Потребность атлантического лосося, выращиваемого в садках, в фосфоре с упором на здоровье костей и усвояемость питательных веществ

Выращивание атлантического лосося (Salmo salar) в морских садках сопряжен с серьезной экологической проблемой: сброс фосфора (P) в окружающую среду. Этот элемент, поступающий с несъеденным кормом и продуктами метаболизма рыб, может вызывать эвтрофикацию прибрежных вод. 

Фосфор жизненно важен для рыб: он участвует в энергетическом обмене, структуре ДНК и клеточных мембран. Особое значение он имеет для формирования скелета, где вместе с кальцием (Ca) образует гидроксиапатит — минеральную основу костной ткани. В отличие от кальция, который рыбы могут поглощать из морской воды через жабры, потребность в фосфоре покрывается исключительно через корм. Современные корма для лосося все чаще содержат растительные компоненты, в которых фосфор находится в форме фитиновой кислоты, усваиваемой рыбами крайне плохо. Поэтому производители вынуждены добавлять в корма легкоусвояемые неорганические источники фосфора, такие как моноаммонийфосфат (MAP). Однако поиск баланса между достаточным уровнем фосфора для здоровья рыб и его минимальным выбросом в среду остается ключевой задачей.

Актуальность исследования: почему важен правильный уровень фосфора

Недостаток фосфора в рационе приводит к серьезным проблемам со здоровьем скелета, в первую очередь к деформациям челюсти и позвоночника, а также к снижению минеральной плотности костной ткани. Такие патологии, как сращение позвонков, не только ухудшают благосостояние рыбы, но и приводят к значительным экономическим потерям из-за выбраковки продукции на всех этапах переработки.

Потребность в фосфоре варьирует в зависимости от жизненного цикла и скорости роста. На ранних стадиях развития, когда рыба растет особенно быстро, требования к фосфору максимальны. В период после пересадки в морскую воду (пост-смолты) также зафиксирована повышенная чувствительность к недостатку минералов. Однако для более крупной рыбы на этапе нагула, когда относительная скорость роста снижается, потребность в фосфоре может быть ниже. При этом влияние сезонных факторов, таких как температура воды и продолжительность светового дня, на потребности в фосфоре у крупного лосося, выращиваемого в садках, остается малоизученным.

Целью данного исследования было определить, насколько можно снизить уровень фосфора в корме для атлантического лосося массой от 1,8 до 4,2 кг, выращиваемого в морских садках в условиях естественного освещения и колебаний температуры, без ущерба для здоровья скелета и темпов роста. Ключевая задача — оценить потенциал сокращения фосфорного загрязнения за счет оптимизации рациона.

Дизайн эксперимента

Исследование проводилось на морской исследовательской станции в Норвегии с декабря по июль, охватывая периоды медленного (зима-весна) и быстрого (весна-лето) роста. Температура воды в первый период составляла 4,6–9,0 °C, во второй — 6,7–13,9 °C.

Для эксперимента было разработано шесть изокалорийных и изоазотистых рационов (A–F) с разным содержанием общего фосфора. Рационы варьировались от уровня ниже рекомендованного Национальным исследовательским советом (NRC) до уровня выше рекомендации. Контрольный рацион (E) соответствовал рекомендациям NRC. Самый низкий уровень фосфора был в рационе А (содержание доступного фосфора составило около 2,3 г/кг в первый период и 2,5 г/кг во второй). Рационы B, C и D содержали промежуточные уровни, а рацион F — самый высокий (до 6,1 г/кг доступного фосфора).

Рыбу (исходная масса 1,8 кг) распределили по 24 морским садкам по 90 особей в каждом, с четырьмя повторностями на каждый тип корма. В ходе исследования оценивали показатели роста, выживаемость, усвояемость фосфора, его удержание и потери. Ключевыми методами оценки здоровья скелета стали рентгенография для выявления деформаций, анализ минерального состава (зольность) и механических свойств (испытания на сжатие) позвонков и чешуи, а также гистологический анализ костной ткани.

Влияние на рост и обмен фосфора

В период медленного роста (декабрь–апрель) прирост длины вилки у рыб был сопоставим во всех группах. В период быстрого роста (апрель–июль) рыбы, получавшие рационы B–E, росли на 40% быстрее, чем в предыдущий период, в то время как у рыб на рационе А темпы роста были несколько ниже. К концу эксперимента рыбы из группы А имели достоверно меньший вес по сравнению с другими группами.

