращение еженедельного потребления комбикорма с 950 кг до 860 кг, что соответствует экономии около 9,5% от первоначального объема. Такое снижение стало возможным благодаря точному дозированию и своевременной подаче корма, исключающей перекорм и потери питательных веществ. Во-вторых, система кардинально сократила временные затраты на мониторинг состояния одного пруда: если при традиционном подходе оператору требовалось около 17 минут для визуального осмотра, измерения параметров и принятия решения о кормлении, то с внедрением КФС этот процесс занимает не более 5 секунд. Освободившееся время персонал может направить на решение других производственных задач. В-третьих, система автоматически генерирует рекомендации по содержанию прудов в тех случаях, когда один или несколько параметров качества воды (например, содержание растворенного кислорода, уровень pH, температура или концентрация аммиака) превышают установленные критические пороги. Такие оповещения помогают предотвратить стресс и гибель рыбы, а также своевременно скорректировать режим кормления или водоподготовки.

Киберфизическая система для аквакультуры представляет собой комплексное решение для оптимизации рыбоводных хозяйств. Она основана на сборе и анализе ключевых экологических параметров через систему датчиков мониторинга воды. В отличие от традиционных методов, ручного или по расписанию, эта технология позволяет не только анализировать текущее состояние прудового хозяйства в реальном времени, но и прогнозировать его будущую продуктивность.

Алгоритм работы киберфизической системы автоматического кормления был разработан и успешно апробирован. Результаты исследований были представлены на Международной российской конференции по умной промышленности (SmartIndustryCon), а полная версия работы опубликована в ведущей мировой цифровой библиотеке IEEE Xplore. Данная публикация подтверждает высокий научный уровень разработки и ее потенциальную значимость для отрасли.

Компания AQ1 разработала систему, основанную на пассивном акустическом мониторинге (PAM). Система использует гидрофоны для записи звуков, издаваемых креветками во время кормления. Анализ этих звуков позволяет точно определить активность кормления и соответственно регулировать подачу корма, что способствует снижению потерь и улучшению кормового коэффициента. Эта технология была успешно внедрена на креветочных фермах в Таиланде и Малайзии [11].

Рисунок 1. Акустическая системы кормления  AQ1 Systems (Австралия)

Аквапоника представляет собой высокотехнологичный способ ведения сельского хозяйства, сочетающий аквакультуру (выращивание рыбы) и гидропонику (выращивание растений без грунта). Принцип аквапоники основан на симбиозе: отходы жизнедеятельности рыб обеспечивают питательными веществами растения, а растения очищают воду, что создает замкнутую экосистему [5, с. 123]. Аквапоника – (лат. aqua – вода, греч. πόνος – работа) – это новая высокотехнологичная сельскохозяйственная технология, которая сочетает в себе как выращивание растительной продукции, так и производство продукции рыбной. Это взаимосвязанная гибридная система прудового хозяйства и гидропоники.

Суть метода – в использовании отходов жизнедеятельности водных животных (рыб, креветок) в качестве питательной среды для растений. Водные животные выделяют токсичные для них самих продукты жизнедеятельности: азотистые, калийные, фосфорные соединения, углекислый газ.

Исследования показывают, что в аквакультуре до 70–75% кормов уходит в твердой, растворенной или газообразной формах, и аквапонные системы позволяют эффективно утилизировать эти питательные вещества. Российско-белорусским коллективом ученых разработана аквапонная установка с электрохимической обработкой воды, позволившая повысить урожайность микрозелени более чем на 30% при обеспечении повторного использования воды в рыбоводных бассейнах [8].

Каскадные аквапонные системы обеспечивают благоприятные условия выращивания растений и рыб при значительном снижении стоимости монтажа конструкции и затрат на ее обслуживание.

Заключение. На основе проведенного анализа прогрессивных технологий кормления рыбы в современной аквакультуре можно сделать следующие выводы.

Экструдированные корма по праву считаются одной из наиболее эффективных технологий кормопроизводства для объектов аквакультуры. В основе метода лежит обработка сырья под высоким давлением и температурой с последующим резким сбросом давления, что приводит к глубоким физико-химическим изменениям компонентов кормовой смеси. Благодаря такому воздействию происходит желатинизация крахмала, денатурация белков и инактивация антипитательных веществ, что в совокупности обеспечивает значительное повышение усвояемости питательных веществ организмом рыбы. Как показывают производственные испытания, применение экструдированных кормов позволяет снизить кормовой коэффициент до значений 1,2–1,5 единицы для карповых видов, тогда как при использовании традиционных гранулированных кормов этот показатель обычно составляет 1,8–2,2. Кроме того, экструдирование существенно улучшает физические свойства кормов: гранулы приобретают высокую водостойкость, сохраняя форму и питательную ценность в воде более 60 минут. Это предотвращает преждевременное вымывание питательных веществ и загрязнение водной среды, а также позволяет рыбе полностью потреблять корм без потерь.

Альтернативные источники белка (личинки черной львинки, водоросли) позволяют замещать до 50% рыбной муки в рационах без потери продуктивности, снижая себестоимость кормов на 10% и способствуя переработке органических отходов.

Иммуностимуляторы растительного происхождения (пробиотики, лекарственные растения) являются эффективной альтернативой антибиотикам, повышая выживаемость рыб и устойчивость к стресс-факторам при сохранении экологической чистоты продукции.

Киберфизические системы автоматического кормления позволяют сократить расход корма на 9–10%, уменьшить временные затраты на мониторинг с 17 мин до 5 с на пруд и автоматически корректировать режимы кормления по параметрам качества воды.

Интеграция с аквапоникой решает проблему накопления органических отходов (утилизируя 70–75% кормовых остатков) и повышает общую рентабельность производства за счет дополнительного урожая растений.