Подводные морские фермы как новое направление аквакультуры
Подводные морские фермы как новое направление аквакультуры
Аннотация
Аквакультура является одним из наиболее стремительно развивающихся секторов мирового рыбного хозяйства. Однако традиционные поверхностные садки для содержания морских рыб сталкиваются с рядом серьёзных экологических и хозяйственных проблем, включая штормовые повреждения, инфекционные заболевания, заражение паразитическими организмами и неблагоприятные условия окружающей среды. В контексте расширения мировой аквакультуры подводные морские фермы, основанные на использовании затопленных садков, представляют собой инновационное направление развития отрасли, обладающее значительным потенциалом для преодоления существующих ограничений традиционного рыбоводства. В данной статье рассматриваются теоретические основы и практическая реализация технологий подводного культивирования, анализируются биологические требования различных видов рыб при содержании в затопленных системах, обсуждаются технологические инновации, а также перспективы развития в России.
Ключевые слова: подводные морские фермы; затопленные садки; офшорная аквакультура; морская лихо; паразитарные инвазии; интегрированная многотрофическая аквакультура (IMTA); рециркуляционные системы аквакультуры (УЗВ); геномная селекция; кормовая конверсия (FCR); бентосные сообщества; устойчивое развитие; цифровые технологии в аквакультуре; возобновляемые источники энергии.
Введение
Традиционное поверхностное рыбоводство доминирует в мировой аквакультуре, но сталкивается с серьёзными ограничениями. Садки уязвимы к штормам, ветрам и волнениям, приводящим к разрушениям и убыткам в миллионы долларов. Поверхностные воды благоприятствуют паразитам, особенно морской воши (Lepeophtheirus salmonis), наносящим ущерб лососевым фермам в Норвегии и Чили.
Подводное рыбоводство решает эти проблемы, размещая садки на глубинах от 10 м, где стабильнее гидрофизические условия и меньше личинок паразитов. Это открывает возможности для офшорной аквакультуры в условиях сильного волнения и конфликтов за прибрежные зоны.
Интерес к затопленным системам вырос благодаря государственной поддержке в Норвегии, что привело к коммерческим проектам компаний Norway Royal Salmon и Akva Group.
Физиологические и биологические аспекты подводного содержания рыб
Размещение рыб в затопленных садках создаёт физиологические вызовы, обусловленные различиями в регуляции плавучести. Виды с замкнутым или отсутствующим плавательным пузырём, такие как морской лещ (Sparus aurata) и морской окунь (Dicentrarchus labrax), лучше адаптируются к подводному содержанию, так как их плавучесть поддерживается метаболически и не требует контакта с воздухом. У рыб с открытым плавательным пузырём, например, у атлантического лосося (Salmo salar) и трески (Gadus morhua), регуляция плавучести связана с газообменом, зависящим от доступа к поверхности.
Длительное пребывание таких рыб на глубине без возможности всплытия приводит к нарушению газового баланса, гипербарическим эффектам, снижению роста и повышению смертности. Кроме того, холод и нестабильное распределение кислорода в глубинных слоях замедляют метаболизм, ухудшают аппетит и снижают эффективность усвоения питательных веществ.
Эксперименты показали, что масса атлантического лосося из затопленных садков (около 3,3 ± 0,2 кг) значительно ниже, чем у рыб, выращенных в поверхностных системах (около 6,2 ± 0,3 кг). Это подтверждает, что, несмотря на преимущества затопленного содержания с точки зрения биозащиты, необходима оптимизация технологий и управления для обеспечения высокой продуктивности.
Инновационные технологии и конструктивные решения
Ключевое направление развития подводного рыбоводства связано с внедрением систем подводных воздушных куполов (underwater air domes), разработанных компанией Akva Group в рамках концепции Atlantis Subsea Farming. Эти конструкции обеспечивают рыбам с открытым плавательным пузырём доступ к воздуху в контролируемой подводной среде. Воздух в куполе периодически пополняется через трубопроводы, создавая зону с пониженным содержанием кислорода, где рыбы могут регулировать плавучесть без подъёма на поверхность.
