Гидропоника — альтернатива традиционному зелёному корму

УДК 636.087.07:006

Гидропоника — альтернатива традиционному зелёному корму

Шитикова А. В.1, кандидат сельскохозяйственных наук

Жогин И. М.1

Абаренов А. А.2

Бецков В. А.2

1ФГБОУ ВО «РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева»

127550, Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

E-mail: plant@rgau-msha.ru

2ООО «Элнан»

121609, Россия, г. Москва, Звёздный б-р, д. 21, стр.1

E-mail: metexport@bk.ru

В статье приведены результаты испытаний технологии производства экологически чистых зелёных кормов на высокотехнологичном оборудовании в условиях автоматизированной гидропонной установки «АК-10000» производительностью до 10 т в сутки зелёного корма для крупного и мелкого рогатого скота, птиц и рыб. Результаты исследований позволили выявить преимущество технологии для получения зелёного корма высокого качества за счёт применения высокоэффективной системы обеззараживания от патогенной микрофлоры на всех этапах проращивания; разработанная технология позволяет использовать для проращивания зерно низких репродукций, автоматизированные комплексы экономически эффективны и высокопроизводительны. Зелёные гидропонные корма отличаются высокой усвояемостью (92–95%), высоким содержанием сырого протеина, сахара; содержат необходимые компоненты для безвыпасного содержания крупного и мелкого рогатого скота в любых климатических зонах. В разработанных автоматизированных комплексах особое внимание уделяется вопросам обеззараживания зерна и воздуха, насыщения атмосферы вегетационных камер отрицательными аэроионами, подготовке и обеззараживанию поливочной воды, что позволяет снизить требования к категорийности закладочного материала без потери коэффициентов эффективности и качества.

Ключевые слова: зерно, корм гидропонный, безопасность, качество, кормопроизводство, автоматизированные гидропонные комплексы.

В кормопроизводстве проблема нехватки кормов высокого качества может быть частично решена за счёт внедрения инновационных индустриальных автоматизированных комплексов по производству зелёных гидропонных кормов. Гидропонный корм — корм, приготовленный из злаковых или бобовых семян, пророщенных без почвы, гидропонным способом, и использованный во время максимального содержания в нём биологически активных веществ. Зелёная масса растений, выращенная гидропонным способом, особенно в зимний период, когда особенно остро ощущается недостаток в витаминах и ферментах, может значительно разнообразить и обогатить кормление животных и птиц за счёт более сбалансированного рациона (Abu Omar et al., 2012; Gebremedhin, 2015; Helal et al., 2015; Weldegerima et al., 2015; Adjlanea, 2016). Питательные преимущества по сравнению с другими кормами, стоимость реализации, растущие тенденции выращивания кормов, риски, связанные с меняющимися погодными условиями, изменения климата дают стимул для поиска стабильных, надёжных и недорогих альтернатив традиционным кормам. На протяжении последних 100 лет это привело к созданию коммерческого рынка гидропонных кормовых систем (Dung et al., 2010; Sharif et al., 2013; Akbağ et al., 2014; Emam et al., 2016; Wootton-Beard, 2019).

Первые коммерческие гидропонные кормовые системы появились на европейских рынках в начале 30-х годов, это было вызвано стремлением обеспечить полноценную кормовую базу в зимний период. Тогда же в научной литературе появились первые сведения о гидропонных кормовых системах для молочных коров, мясного скота, телят, свиней и птицы. С тех пор гидропонные кормовые системы появились по всей Европе и США (Islam, 2016; Jemimahe et al., 2018; Wootton-Beard, 2019). Процесс выращивания зелёных гидропонных кормов включает предварительное замачивание зерна и последующее проращивание. Этот процесс может быть осуществлён в так называемых вертикальных фермах, размещённых внутри фермерского складского здания, что сокращает площадь земли, необходимую для производства (Naik et al, 2014; Nugrohoa et al., 2015). Семена должны быть чистыми, высокого качества, также необходимы высокие стандарты гигиены. При создании оптимальных условий готовый зелёный корм обычно убирают через 5–7 дней. Согласно различным сообщениям, для поддержания этих систем требуется 2–3 ч обслуживания в день.

