---

 

 

---

 

ОБЩА МЕТОДИКА ЗА ИЗГОТВЯНЕ НА ОПТИМАЛЕН ПЪЛНОЦЕННЕН ФУРАЖ ЗА РИБИ

 

гл. ас. д-р Силвия Баева¹, зооинж. Атанас Божков²

 

¹ Технически университет – София, Факултет по приложна математика и информатика, катедра: „Математическо моделиране и числени методи“ e-mail: Е-мейл адресът e защитен от спам ботове.

² Съюз на производителите на комбинирани фуражи

 

Увод

За периода 2013-2019 г. броят на отглежданите в България риби и други водни организми варира между 33 и 40 вида, като рибите заемат основен дял в произведената биомаса. В българската сладководна аквакултура доминират представителите на Шарановите риби: шаран (Cyprinus сarpio), пъстър толстолоб (Hypophthalmichthys nobilis), бял толстолоб (Hypophthalmichthys molitrix), бял амур (Ctenopharyingodon idella), каракуда (Carassius auratus gibelio), следвани от пъстървовите видове: дъгова пъстърва (Oncorhynchus mykiss), речна (балканска) пъстърва (Salmo trutta). Постоянен е интересът към отглеждане на европейски сом (Siluris glanis), бяла риба (Sander lucioperca), щука (Esox lucius), а през последните години и към руска есетра (Acipenser guеldenstaedti), сибирска есетра (Acipenser baerii), веслонос (Polyodon spathula), африкански сом (Clarias gariepinus) и др. През същият период шаранът запазва доминиращата си роля в българската аквакултура, като за отглеждането му се използват три технологии - землени басейни, садки и свободно (в язовири). Шаранът съставлява близо 60% от общата продукция от шаранови риби и средно 40.4% от цялата рибна продукция за периода 2014-2019 г. (ИАРА, 2019). В Черно море се култивира единствено черната мида (Mytilus galloprovincialis). През последните четири години (2016-2019 г.) годишният обем на производството и се запазва на нива от 16 500 t.

Подобно на всички селскостопански животни рибите се хранят най-резултатно с пълноценни фуражи. Усъвършенстването на технологиите и постоянното повишаване на рибопродуктивността са в тясна връзка с разработването и производството на висококачествени храни за култивираните видове (Стайков, 2004). За отделните видове риби, растежните показатели и хранителния коефициент се влияе не само от вида и размера им, температурата на водата, но и от химичния състав на храната, съдържанието на есенциални аминокиселини, въглехидрати и минерали в нея (Георгиев, 1986).

Направени са много изследвания в посока оптимизиране на факторите посочени по-горе, които пряко влияят върху ефективността на рибовъдната дейност. Моделирани са различни процеси на конкретни специфични реални задачи в аквакултурата чрез математически апарат. За решаването им са използвани различни математически методи: динамични, линейни, статистически, вероятностни (стохастични) и т.н.

В мащабно проучване на времето за улов на шаран (Гиргинов и сътр., 2007) при хранене с гранулирани фуражи с различно протеиново съдържание е използван динамичен метод, основаващ се на принципа за оптималност на Bellman (Bellman, 1962). Същият метод е използван и в изследванията за оптимизиране на влиянието на храненето върху времето за улов на руска есетра (Acipenser gueldenstaedtii), култивирана в рециркулационна система (Николов и сътр., 2007; 2010). И в двете изследвания приложеният метод дава добри резултати и оптимизира времето за улов на изследваният вид риба, което подобрява част от ефективността на рибовъдната дейност в конкретните два случая. В изследванията по проект за използването на някои острофазови протеини, като диагностични показатели за здравословен и хранителен статус при два вида сладководни риби след продължително гладуване са използвани статистически методи за определяне на количеството мулти пробиотик в дажбите им (Atanasoff et al., 2017).

Целта на настоящето изследване е да предложи обща методика за изготвяне на оптимален пълноценен фураж за шарани за угояване, който да бъде съобразен с европейските норми за хуманното им отглеждане, така че общата себестойност на вложените суровини да е минимална (Многогодишен национален стратегически план за аквакултурите в България, 2021-2027).

Под оптимален пълноценен фураж в това изследване се разбира този фураж, който съдържа достатъчно полезни вещества, включително фуражни добавки, като витамини, микроелементи, антиоксиданти, ензими и други и който поради своя състав е достатъчен за една дневна дажба на шарана. Пълноценният фураж трябва да подпомага растежа на шарана, да благоприятства за по-доброто му развитие, да намалява времето за улов и да е съобразен с европейските норми за хуманно отглеждане и хранене на вида.

 

Материал и методи

За постигане на поставената цел настоящото изследване включва последователно следните етапи:

Етап 1: Описание на общата методика за изготвяне на пълноценен фураж;

Етап 2: Числена реализация на описаната методика;

Етап 3: Експериментални изследвания;

Етап 4: Анализ на получените резултати.

 

Описание на общата методика за изготвяне на оптимален пълноценен фураж

Приемаме, че съставките от които се изготвя комбинираният фураж са m на брой: S₁, S₂, ..., S_m,а фуражните добавки са n на брой: K₁, K₂, ..., K_n.