Конструкция садка с куполом имеет самовыравнивающуюся структуру, устойчивую к волновым и гидродинамическим нагрузкам. Эксперимент в Норвегии подтвердил успешное выращивание 18 000 особей атлантического лосося -- от стартовой массы 0,2 кг до 5 кг за 14 месяцев, что демонстрирует практическую реализуемость технологии полного производственного цикла.
Современные подводные садки оснащаются системами видеомониторинга, датчиками температуры, солёности и кислорода, а также автоматическими кормовыми установками. Использование сеток из медных сплавов (copper alloy netting) повышает устойчивость к биообрастанию и коррозии, снижая потребность в обслуживании.
Перспективным направлением является интеграция возобновляемых источников энергии. Проекты программы AquaWind показали эффективность совмещения рыбоводных садков с волноэнергетическими и ветровыми установками, что позволяет комбинировать производство аквакультурной продукции с генерацией возобновляемой электроэнергии.
Преимущества подводного рыбоводства в контексте паразитарных инвазий и инфекционных заболеваний
Одним из наиболее значительных преимуществ размещения рыб в затопленных садках является резкое снижение интенсивности заражения рыб морской лихой (Lepeophtheirus salmonis) и другими паразитическими организмами, жизненный цикл которых включает поверхностные воды как критически важный биотоп. Половозрелые самки морской лихи откладывают яйца, которые развиваются в планктонных личинках (науплии), а затем трансформируются в инфекционную стадию, известную как копеподиты, которые концентрируются в верхних слоях водной толщи на глубинах, как правило, не превышающих 10-15 метров от поверхности, что объясняется особенностями их поведения и физиолого-экологическими характеристиками дисперсии личинок. График снижения заражения морской лихой (Lepeophtheirus salmonis) при размещении рыбоводных садков на разных глубинах:
Размещение садков на глубинах 10 метров и более создаёт эффективный барьер против проникновения инфекционных копеподитов морской лихи в зону, где находятся культивируемые рыбы, что может обеспечить сокращение инвазионной нагрузки на 73-96% в зависимости от конкретных гидродинамических условий и строения глубинного профиля водной толщи. Это достижение особенно важно в контексте развития резистентности морской лихи к химическим пестицидам и акарицидам, которые традиционно применялись для контроля паразитарных популяций. Развитие лекарственной устойчивости у морской лихи в результате длительного и интенсивного применения химических средств привело к необходимости разработки альтернативных методов биозащиты, среди которых применение подводного рыбоводства занимает одно из центральных мест.
Гидрологические преимущества и стабилизация условий окружающей среды
Глубинные слои морских экосистем демонстрируют значительно большую стабильность гидрологических параметров по сравнению с поверхностными водами. В частности, глубинные слои часто локализуются ниже термоклина и галоклина, то есть пограничных слоев, на которых наблюдаются резкие скачки температуры и солёности соответственно, что обеспечивает более консервативный и предсказуемый температурный режим в течение всего годового цикла. Данное обстоятельство имеет существенное значение для производства лосося в регионах, где летние температуры поверхностных вод превышают оптимальные пороговые значения (обычно сообщают критическую величину выше 12°C), при которых развиваются негативные физиологические реакции у рыб, включая снижение аппетита, замедление роста и повышение восприимчивости к инфекционным агентам.
Расширение возможностей расселения и развития аквакультуры в регионах, где традиционные поверхностные системы неприменимы вследствие экстремальных гидрометеорологических условий, штормового климата или интенсивного волнения, представляет собой стратегическое преимущество затопленного рыбоводства. Офшорные зоны, где могут быть размещены подводные фермы, характеризуются большей рассеивающей способностью в отношении локального загрязнения и скоплений органических отходов, что приводит к снижению локальных воздействий на бентосные сообщества непосредственно под садками и обеспечивает более эффективное распределение взвешенных и растворённых отходов в более объёмной водной массе.