При прорастании и интенсивном поглощении воды зерновки злаков расходуют сухое вещество на энергию прорастания (табл. 1).

На формирование 7–8 кг зелёного корма в среднем необходимо 1 кг зерна ячменя, при этом питательная ценность корма после прорастания существенно изменяется. При прорастании, несмотря на некоторое снижение обменной энергии, качественные изменения, такие как повышение доли сахаров, протеина, клетчатки, витаминов, повышают кормовую ценность и усвояемость зелёного корма.

  1. Химический состав зерна ячменя до и после проращивания (Wootton-Beard, 2019)
 

Зерно до проращивания

Пророщенное зерно (7-й день)

Содержание сухого вещества, %

91,4

14,4

Обменная энергия (ОЭ), МДж/кг сухого вещества

12,7

10,7

Протеин

в сухом веществе, %

11,73

13,68

Клетчатка

5,7

7–15

Са

0,26

0,39

Р

0,42

0,44

К

0,39

0,34

Mg

0,17

0,26

Fe

в 1 кг сухого вещества, мг

96,1

147

Zn

17,5

22,4

Cu

8,0

7,8

Co

0,1

0,2

Se

0,22

0,9

В последние годы в нашей стране интенсивно изучается вопрос о выращивании зелёного корма из зерна гидропонным методом без субстрата и на органическом субстрате, в качестве которого используется измельчённая солома, стебли камыша, кукурузы, опилки. (Капустин, 2006; Елизарова, 2013). Предполагается использовать этот корм не только для витаминной подкормки, но и как составную часть полноценного рациона, сбалансированного путём изменения соотношения зерна, органического субстрата и подбора питательной смеси (Мацерушка, 2016; Васильев, 2017).

В РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева совместно с компанией ООО «Элнан» в настоящее время проводятся исследования по возможности получения зелёного гидропонного корма на серийно выпускаемом комплекте оборудования мощностью от 1 до 20 т в сутки при выходе зелёной массы 5–10 кг из 1 кг зерна. Автоматизированный комплекс для производства гидропонного зелёного корма «АК-10000» (ООО «Элнан») предназначен для круглосуточного выращивания в закрытых помещениях зелёной массы из семян зерновых, бобовых или других культур. Комплекс представляет собой набор агробиотехнологического оборудования, обеспечивающего температурные, водные, воздушные и световые параметры микроклимата корневого пласта и наземной части растительных культур. Оборудование размещается в любом помещении высотой от 3,2 до 3,5 м с искусственно регулируемыми климатическими условиями, естественным и (или) искусственным освещением, водоснабжением, канализацией и инженерными системами. Производительность комплекса — 10 т зелёной массы в сутки, при этом производимые объёмы можно изменять (увеличивать/уменьшать) до необходимого уровня. Основной структурной единицей комплекса является вегетационная камера, где происходит выращивание семян злаковых, бобовых и других культур.

Комплекс построен по модульно-конструктивному принципу, может работать в автоматизированном, ручном и дистанционно управляемом режимах.

В автоматизированном комплексе особое внимание уделяется вопросам обеззараживания зерна, воздуха, насыщения атмосферы вегетационных камер отрицательными аэроионами, а также подготовке и обеззараживанию поливочной воды.

В состав комплекса входят следующие инженерные системы жизнеобеспечения растительных культур:

– узел хранения, подготовки, дозировки и стерилизации семян исходной биомассы;

– семь вегетационных камер;

– система отопления, охлаждения и вентиляции, обеспечивающая микроклимат в вегетационных камерах;

– система подготовки и дезинфекции подаваемого воздуха;

– узел приготовления минерального питания и система полива растительных культур в вегетационных камерах;

– система освещения вегетационной камеры, служащая для обеспечения процесса фотосинтеза;

– система аэрации кислородом и подкормки углекислым газом (при необходимости) растительных культур;

– узел обеззараживания поливочной воды;

– моечно-дезинфицирующее оборудование для поддонов и систем полива;

– моечно-дезинфицирующее оборудование для обработки вегетационных камер;

– автоматизированная система управления комплексом позволяет дистанционно корректировать алгоритмы функционирования и параметры климатизации вегетационного процесса.

