Лазерно-оптические приборы для повышения эффективности инкубации икры ценных видов рыб в рыбоводных индустриальных комплексах

1. ЗООТЕХНИЯ

УДК 639.31:612.128

ЛАЗЕРНО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНКУБАЦИИ ИКРЫ ЦЕННЫХ ВИДОВ РЫБ В РЫБОВОДНЫХ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСАХ

Н. В. БАРУЛИН, В. Ю. ПЛАВСКИЙ, М. В. ШАЛАК, А. В. СОЛЯНИК

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Республика Беларусь, 213407

Резюме. На основании многолетних фундаментальных и прикладных исследований по изучению влияния низкоинтенсивного оптического излучения на рыбоводно-биологические и хозяйственно полезные качества посадочного материала осетровых и лососевых рыб создан типоряд лазерно-оптических приборов на основе полупроводниковых лазеров и светодиодов, позволяющих осуществлять воздействие низкоинтенсивным излучением на икру в условиях индустриального производства. Показано, что использование разработанной технологической аппаратуры позволяет обеспечить повышение эффективности искусственного воспроизводства и выращивания ценных видов рыб за счет увеличения выживаемости эмбрионов и личинок, стимуляции размерно-весовых показателей молоди рыб, а также оптимизации технологии товарной аквакультуры при низкой стоимости оборудования для ее реализации.

Ключевые слова: икра, эмбрионы, инкубационные аппараты, лазерное излучение, аквакультура.

Summary. On the basis of long-term basic and applied research on the effect of low-intensity optical radiation on fish breeding and biological and economically useful quality planting stock of sturgeon and salmon created series offers laser-optical devices based on semiconductor lasers and LEDs, allowing for the impact of low-intensity radiation at the eggs in the conditions of a production. It is shown that the use of the developed technological equipment allows increasing the efficiency-of artificial reproduction and cultivation of fish species by increasing the survival rate of embryos and larvae, stimulate size and weight parameters ofjuvenile fish, as well as optimization of commodity aquaculture technology at a low cost equipmentfor its implementation.

Keywords: eggs, embryos, hatching machines, laser radiation, aquaculture.

Введение. Воспроизводство ценных видов рыб - это сложный технологический процесс, включающий в себя работу с производителями, получение посадочного материала, формирование ремонтного и маточного стада. В этой технологической цепочке наиболее слабым и уязвимым звеном является получение посадочного материала из-за высокой чувствительности эмбрионов к индустриальным условиям выращивания.

Анализ источников. В настоящее время в Беларуси активно развивается аквакультура рыбоводных индустриальных комплексов, работающих по технологии установок замкнутого водоснабжения (УЗВ). Так, только за последние годы в стране реализовано 13 проектов, направленных на создание УЗВ по выращиванию осетровых, лососевых, клариевых, угревых рыб [1, 6-9]. УЗВ позволяют повысить уровень интенсификации технологии воспроизводства большинства объектов аквакультуры.

С целью решения задачи по разработке новой эффективной технологии выращивания жизнестойкого посадочного материала ценных видов в рыбоводных индустриальных комплексах нами в результате многолетних фундаментальных и прикладных исследований научно обоснованы подходы, обеспечивающие реализацию стимулирующего действия низкоинтенсивного оптического излучения на рыбоводно-биологические и хозяйственно полезные качества посадочного материала осетровых и лососевых рыб за счет воздействия оптического излучения на эмбрионы (оплодотворенную икру) и сперму рыб [2-5]. Показано, что величина эффекта сильно зависит от поляризации излучения и практически не зависит от степени его монохроматичности, что свидетельствует о возможности использования в технологии искусственного воспроизводства и выращивания ценных видов рыб воздействия на икру излучением как полупроводниковых лазеров, так и светодиодных источников, после предварительной поляризации излучения последних.

Проведенные исследования послужили основой для создания типоряда лазерно-оптических приборов на основе полупроводниковых лазеров и светодиодов для облучения икры рыб, инкубирующейся в неподвижном положении, и в аппаратах Вейса.

Материал и методика исследований. Исследования выполнялись в 2012-2015 годах на рыбоводном индустриальном комплексе УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная акаде-

мия» (г. Горки, Могилевская обл.), а также в осетровом хозяйстве фермерского хозяйства «Василек» (Дзержинский р-н, Минская обл.). Данные хозяйства работают по технологии УЗВ. Оплодотворенную икру рыб (осетровых и лососевых) получали заводским методом воспроизводства с искусственным регулированием условий выращивания. Полученную икру помещали в инкубационные аппараты Вейса или в инкубаторы лоткового типа, в зависимости от используемой технологии, и подвергали световому воздействию с использованием разработанных лазерно-оптических приборов (опытная группа) или не подвергали такому воздействию (контрольная группа). Внешний вид технологических установок для светового воздействия на икру в инкубаторе лоткового типа и в инкубационном аппарате Вейса представлен на рис. 1 и 2.