Управление кормлением и оптимизация коэффициента конверсии корма
Эффективность преобразования корма в биомассу рыб характеризуется коэффициентом конверсии корма (feed conversion ratio, FCR) -- отношением массы корма к приросту массы рыб. Средний показатель для аквакультуры составляет около 1,1, что значительно выше, чем у других животных. В промышленных условиях FCR варьирует от 1,2 до 2,2 в зависимости от вида, размера рыб, системы кормления и качества воды.
Оптимизация FCR достигается за счёт улучшения рецептур кормов (сбалансированных по аминокислотам и питательным веществам), контроля физических свойств гранул (плотность, водостойкость, скорость потопления) и внедрения автоматизированных систем кормления с обратной связью по активности рыб.
Использование компьютерного зрения и алгоритмов машинного обучения повышает точность и динамичность дозирования, позволяя корректировать графики кормления в реальном времени. Применение кормов с повышенной усвояемостью улучшает FCR на 15--20 %, снижая затраты и нагрузку на окружающую среду.
Минимизация перекормов снижает выброс азотных соединений: лишь 20--50 % азота из корма усваивается, а остальное переходит в воду или донные отложения, вызывая эвтрофикацию, цветение водорослей и деградацию бентосных сообществ.
Сравнение коэффициента конверсии корма (FCR) в различных системах аквакультуры представлено на графике.
Генетическое совершенствование и селекционная работа
Развитие программ генетического совершенствования пород рыб в аквакультуре осуществляется в направлении повышения производственных характеристик, включая скорость роста, устойчивость к заболеваниям, эффективность кормовой конверсии и адаптивность к различным условиям окружающей среды. Традиционные подходы к селекции основаны на пedigree-based оценке племенной ценности (breeding value) на основе фенотипических характеристик родственников и предков отбираемых особей, однако эффективность такого подхода ограничена из-за относительно низкой наследуемости многих хозяйственно важных признаков в популяциях культивируемых рыб.
Революционным развитием в области селекции аквакультурных видов стало внедрение методов геномной селекции (genomic selection, GS) и геномного предсказания (genomic prediction), которые позволяют оценивать генетическую ценность особей на основе анализа плотных маркерных карт и полногеномных ассоциаций с интересующими признаками. Применение геномной селекции обеспечивает увеличение точности прогноза племенной ценности на величину от 15% до 89% для признаков, связанных с интенсивностью роста и скоростью прироста, и от 0% до 567% для устойчивости к инфекционным агентам, что коррелирует с существенным увеличением темпов генетического прогресса в селекционных программах.
Дополнительным значительным преимуществом геномной селекции является её способность снижать темпы инбридинга в селекционируемых популяциях на величину до 81% в сравнении с традиционными подходами селекции, что критически важно для долгосрочного поддержания генетического разнообразия и избежания накопления вредных рецессивных аллелей в промышленных популяциях. Развитие высокопроизводительных технологий генотипирования и снижение стоимости полногеномного секвенирования делают геномную селекцию всё более экономически доступной даже для небольших и средних производственных предприятий.
Системы рециркуляции воды и управление качеством среды
Рециркуляционные системы аквакультуры (recirculating aquaculture systems, УЗВ) представляют собой альтернативный подход к подводному рыбоводству, при котором вода проходит многоступенчатую очистку и повторно используется в замкнутом цикле. В типичной УЗВ вода, содержащая продукты метаболизма и остатки корма, проходит через механические фильтры (удаление взвесей), биофильтры (нитрификация аммония в нитраты с участием бактерий Nitrobacter, Nitrospira и др.), дегазационные башни (удаление CO₂) и кислородные блоки для восстановления уровня O₂.
Основой работы УЗВ является биофильтрация, при которой токсичные формы азота (аммиак, аммоний) окисляются до безопасных нитратов. Концентрации аммиака выше 0,02 мг/л опасны для большинства рыб, поэтому стабильная работа нитрифицирующих бактерий имеет решающее значение для поддержания качества воды.