Качество корма определяется по результатам органолептической оценки, биохимического анализа, анализа содержания перевариваемых питательных веществ и поедаемости. Поедаемость корма зависит от запаха, вкусовых качеств, физической формы, содержания сухого вещества, загрязнённости, наличия вредных примесей (Усманова, 2015; Ружанский, 2016).

Семена, предназначенные для выращивания гидропонного корма, должны иметь всхожесть не менее 90%. Содержание вредных примесей в семенах не должно превышать предельно допустимых уровней, установленных техническим регламентом.

По органолептическим показателям и показателям безопасности гидропонный корм должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 2.

Содержание токсичных элементов, микотоксинов, пестицидов, радионуклидов, нитратов и нитритов в гидропонных кормах не должно превышать допустимые уровни, установленные нормативными правовыми актами Российской Федерации.

  1. Проект ГОСТ Р Корма гидропонные. Технические условия

(ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса)

Наименование показателя

Норма

Нежелательные отклонения от нормы

Цвет

Проростки зелёного цвета, корни белые или слегка желтоватые

Проростки снизу светло-жёлтые, корни песочно-оранжевого цвета

Запах

Ароматный, свежих растений

Болотный запах корней

Консистенция

Корни влажные, слегка скользкие

Корни осклизлые с некоторым пенообразованием

Наличие признаков заплесневения (сплошная или очаговая плесень белого или чёрного цвета, плесневый запах)

Не допускается

В условиях эксперимента удалось получить достаточно высокий коэффициент проращивания (зерно/зелёный гидропонный корм, кг): коэффициент 4,5–5,5 получен при использовании для проращивания фуражного зерна ячменя, при использовании зерна ячменя первой репродукции коэффициент составил 9. Использование автоматизированной установки для проращивания зерна ячменя позволило получить зелёный корм с корневым пластом не менее 5–7 см (фото 1).

При выращивании зелёного корма в установке использовались биофильтры, ультрафиолетовые и электростатические рециркуляционные обеззараживатели воздуха, аэраторы воздушной среды, поэтому в процессе роста и развития проростков ячменя патогенной микрофлоры не обнаружено.

При выращивании ячменя в условиях автоматизированной гидропонной установки удалось получить корм высокого качества (табл. 3).

  1. Химический состав зелёного гидропонного корма

Наименование показателя

Единица измерений

Зелёный гидропонный корм

Железо

мг/кг

12,10

Йод

мг/кг

0,29

Калий

%

0,08

Кальций

%

0,02

Марганец

мг/кг

1,34

Медь

мг/кг

0,76

Натрий

%

0,0034

Селен

мг/кг

0,04

Сера

%

0,03

Фосфор

%

0,06

Цинк

мг/кг

7,41

Сырой протеин

%

1,86

Сахара

%

2,88

Сырая клетчатка

%

1,68

Аргинин

%

0,10

Валин

%

0,09

Лейцин

%

0,12

Лизин

%

0,10

Витамин В1

мг/кг

0,05

Витамин В2

мг/кг

1,21

Витамин Е

мг/кг

3,5

Изучение питательности полученного гидропонного корма показало, что в 1 кг корма в среднем содержалось: сахаров — 28,8 г, клетчатки — 16,8 г.

Свежий гидропонный корм пригоден для кормления практически всех видов животных. Вид, запах и вкус — основа для предпочтения пищи животными, рецепторы обоняния и вкусовых ощущений которых специфичны и сильно развиты. Запах минеральных и органических веществ питательного раствора, плесени и другие факторы могут повлиять на потребление корма. За ориентировочную норму скармливания гидропонного зелёного корма принято: для коров и быков-производителей — до 10 кг, свиней — до 4 кг, овец — 1–1,5 кг, кроликов — 400 г, птицы — 50 г (Мацерушка, 2016; Васильев, 2017).

Исследования по влиянию включения зелёного гидропонного корма в кормовой рацион позволило установить следующие закономерности: надои коров увеличивались в среднем на 10% с одновременным улучшением качества молока, прирост живой массы молодняка КРС составил в среднем 15%.

Эксплуатационные преимущества конструктивной архитектуры комплекса отличаются химически стойкими материалами, удобством проведения профилактики и дезинфекции как вегетационной камеры, так и отдельных узлов.