Р и с. 1. Внешний вид технологической установки для Р и с. 2. Внешний вид технологической установки для

светового воздействия на икру в инкубационном аппарате светового воздействия на икру в инкубаторе Вейса

лоткового типа

Результаты исследований и их обсуждение. Установка для инкубации икры включает открытую сверху, прозрачную герметичную емкость, выполненную в форме перевернутой бутылки без дна, с нижним патрубком для подачи воды и патрубком в виде сливного носика для ее сброса, расположенным вблизи верхней кромки емкости. Над открытой герметичной емкостью расположен модуль оптического излучения, обращенный излучающей частью к воде, заполняющей емкость таким образом, что диаграмма направленности излучения перпендикулярна плоскости поверхности воды, и электрически связанный с модулем питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью. Модуль оптического излучения механически связан с герметичной емкостью.

Модуль оптического излучения выполнен на базе полупроводникового лазера с оптическим преобразователем пучка лазерного излучения, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости, а также на базе матрицы полупроводниковых лазеров с оптическими преобразователями пучка лазерного излучения, формирующими на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру. Конструктивно светодиодный источник оптического модуля обеспечивает получение поляризованного излучения. Прозрачная герметичная емкость заполняется водой с помощью нижнего патрубка. Сброс воды из емкости осуществляется через сливной носик, расположенный вблизи верхней кромки емкости. Над открытой герметичной емкостью располагается модуль оптического излучения на базе полупроводниковых лазеров и/или светодиодных источников для воздействия на икру и личинок рыб, электрически связанный с модулем питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью. В герметичную емкость загружается икра рыб. Расход подаваемой воды и ее качество зависят от рыбоводно-технологических параметров, предъявляемых в конкретному виду рыб. За счет того, что икра тяжелее воды, нормативный поток воды создает благоприятные условия для водо-газообмена, но не допускает выброс икры за пределы емкости. Модуль оптического излучения может быть как механически связан с корпусом герметичной емкости, так и выполнен отдельно от него. В первом случае модуль оптического излучения механически фиксируют к корпусу герметичной емко-

сти; во втором - модуль оптического излучения фиксируют в специальном держателе. При фиксации модуля оптического излучения к корпусу герметичной емкости обеспечивается неизменность условий воздействия излучения на икру и личинок рыб в процессе фотовоздействия. Во втором случае, когда модуль оптического излучения механически не связан с герметичной емкостью, легко реализуется поочередное воздействие оптическим излучением на икру и личинок рыб в различных герметичных емкостях путем перемещения модуля оптического излучения от одной емкости к другой.

Конструктивно установку для инкубации икры и, в частности, модуль оптического излучения выполняют в различных вариантах:

а) модуль оптического излучения выполнен на базе полупроводникового лазера с оптическим преобразователем пучка лазерного излучения, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. В этом случае излучатель полупроводникового лазера с оптическим преобразователем пучка лазерного излучения располагают вдоль оси симметрии герметичной емкости на таком расстоянии от поверхности воды, чтобы размер светового пятна на поверхности воды соответствовал внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом расстояние от поверхности излучателя до поверхности воды определяется расходимостью излучения. Поскольку излучение полупроводникового лазера является поляризованным, то такое воздействие на биообъекты при соответствующем выборе параметров оптического излучения обеспечивает стимулирующее влияние на эмбриональное и постэмбриональное развитие особей;

б) следующий вариант исполнения модуля оптического излучения основан на использовании матрицы одинаковых полупроводниковых лазеров (лазеров одной длины волны), которая может быть сформирована отдельно расположенными лазерными излучателями, каждый из которых содержит оптические преобразователи пучка лазерного излучения, формирующие на поверхности воды перекрывающиеся световые пятна. При этом суммарное световое пятно, сформированное матрицей полупроводниковых лазеров с оптическими преобразователями пучка, соответствует внутреннему диаметру герметичной емкости. Наряду с этим матрица лазерных излучателей может быть выполнена путем объединения в единый излучатель отдельных лазерных диодов или их линеек с общим для целой матрицы оптическими преобразователями пучка, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости;

в) следующий вариант исполнения модуля оптического излучения основан на использовании матрицы полупроводниковых лазеров различных длин волн с оптическими преобразователями пучка лазерного излучения, формирующими на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости, при этом модуль питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью обеспечивает комбинированное последовательное воздействие излучением различных длин волн и регулирование длительности паузы между воздействиями. Данный вариант исполнения установки для инкубации икры обеспечивает возможность комбинированного воздействия на гидробионты лазерным излучением различного спектрального диапазона, что значительно усиливает стимулирующее действие физического фактора;