Преимущества УЗВ -- минимальное потребление свежей воды, снижение выбросов загрязнений и создание полностью контролируемой среды, независимой от внешних факторов. Такие системы способны переиспользовать более 90 % объёма воды, требуя лишь пополнения потерь на испарение и удаление осадков. Интеграция УЗВ с офшорными платформами и подводными комплексами открывает возможности для развития аквакультуры в регионах с ограниченными водными ресурсами и рядом с крупными центрами потребления.
Интегрированные многотрофические системы и замкнутые экологические циклы
Интегрированная многотрофическая аквакультура (integrated multi-trophic aquaculture, IMTA) представляет собой инновационный подход к организации производства, при котором культивирование рыб осуществляется совместно с выращиванием других организмов, таких как двустворчатые моллюски (устрицы, мидии) и макроводоросли (морская капуста, ламинария), которые функционируют в качестве дополнительных трофических уровней и выполняют роль биоремедиаторов окружающей среды. Процесс функционирования IMTA основан на экологических принципах круговорота питательных веществ: избыточные питательные вещества, особенно соединения азота и фосфора, которые накапливаются в результате жизнедеятельности рыб, служат источниками питательных веществ для культивируемых растений и фильтрирующих организмов.
Двустворчатые моллюски, такие как мидии и устрицы, функционируют как биофильтраторы, питаясь фитопланктоном и взвешенными органическими частицами, и тем самым улучшают прозрачность воды и снижают содержание органического вещества в водной толще. Макроводоросли ассимилируют растворённые неорганические формы азота и фосфора, используя их в качестве основного источника питательных элементов для автотрофного роста, и в процессе биосинтеза органического вещества секвестрируют углекислый газ из атмосферы, что способствует снижению интенсивности парниковых газов.
Результаты пилотных проектов по внедрению IMTA показали, что эффективность утилизации питательных веществ может быть повышена с типичного уровня 25-35% при традиционном рыбоводстве до более чем 50% при применении многотрофической интеграции, что соответствует значительному снижению экологического следа производства и улучшению устойчивости системы к флуктуациям внешних условий. Опросы потребителей выявили готовность до 50% участников платить на 10% больше за продукты, сертифицированные как произведённые в условиях IMTA, что подтверждает потребительский спрос на экологически чистые и устойчиво произведённые продукты аквакультуры.
Воздействие на бентосные сообщества и локальная биоаккумуляция
Подводное рыбоводство требует мониторинга донных экосистем из-за накопления остатков корма и органических веществ, вызывающих локальное обогащение осадков. Исследования выявили признаки эвтрофикации: концентрация фитопигментов до 44 мкг·г⁻¹, повышенное содержание липидов из рыбного корма и снижение окислительно-восстановительного потенциала в поверхностных слоях.
Это приводит к снижению численности мейофауны (нематод, остракод) на 30--50 % и сокращению глубины её проникновения в донные отложения на 75 %, что указывает на развитие аноксии и гипоксии в более глубоких горизонтах.
После демонтажа садков восстановление происходит быстро: через 4 недели численность мейофауны растёт на 30 %, фитопигменты снижаются на 80--90 %, достигая фоновых уровней. Бентосные системы демонстрируют высокую регенеративную способность, хотя требуется изучение долгосрочных эффектов от регулярного рыбоводства.