Комплексный подход, выраженный в архитектурно-методологических принципах работы комплекса, позволяет уверенно решить задачу борьбы с патогенной микрофлорой за счёт применения биофильтров нового поколения для различных сред (воды, воздуха), облучения вегетационной камеры в привязке к вегетационному циклу, обеззараживания семенного материала. Автоматизированная система позволяет осуществлять дистанционный контроль за работой комплекса и дистанционно изменять его параметрические функции (освещённость, полив, температуру, регенерацию воздуха, дозы отрицательных аэроионов, время замачивания закладочного материала и его обеззараживания).

Заключение. На основании проведённых исследований установлена возможность и хозяйственная целесообразность развития кормопроизводства за счёт выращивания зелёного гидропонного корма. Зелёный корм на основе ячменя низких репродукций, выращиваемый в условиях автоматизированной гидропонной установки без применения пестицидов и удобрений, соответствовал по органолептическим показателям и показателям безопасности требованиям к гидропонным кормам и отличался высокой кормовой ценностью.

Литература

  1. Гидропонный зелёный корм в рационах несушек / А. Васильев, А. Коробов, С. Москаленко, Л. Сивохина, М. Кузнецов // Животноводство России. — 2017. — № 7. — С.13–15.
  2. Елизарова Т. И. Совершенствование гидропонной технологии получения зелёного корма / Т. И. Елизарова, Л. А. Есаулова // Кормопроизводство. — 2013. — № 10. — С.11–15.
  3. Капустин Н. И. Новая ресурсосберегающая технология производства пророщенного зерна на кормовые цели / Н. И. Капустин, Н. А. Щекутьева // Кормопроизводство. — 2006. — № 12. — С.24–26.
  4. Мацерушка А. Р. Биологическая ценность гидропонного зелёного корма для коров / А. Р. Мацерушка, Н. И. Белик, О. И. Станишевская // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. — 2016. — № 45. — С.118–123.
  5. Ружанский И. Использование гидропонного зелёного корма в рационе сельскохозяйственных животных и птиц [Электронный ресурс] // Агровестник, 02.11.2016. — URL: https://agrovesti.net.
  6. Усманова М. Зелёный гидропонный корм в рационе дойных коров / М. Усманова, Д. Туз, А. Мацерушка // Комбикорма. — 2015. — № 4. — С.75–76.
  7. Abu Omar J. Effects of different types of olive cake on the performance and carcass quality of Awassi lambs / J. Abu Omar, R. Daya, A. Salama // Animal Feed Science and Technology. — 2012. — No. 171. — P.167–172.
  8. Techno-Economic Approach to Hydroponic Forage Crops: Use for Feeding Dairy Cattle Herd. / S. K. Adjlanea, A. Ahmed, M. Serirb Bafdelc, R. Benhacine // J. Appl. Environ. Biol. Sci. — 2016. — No. 6 (3) — P.83–87.
  9. Effects of harvesting time on nutritional value of hydroponic barley production / H. I. Akbağ, O.S. Turkmen, H. Baytekin, İ. Y. Yurtman // Turkish Journal of Agricultural and Natural Sciences. — 2014. — Special Issue 2.
  10. Dung D. D. Nutrient content and in sacco digestibility of barley grain and sprouted barley / D. D. Dung, I. R. Goodwin, J. V. Nolan // Journal of Animal and Veterinary Advances. — 2010. — No. 9 (19). — P.2485–2492.
  11. Emam M. S. A. The sprout production and water use efficiency of some barley cultivars under intensive hydroponic system / M. S. A. Emam // Middle East Journal of Agriculture. — 2016. — No. 05 (02). — P.161–170.
  12. Gebremedhin W. K. Nutritional benefit and economic value of feeding hydroponically grown maize and barley fodder for Konkan Kanyal goats / W. K. Gebremedhin // IOSR Journal of Agriculture and Veterinary Science. 2015. — Vol. 8. — Is. 7. — Ver. II. — P.24–30.
  13. Helal H. G. Sprouted barley grains on olive cake and barley straw mixture as goat diets in Sinai / H. G. Helal // Advances in Environmental Biology. — 2015. — No. 9 (22). — P.91–102.
  14. Islam R. Effect of seed rate and water level on production and chemical analysis of hydroponic fodder / R. Islam, Jalal Nabilah, Md. Ali Akbar // European Academic Research. — 2016. — No. 4 (8). — P.6724–6753.
  15. Nutritive value of hydroponic yellow maize fodder and conventional green fodders — a comparison / R. Jemimahe, P. T. Gnanaraj, T. Muthuramalingam, T. Devi, C. Vennila // Int. J. Agric. Sc & Vet. Med., Journal of Natural Sciences Research. — 2019 — Vol. 9. — No. 8. — P.98–1001. DOI: 10.7176/JNSR.
  16. Effect of feeding hydroponics maize fodder on digestibility of nutrients and milk production in lactating cows / P. K. Naik, R. B. Dhuri, M. Karunakaran, B. K. Swain, N. P. Singh // Indian Journal of Animal Sciences. — 2014. — No. 84 (8). — P.880–883.
  17. Nugrohoa H. D. Utilization of bioslurry on maize hydroponic fodder as a corn silage supplement on nutrient digestibility and milk production of dairy cows / H. D. Nugrohoa, I.G. Permanab // Despal Media Peternakan. — 2015. — No. 38 (1). — P.70–76.
  18. Sharif M. Use of sprouted grain in the diets of poultry and ruminants / M. Sharif, A. Hussain, M. Subhani // Indian Journal of Research. — 2013. — No. 2 (10). — P.4–7.
  19. Weldegerima Kide. Nutritional benefit and economic value of feeding hydroponically grown maize and barley fodder for Konkan Kanyal goats Kide Weldegerima // IOSR Journal of Agriculture and Veterinary Science. — 2015. — No. 8 (7). — P.24–30.
  20. Wootton-Beard P. Producing fodder crops using hydroponics / P. Wootton-Beard // Farming Connect, 2019.