г) следующий вариант исполнения установки для инкубации икры основан на использовании в модуле оптического излучения светодиодного источника, который совместно с оптическим преобразователем пучка излучения формирует на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. В этом случае светодиодный излучатель с оптическим преобразователем пучка оптического излучения располагают вдоль оси симметрии герметичной емкости на таком расстоянии от поверхности воды, чтобы размер светового пятна на поверхности воды соответствовал внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом расстояние от поверхности светодиодного излучателя до поверхности воды определяется расходимостью излучения;

д) для повышения интенсивности светового воздействия на гидробионты модуль оптического излучения одного спектрального диапазона выполняют на базе матрицы светодиодных источников с оптическими преобразователями пучка излучения, формирующими на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. Матрица светодиодных источников может быть сформирована отдельно расположенными светодиодными излучателями, каждый из которых содержит оптические преобразователи пучка оптического излучения, формирующие на поверхности воды перекрывающиеся световые пятна. При этом суммарное световое пятно, сформированное матрицей светодиодных излучателей с оптическими преобразователями пучка, соответствует внутреннему диаметру герметичной емкости. Наряду с этим матрица светодиодных излучателей может быть выполнена путем объединения в единый излучатель отдельных светодиодов или их

линеек с общим для целой матрицы оптическими преобразователями пучка, формирующим на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру емкости;

е) следующий вариант исполнения модуля оптического излучения основан на использовании матрицы светодиодных излучателей различного спектрального диапазона формирующими совместно с оптическими преобразователями пучка излучения на поверхности воды световое пятно, соответствующее внутреннему диаметру герметичной емкости. При этом модуль питания и управления параметрами воздействующего излучения и его длительностью обеспечивает комбинированное последовательное воздействие излучением различного спектрального диапазона и регулирование длительности паузы между воздействиями. Данный вариант исполнения установки для инкубации икры обеспечивает возможность комбинированного воздействия на гидробионты оптическим излучением различного спектрального диапазона, что значительно усиливает стимулирующее действие физического фактора.

Поскольку, как правило, излучение светодиодных источников является неполяризованным, а биологическое действие оптического излучения зависит от степени его поляризации, то следующий вариант исполнения установки для инкубации икры предполагает расположение на выходе светодиодного источника или на выходе оптического преобразователя пучка оптического излучения поляризационной пленки таким образом, чтобы плоскость поляризационной пленки была перпендикулярна диаграмме направленности излучения светодиодного источника. Это позволяет обеспечить воздействие на гидробионты линейно поляризованным излучением.

Поскольку использование поляризационной пленки повышает регуляторное действие оптического излучения, то данный вариант исполнения установки для инкубации икры на базе светодиодных излучателей представляется наиболее целесообразным. Однако в этом случае более половины мощности излучения светодиодных источников поглощается самой пленкой, что приводит к дополнительным энергозатратам. По этой причине один из вариантов исполнения установки для инкубации икры предполагает, что конструктивно светодиодный источник оптического модуля обеспечивает получение поляризованного излучения без использования поляризационной пленки. Светодиодные устройства для получения поляризованного излучения активно разрабатываются в последние годы.

Воздействие излучением полупроводниковых лазеров или излучением светодиодных источников осуществляли на определенных стадиях онтогенеза, в рекомендуемых дозировках, в зависимости от конкретного вида рыб.

В табл. 1 приведены значения выхода 1-дневных личинок из оплодотворенной икры осетровых для контрольной и опытной группы.

Т а б л и ц а 1. Выживаемость 1-дневных личинок из оплодотворенной икры под воздействием

поляризованного излучения

Группы Процент выживших личинок на стадии выклева Достоверность отличий от контроля

Контрольная 69±2,7 -

Опытная 85,4±4,3 Р< 0,001

Из представленных данных следует, что воздействие на икру осетровых рыб поляризованным излучением приводит с высокой степенью достоверности к повышению (по сравнению с контрольной группой) выхода личинок из оплодотворенной икры.

Стимулирующее действие излучения не только сказывается на выходе 1 -дневных личинок из оплодотворенной икры, но и приводит к увеличению в 1,3-1,4 раза (по сравнению с контрольной группой) размерно-весовых показателей молоди рыб, полученных из облученной икры.

В табл. 2 приведены размерно-весовые показатели 50-дневной молоди осетровых рыб для контрольной и опытной групп.