Перспективы развития в России
Российская Федерация обладает огромным потенциалом для развития подводного рыбоводства. По данным Федерального агентства по рыболовству, в 2014 году отечественное производство продукции аквакультуры составляло 188,6 тыс. тонн, в 2024 году -- 380 тыс. тонн продукции, что демонстрирует рост более чем в 2 раза за десятилетие. В 2023 году объём производства продукции товарной аквакультуры в Российской Федерации составил значительный объём, а к 2030 году может составить более 618 тыс. тонн. Динамика производства аквакультуры в Российской Федерации (фактические данные и прогноз до 2030 года):
Развитие инновационных технологий в области аквакультуры признано одним из приоритетных направлений. Проводятся активные исследования по разработке и внедрению новых технологических концепций, предназначенных для решения экологических проблем аквакультуры. Примером успешной отечественной разработки является работа учёных Тюменского филиала ВНИРО, которые создают новые объекты для пастбищной аквакультуры -- высокопродуктивные гибриды сиговых видов рыб. Ведущие научные организации, такие как Всероссийский НИИ рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) и ГосНИОРХ, активно сотрудничают с международными партнёрами для развития новых методов культивирования.
Размещение погружных садков идеально подходит для сезонной эксплуатации в Дальневосточном бассейне Российской Федерации. Такие садки не надо убирать на зиму, и они могут быть оставлены на безопасной глубине. Решением как технических, так и биологических проблем аквакультуры на открытых акваториях является подводная технология садкового рыбоводства. Результатом внедрения подводной технологии садкового рыбоводства для открытых акваторий Каспия, озера Иссык-Куль и Чёрного моря уже стало товарное выращивание таких видов рыб как дорадо, лаврак, сериола, горбыль, осетровые и лососевые.
Заключение
Подводные морские фермы -- инновационное направление аквакультуры, преодолевающее ограничения традиционного поверхностного рыбоводства. Системы подводных воздушных куполов решают проблему содержания рыб с открытым плавательным пузырём, снижая заражение паразитами (морская вошь), повышая стабильность условий и расширяя офшорные возможности.
Реализация потенциала требует совершенствования управления средой, конструкций, цифрового мониторинга, селекции адаптивных пород и интегрированных многотрофических систем. Необходимы долгосрочные исследования воздействия на бентос и дикие популяции, а также развитие нормативного регулирования и стандартов устойчивости.
Интеграция подводного рыбоводства с УЗВ, многотрофическими системами и ВИЭ позволит создать высокопроизводительные, экологически чистые комплексы, удовлетворяющие спрос на белковую продукцию при улучшении морских экосистем и снижении углеродного следа.
Список источников
Федеральное агентство по рыболовству. Инновации и импортозамещение -- путь к устойчивому развитию аквакультуры // Официальный сайт Росрыболовства. -- 2025. -- 29 октября. -- URL: https://fish.gov.ru/news/2025/10/30/innovaczii-i-importozameshhenie-put-k-ustojchivomu-rostu-akvakultury/
РыбТехЦентр. Инновации в аквакультуре и переработке рыбы 2025 года // Портал РыбТехЦентр. -- 2025. -- 7 сентября. -- URL: https://rybtehcentr.ru/news/innovacii-v-akvakulture-i-pererabot/
Борьба с паразитарными заболеваниями в аквакультуре // Fish-Info.ru. -- 2024. -- 29 июня. -- URL: https://fish-info.ru/article/borba-s-parazitarnymi-zabolevaniyami-v-akvakulture/
Рынок аквакультуры в РФ 2019-2024 с прогнозом до 2030 года // Expert CC. -- 2024. -- 11 декабря. -- URL: https://expertcc.ru/marketingovye-issledovaniya/selskoe-khozyaystvo/rynok-akvakultury-rf-2019-2024-s-prognozom-do-2030-g/
Recirculating aquaculture systems: Current practices, environmental impacts and future directions // Deep Science Research. -- 2024. -- URL: https://deepscienceresearch.com/dsr/catalog/book/35/chapter/118
Emerging sea-based farming technologies: a review // The Fish Site. -- 2025. -- URL: https://thefishsite.com/articles/emerging-sea-based-farming-technologies-a-review
Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA) // AQUADAPT. -- 2024. -- URL: https://aquadapt.org/2024/05/16/imta-sustainable-system/
Global Seafood. A review of marine fish aquaculture in submerged cages // Global Seafood. -- 2025. -- URL: https://www.globalseafood.org/advocate/a-review-of-marine-fish-aquaculture-in-submerged-cages/