Hydroponic fodder — an alternative to conventional green forage

Shitikova A. V.1, PhD Agr. Sc.

Zhogin I. M.1

Abarenov A. A.2

Betskov V. A.2

1Russian Timiryazev State Agrarian University

127550, Russia, Moscow, Timiryazevskaya str., 49

E-mail: plant@rgau-msha.ru

2OOO “Elnan”, a limited liability company under the laws of Russian Federation

121609, Russia, Moscow, Zvezdnyy boulevard, 21/1

E-mail: metexport@bk.ru

The article deals with the technology of organic green forage production using high-tech equipment for automated hydroponic system — “AK-10000”. Its productive capacity is up to 10 t of green fodder per day. Such forage can be used in cattle, small cattle, poultry and fish feeding. This technology results in production of high-quality green feeds due to highly effective system preventing pathogen development at any growing stage. Grain from low-productive crops can be used. Such automated systems are economically efficient and show high performance. Green hydroponic fodder had high digestibility (92–95%), protein and sugar contents. It contained all the necessary components to feed cattle and small cattle at nongrazing time under any conditions. To develop automated hydroponic systems, such procedures as grain and air disinfection, growing chamber saturation with negative air ions as well as preparation and water purification should be considered. They allow higher number of crops to be grown keeping effectiveness and quality at a high level.

Keywords: grain, hydroponic fodder, safety, quality, forage production, automated hydroponic system.

References

1. Gidroponnyy zelenyy korm v ratsionakh nesushek / A. Vasilev, A. Korobov, S. Moskalenko, L. Sivokhina, M. Kuznetsov // Zhivotnovodstvo Rossii. — 2017. — No. 7. — P.13–15.

2. Elizarova T. I. Sovershenstvovanie gidroponnoy tekhnologii polucheniya zelenogo korma / T. I. Elizarova, L. A. Esaulova // Kormoproizvodstvo. — 2013. — No. 10. — P.11–15.

3. Kapustin N. I. Novaya resursosberegayushchaya tekhnologiya proizvodstva proroshchennogo zerna na kormovye tseli / N. I. Kapustin, N. A. Shchekuteva // Kormoproizvodstvo. — 2006. — No. 12. — P.24–26.

4. Matserushka A. R. Biologicheskaya tsennost gidroponnogo zelenogo korma dlya korov / A. R. Matserushka, N. I. Belik, O. I. Stanishevskaya // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2016. — No. 45. — P.118–123.