Т а б л и ц а 2. Размерно-весовые показатели 50-ти дневной молоди осетровых рыб под воздействием

лазерно-оптического прибора

Группы Средняя масса, M, мг Величина стимулирующего действия, ум % Средняя длина, L, мм Величина стимулирующего действия, уд %

Контрольная 530,3±8,2 100 44,0±0,9 100

Опытная 735,6±10,0 138,7±7,7* 58,5±0,8 132,9±0,6*

Достоверность отличий от контроля* - р < 0,05.

Видно, что инкубация оплодотворенной осетровой икры в разработанной технологической установке при периодическом воздействии оптическим излучением приводит к достоверному увеличению размерно-весовых показателей молоди рыб.

Заключение. Таким образом, разработанные нами технологические установки для периодического светового воздействия на икру рыб в инкубаторе лоткового типа и в инкубационном аппарате Вейса обеспечивают повышение эффективности искусственного воспроизводства и выращивания ценных видов рыб за счет увеличения выживаемости эмбрионов и личинок, стимуляции размерно-весовых показателей молоди рыб, а также оптимизации технологии товарной аквакультуры при низкой стоимости оборудования для ее реализации.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и инновационного фонда Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь.

ЛИТЕРАТУРА

1. Т и т а р е в, Е. Ф. Холодноводная аквакультура: учеб. пособие / Е. Ф. Титарев. - Рыбное: ДФ ФГОУ ВПО «АГТУ», 2005. - 231 с.

2. Т и т а р е в, Е. Ф. Холодноводное форелевое хозяйство / Е. Ф. Титарев. - М., 2007. - 280 с.

3. K o s t o u s o v, V. G. Development of industrial fish culture in Belarus. In: Recirculation technologies in indoor and outdoor systems. HANDBOOK / V. G. Kostousov, N. V. Barulin. - Research Institute for Fisheries, Aquaculture and Irrigation. - Szarvas. 2013. - P. 44-48.

4. N i e l s e n, P. Feasibility case study in Belarus on the feasibility of Danish recirculation technology / P. Nielsen, M. Nauk-karinen, A. Roze // Helsinki, Finnish Game and Fisheries Research Institute. - 2014. - P. 95.

5. P l a v s k i i, V. Yu. Fish embryos as model for research of biological activity mechanisms of low intensity laser radiation / V. Yu. Plavskii, N. V. Barulin // Advances in Laser and Optics Research. - 2010. - Vol. 4. - P. 1-48.

6. P l a v s k i i, V. Yu. How the biological activity of low-intensity laser radiation depends on its modulation frequency / V. Yu. Plavskii, N. V. Barulin // J. Opt. Technol. - 2008. - Vol. 75. - No 9. - P. 546-552.

7. P l a v s k i i, V. Yu. Effect of polarization and coherence of low-intensity optical radiation on fish embryos / V. Yu. Plavskii, N. V. Barulin // J. Appl. Spectrosc. - 2008. - Vol. 75. - No 6. - P. 843-856.

8. P l av s k i i, V. Yu. Effect of exposure of sturgeon roe to low-intensity laser radiation on the hardiness of juvenile sturgeon / V. Yu. Plavskii, N. V. Barulin // J. Appl. Spectrosc. - 2008. - Vol. 75 - No 2. - P. 241-250.

9. T i m m o n s, M. B. Recirculating Aquaculture Edition / M. B. Timmons, J. M. Ebeling. - 2007. - 1000 p.

УДК 639.3.034.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВЫРАЩИВАНИЯ РЫБОПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА РАДУЖНОЙ ФОРЕЛИ ДО 50 ГРАММ

Н. В. БАРУЛИН, А. В. СОЛЯНИК, А. В. НЕКРЫЛОВ, М. М. УСОВ, Л. О. АТРОЩЕНКО

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Республика Беларусь, 213407

Резюме. В работе приводятся данные исследований технологии выращивания рыбопосадочного материала радужной форели до 50 грамм в установках замкнутого водоснабжения с соблюдением соответствующих рыбоводно-технологических параметров. Применение системы рециркуляции воды (установок замкнутого водоснабжения) позволяет экономить водные и энергетические ресурсы, регулировать и проводить мониторинг всех рыбоводно-технологических параметров, снижая загрязнение окружающей среды и риск возникновения различных заболеваний выращиваемого материала.

Ключевые слова: форель, замкнутое водоснабжение, плотность посадки, рыбоводно-технологические параметры.

Summary. The paper presents research data technology of cultivation ofplanting material rainbow trout up to 50 grams in the recirculating water in compliance with the relevantfish breeding and processing parameters. The use of water recirculation (recirculation systems) allows you to save water and energy, regulate and monitor all fish breeding technology pas parameters, reducing pollution and the risk of various diseases grown la Materia.

Keywords: trout, a closed water supply, stocking density, fish breeding and processing parameters.