Аквапоника: рыба + растения = замкнутая биологическая система.
ОСЁТР + КЛУБНИКА = ЗАМКНУТАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА или БИОСФЕРА
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! Критичный интервал времени:
Счет идет на минуты
Отсутствие электричества, падение уровня воды в бассейнах, прекращение аэрации воздухом или чистым кислородом
Счет идет на часы
Температура, CO2, pH
Счет идет на дни
Щелочность воды, Аммоний - Аммиак, Нитрит, Нитрат
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!
Замкнутая система
Установка замкнутого водоснабжения
Сибирский осетр и кокосовая пальма - братья на веки!
Мальки осетра. Навеска 50-100 грамм
Каждый день сладкая клубника к чаю! По вкусу и не скажешь, что выращена на гидропонике
Вот такой у нас салат! Ни грамма минеральных удобрений. Как только взвесим, так сразу и съедим и никому не дадим
Анализ воды как питательный раствор для растений. Сравнение с традиционными растворами используемыми для гидропоники
Использование воды от осетров для поливки растений в теплице
Первые опыты синтеграцией аквариума и клубники
Домашний аквариум с рыбками "гуппи" - полное отсутствие аквариумных фильтров
Схема аквариума
Вид с другой стороны. Рыбок не видно, т.к. в аквариуме мало света
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.
Она является перспективным объектом агроаквакультуры. На протяжении трех лет кусты находившиеся на плавучей вегетационной установке, плодоно' сили весь летне-осенний период. Отказ от минеральных удобрений обеспечивал высокие дие. тические качества выращенной продукции, отсутствие избыточного количества нитратов, нитритов и химических препаратов применяемых для защиты растений. Эффективное использование растениями прямых и отраженных водной поверхностью лучей обеспечило не только их эффективный рост и плодоношение, но и повышение на 30 % содержания Сахаров и витаминов. Следует также отметить, что освещение отраженным солнечным светом нижней стороны листьев отпугивает вредителей сельскохозяйственных растений и позволяет, в свою очередь, отказаться от применения ядохимикатов. Совместное культивирование рыбы и овощей представляет, таким образом, малоотходный технологический комплекс, в котором все элементы взаимосвязаны и образуют своеобразную экосистему.
Для просмотра Сюжета про выращивание осетра и клубники в замкнутой системе, жмите сюда. 2 минуты продолжительность ролика.