5. Ruzhanskiy I. Ispolzovanie gidroponnogo zelenogo korma v ratsione selskokhozyaystvennykh zhivotnykh i ptits [Elektronnyy resurs] // Agrovestnik, 02.11.2016. — URL: https://agrovesti.net.

6. Usmanova M. Zelenyy gidroponnyy korm v ratsione doynykh korov / M. Usmanova, D. Tuz, A. Matserushka // Kombikorma. — 2015. — No. 4. — P.75–76.

7. Abu Omar J. Effects of different types of olive cake on the performance and carcass quality of Awassi lambs / J. Abu Omar, R. Daya, A. Salama // Animal Feed Science and Technology. — 2012. — No. 171. — P.167–172.

8. Techno-Economic Approach to Hydroponic Forage Crops: Use for Feeding Dairy Cattle Herd. / S. K. Adjlanea, A. Ahmed, M. Serirb Bafdelc, R. Benhacine // J. Appl. Environ. Biol. Sci. — 2016. — No. 6 (3) — P.83–87.

9. Effects of harvesting time on nutritional value of hydroponic barley production / H. I. Akbağ, O.S. Turkmen, H. Baytekin, İ. Y. Yurtman // Turkish Journal of Agricultural and Natural Sciences. — 2014. — Special Issue 2.

10. Dung D. D. Nutrient content and in sacco digestibility of barley grain and sprouted barley / D. D. Dung, I. R. Goodwin, J. V. Nolan // Journal of Animal and Veterinary Advances. — 2010. — No. 9 (19). — P.2485–2492.

11. Emam M. S. A. The sprout production and water use efficiency of some barley cultivars under intensive hydroponic system / M. S. A. Emam // Middle East Journal of Agriculture. — 2016. — No. 05 (02). — P.161–170.

12. Gebremedhin W. K. Nutritional benefit and economic value of feeding hydroponically grown maize and barley fodder for Konkan Kanyal goats / W. K. Gebremedhin // IOSR Journal of Agriculture and Veterinary Science. 2015. — Vol. 8. — Iss. 7. — Ver. II. — P.24–30.

13. Helal H. G. Sprouted barley grains on olive cake and barley straw mixture as goat diets in Sinai / H. G. Helal // Advances in Environmental Biology. — 2015. — No. 9 (22). — P.91–102.

14. Islam R. Effect of seed rate and water level on production and chemical analysis of hydroponic fodder / R. Islam, Jalal Nabilah, Md. Ali Akbar // European Academic Research. — 2016. — No. 4 (8). — P.6724–6753.

15. Nutritive value of hydroponic yellow maize fodder and conventional green fodders — a comparison / R. Jemimahe, P. T. Gnanaraj, T. Muthuramalingam, T. Devi, C. Vennila // Int. J. Agric. Sc & Vet. Med., Journal of Natural Sciences Research. — 2019 — Vol. 9. — No. 8. — P.98–1001. DOI: 10.7176/JNSR.

16. Effect of feeding hydroponics maize fodder on digestibility of nutrients and milk production in lactating cows / P. K. Naik, R. B. Dhuri, M. Karunakaran, B. K. Swain, N. P. Singh // Indian Journal of Animal Sciences. — 2014. — No. 84 (8). — P.880–883.

17. Nugrohoa H. D. Utilization of bioslurry on maize hydroponic fodder as a corn silage supplement on nutrient digestibility and milk production of dairy cows / H. D. Nugrohoa, I.G. Permanab // Despal Media Peternakan. — 2015. — No. 38 (1). — P.70–76.

18. Sharif M. Use of sprouted grain in the diets of poultry and ruminants / M. Sharif, A. Hussain, M. Subhani // Indian Journal of Research. — 2013. — No. 2 (10). — P.4–7.

19. Weldegerima Kide. Nutritional benefit and economic value of feeding hydroponically grown maize and barley fodder for Konkan Kanyal goats Kide Weldegerima // IOSR Journal of Agriculture and Veterinary Science. — 2015. — No. 8 (7). — P.24–30.

20. Wootton-Beard P. Producing fodder crops using hydroponics / P. Wootton-Beard // Farming Connect, 2019.

Обсуждение закрыто.