Анализ обмена фосфора показал, что его усвояемость повышалась с увеличением температуры воды. Наиболее высокие показатели усвоения (до 55–56%) наблюдались в июле у рыб, получавших рационы E и F, но при этом эти же группы демонстрировали наибольшие абсолютные потери фосфора. Напротив, рыбы на рационах B–D показали наилучший баланс: высокий коэффициент удержания фосфора (до 36%) при его умеренных потерях. У рыб на самом бедном фосфором рационе (А) содержание фосфора в организме было на 16–20% ниже, а уровень неорганического фосфата в плазме крови — в два раза ниже, чем у рыб из других групп. Уровень кальция в плазме у этой группы, напротив, был повышен, что свидетельствует о компенсаторных механизмах на фоне дефицита фосфора.

Здоровье скелета: минерализация и деформации

Наиболее чувствительным индикатором дефицита фосфора оказалось состояние костной ткани. У рыб, получавших рацион А, уже в апреле наблюдалось значительное снижение зольности (минерализации) позвонков и чешуи по сравнению с другими группами, а к июлю этот разрыв увеличился. Содержание золы в позвонках у рыб на рационе А составило всего 21,2%, в то время как у рыб на рационах C–F оно превышало 31%. Содержание фосфора в чешуе у этой группы также было снижено на 1,3% к концу эксперимента.

Рентгенографический анализ показал, что у рыб, получавших рацион А, минерализованная область в телах позвонков была значительно меньше. Гистологические исследования выявили у этой группы широкие участки неминерализованной кости (остеоида) по краям замыкательных пластинок позвонков и костных трабекул. Это указывает на то, что процесс формирования костного матрикса продолжается, но его минерализация отстает. Хотя у всех рыб наблюдалось формирование эктопического хряща (признак адаптации к быстрому росту), у группы А эти изменения были наиболее выражены.

Важно, что, несмотря на снижение минерализации, частота и характер деформаций позвоночника во всех группах были сопоставимы и не выходили за пределы допустимых значений. Серьезных деформаций, таких как прогрессирующее сращение позвонков, которые могли бы повлиять на качество филе и благополучие рыб, зафиксировано не было.

Механическая прочность позвонков

Испытания на сжатие позвонков подтвердили результаты минералогического анализа. Жесткость, предел текучести и модуль упругости позвонков у рыб, получавших рацион А, были значительно снижены по сравнению с другими группами. Например, к концу периода быстрого роста жесткость позвонков у этой группы была на 50% ниже. У рыб на рационе В также наблюдалась тенденция к снижению некоторых механических показателей, хотя и не столь выраженная. Позвонки рыб, получавших рационы C–F, демонстрировали сопоставимые и высокие механические свойства, соответствующие здоровой, хорошо минерализованной кости.

Определение оптимального уровня фосфора

Анализ данных методом ломаных линий показал, что для периода медленного роста (прирост 0,62 мм/день) достаточный уровень доступного фосфора составляет 3,75 г/кг сухого вещества. Для периода быстрого роста (0,98 мм/день) эта потребность возрастает до 4,8 г/кг сухого вещества. В пересчете на общий фосфор это соответствует рациону B (8,0 г/кг) для зимнего периода и рациону C (8,7 г/кг) для весенне-летнего периода. Эти значения на 16–24% ниже, чем в коммерческих кормах, соответствующих текущим рекомендациям NRC.

Заключение и практическое значение

Результаты исследования демонстрируют, что для атлантического лосося массой более 1,7 кг, выращиваемого в морских садках в условиях естественного фотопериода, допустимо значительное снижение уровня фосфора в корме без ущерба для роста, здоровья скелета и механической прочности костей. Ключевым фактором, определяющим потребность в фосфоре, является скорость роста рыбы, которая, в свою очередь, зависит от температуры воды и светового дня.

Использование рационов с содержанием общего фосфора 8,0–8,7 г/кг сухого вещества (что соответствует 3,7–4,6 г/кг доступного фосфора) позволяет:

1. Поддерживать нормальное развитие и минерализацию скелета, избегая серьезных деформаций.

2. Обеспечить высокие темпы роста.

3. Сократить потери фосфора в окружающую среду на 24–33% по сравнению с кормами, содержащими 10,4 г/кг общего фосфора (уровень, рекомендованный NRC).

Эти выводы имеют важное значение для индустрии аквакультуры. Оптимизация фосфорного питания на завершающих этапах выращивания лосося позволяет не только снизить стоимость кормов (на которые приходится до 50% производственных затрат), но и значительно уменьшить экологический след рыбных ферм, сокращая риск эвтрофикации прибрежных вод. Дальнейшие исследования могут быть направлены на оценку потребностей в фосфоре в другие сезоны года, а также при использовании технологии постоянного освещения, которая часто применяется в коммерческой аквакультуре для стимуляции роста.


Источник: Aquaculture