Знае се съдържанието на веществата и фуражните добавки във всяка една от съставките в 1 кг, комбиниран пълноценен фураж (всички съставки – фуражни суровини, фуражни добавки, витаминно-микроелементни премикси са анализирани за количествено определяне на състава им в акредитирани лаборатории за изпитване на фуражи). Нека матрицата

 

се състои от количествата на хранителните вещества и фуражните добавки в 1 кг от всяка от съставките на комбинирания фураж, т.е. q_ij е количеството от хранителното вещество или фуражна добавка K_j, което се съдържа в 1 кг от съставката S_i, i = 1, ..., m; j = 1, ..., n.

Известни са и цените (в лева) за 1 кг от всяка от съставките на пълноценния фураж. Представени са чрез матрицата:

,

където c_i (в лева) е цената на 1 кг от i-тата съставка на пълноценния фураж, i = 1, ..., m.

Нека матрицата:

се състои от търсените количества x_i,i = 1, ..., m, за 1 кг от всяка от съставките, които определят структурата и съотношението на съставките на оптималния пълноценен фураж.

Всеки производител на комбинирани фуражи има за цел да намали производствените си разходи, а в частност и разходите си за себестойност на вложените фуражни съставки. Тогава целевата функция, която минимизира общата себестойност на вложените съставки е:

В матричен запис:

 

 

В алгебричен запис:

 

Условията, при които се минимизира общата себестойност на вложените суровини, са обвързани с препоръчителните норми на хранителните вещества и фуражните добавки и са съобразени с исканията да подпомагат растежа на дадения вид, да благоприятстват за по-доброто му развитие, да намаляват времето за улов и т.н., при хуманно отглеждане на дадения вид риба.

Всяко от тези условия може да се опише по следния начин: За всяко K_j:

Тогава математическият модел на задачата за изготвяне на оптимален пълноценен фураж е: Търсят се такива количества x_i,i = 1, ..., m, за 1 кг от всяка от съставките, при които:

 

 Това е математически модел на задача от линейното оптимиране, тъй като целевата функция е линейна и ограниченията са също линейни равенства и/или неравенства.

Основен метод за решаване на такъв тип задачи е алгоритъмът на симплекс метода, който е разработен най-напред от Данциг през 1949 г. и накратко включва следните стъпки (Данциг,1949):

1.      Привеждане на общата задача на линейното оптимизиране (ОЗЛО) към канонична задача (КЗЛО), при условие r(Q^T) = n.

2.      Определяне на начален опорен план X ⁽⁰⁾.

3.      Прилагане на алгоритми (стратегии) за преминаване към друг опорен план, който подобрява стойността на целевата функция F (X) към минимум.

4.      Критерий за достигане на оптимална стойност (или установяване, че задачата няма решение).

Необходимо условие за достигане на минимум на представената целева функция е целевата функция да е ограничена отдолу и множеството от ограниченията ѝ да не е празно и да е изпъкнало (Гатев, 2001).

 

Числена реализация

За числената реализация входните данни на параметрите, в предложения математически модел за изготвяне на оптимален пълноценен фураж, са представени в таблица 1.

Таблица 1. Съдържание на хранителни вещества и фуражни добавки в 1 кг от всяка от съставките на пълноценния фураж за шарани за угояване

 

 За числената реализация е използван специализиран софтуер в програмни среди на Maple и Lindo.  

 

Експериментални изследвания 

За постигане на поставената цел беше извършен научно-експериментален опит в рециркулационна система намираща се в учебно експерименталната база към Аграрен факултет при Тракийски университет. Опитът беше проведен с 120 бр. риби шаран (Cyprinus carpio) разпределени в две групи с гъстота на посадка от 30 бр. във вана при двукратно повторение за всяка от групите. Средното тегло на зарибителния материал от шаран беше 250,3±13,2g. Експерименталната работа беше стартирана с 10 дневен адаптационен период, който премина в последствие в научно проучване. През целия адаптационен и експериментален период при контролната група беше използван комбиниран фураж разпространяван в търговската мрежа в Република България. Храненето на експерименталните риби е провеждано ръчно, четирикратно през светлата част на денонощието. Количеството на дневната дажба беше определено въз основа на живата маса на експерименталните риби и температурата на водата.

За определяне хранителната стойност на използваните фуражи, бяха взети и образувани средни проби съгласно Регламент (ЕО) № 152/2009. За определяне състава на изследваните фуражи бяха използвани методики по БДС. Влагата беше определена чрез сушене в термостат при температура 105^оС за 2 часа (БДС/ISO 6496). Стойностите на суровия протеин се отчитаха на база получен азот чрез конвертиране на N x 6,25 по метода на Келдал (БДС/ISO 5983). Мазнините се установиха след екстрахиране с диетилов етер по метода на Соксле (БДС/ISO 6492), а калций и фосфор след пресиращо разграждане чрез ICP-AES (индуктивна двойна плазмено-атомна емисионна спектрометрия) (БДС 15621:2012). 

Резултати от експерименталните изследвания и обсъждане

Приложението самостоятелно на житни зърнени фуражи в рибопроизводството е икономически нерентабилно и непрепоръчително. Въпреки това често в практиката се използват в големи количества царевица и пшеница при угояване на шаран. Двата вида фуражни суровини се отличават с меко зърно, висока стойност на СЕ и може да се изхранват като цяло зърно (чрез предварително накисване). Основен недостатък е ниската биологическа пълноценност на протеина, поради недостиг на критичната аминокиселина лизин и висок хранителен коефициент (5–6). Друга такава основна грешка е изхранването с различни отсевки или бракувани зърна. По този начин не се постига балансирано хранене, а голяма част от фуража се разпилява и не се приема от рибите.

Като други източници на протеин от растителен произход може да се използват соев или слънчогледов шрот. Тези фуражни суровини са с високо съдържание на протеини и са по-евтини от животинските, но трябва да се има предвид, че тяхното усвояване е максимум до 70%.

Въпреки застъпването на растителните съставки в пълноценните фуражи, включването на определени количества животински протеини е задължително. Високо качествените животински протеини, които се съдържат в рибеното брашно, аминокиселинния хидролизат и други, се отличават с висок процент на усвояемост до 96%. За повишаване стойността на СЕ и СП съответно лимитираните аминокиселини лизин и метеонин+цистин е препоръчително да се добавят и животински мазнини (рибено масло и др.).

Добавянето до 5% меласа към пълноценните фуражи намалява разпрашаването, подобрява вкусовите качества и енергийната хранителност на фуража.

В края на шестдесет дневното проучване беше отчетено повишаване на живата маса, но без статистически достоверна разлика. При сравняване на показателя жива маса на рибите, значително по-високо крайно тегло – 613±14,14g беше постигнато при експерименталната група с изготвения оптимален пълноценен фураж, а при готовия комбиниран фураж – 535±8,14g, което е с 12,72% подобрение на този показател при експеримента с изготвения по описаната методика по-горе пълноценен фураж (фигура 1).

   

Фигура 1. Резултати по показател жива маса на рибите от експерименталните изследвания

 Също така се оказва, че по показател обща себестойност на суровините за 1 кг комбиниран фураж: при експеримента с изготвения по методиката описана по-горе пълноценен фураж – 0,56 лв., а при готовия комбиниран фураж – 0,75 лв., което е с 25,33% подобрение на този показател при експеримента с изготвения по описаната методика по-горе пълноценен фураж (фигура 2).

  

  Фигура 2. Резултати по показател обща себестойност на суровините за 1kg комбиниран фураж при експерименталните изследвания

         

Изводи

Изследването потвърждава убеждението, че при използването на оптимално балансиран комбиниран фураж за риби, продуктивността им може да се увеличи с до 30%. Резултатите показват, че производството на оптимален за вида пълноценен фураж, който представлява сложна хомогенна смес от различни суровини, предварително подбрани съгласно научно и икономически обосновани рецепти и изхранването на рибите с него е рентабилно в средносрочен и дългосрочен план. Въз основа на тези констатации, може да се препоръча използването само на комбинирани фуражи при култивирането на риби обект на аквакултурата.

Литература

1. Георгиев, Г. (1986). Хранене на риби. Изд. „Земиздат“ – София.
2. Гиргинов, Д. Й. Стайков, Г. Николов, В.Видев (2007). Намиране на времето на улов на шаран култивиран в затворена система при хранене с гранулирани фуражи с различно протеиново съдържание.„ Животновъдни науки^” - XLIV, №5, 51
3. Гиргинов, Д. Г. Николов, В. Видев, К. Неделков (2007). Оптимизационен модел за контрол върху растежа на рибите„ Животновъдни науки^”
4. Николов, Г., (2008). Влияние на храненето и гъстотата на посадка върху хидрохимичните показатели при отглеждане на руска есетра / Acipenser gueldenstaedtii/ в рециркулационна система „ Journal of Mountain Agriculture on the Balkans”, vol. 11, 3, (381  - 396)
5. Николов, Г., А. Атанасов, К. Станков, А. Джоскан (2010). Определяне на брутния доход при различни гъстоти на посадката за руска есетра (Acipenser gueldenstaedtii). Икономика и управление на селското стопанство vol. 6, 58-61.
6. Стайков, Й., (2004). Аквакултура и околна среда. Стара Загора
7. Atanasoff, A., D. Zapryanova, T. Koynarski, G. Georgiev, G. Sandeva 2017. Effect of multi-microbe probiotic product on apparent digestibility coefficient of common carp (Cyprinus carpio) after long-term of starvation. Proceedings of the Institute of Fishing Resources, 28(1): 108-112.
8. Гатев, Г. (2001). Изследване на операциите, изд. на ТУ-София.
9. Nedeva, C., Baeva, S., 2014. Optimal individual diet, AIP Conf. Proc. 1631, 3-10 (2014); doi: 10.1063/1.4902450, © 2014 AIP Publishing.
10. Nedeva, C., Baeva, S., 2015. Multi-objective optimization in the individual diets, AIP Conf. Proc. 1690, 020019-1–020019-9; doi: 10.1063/1.4936697 © 2015 AIP Publishing.