Способ создания экологически замкнутой биологической системы

 

Изобретение относится к рыбоводству и может быть использовано при создании самоподдерживающихся экологических систем. Способ создания экологически замкнутой биологической системы предусматривает заполнение прозрачного сосуда жидкой средой, внесение грунта, фотосинтезных растений, живых организмов и бактериальных форм, разлагающих продукты метаболизма живых организмов и фотосинтезных растений, с последующей герметизацией сосуда и помещением его в периодически освещаемую зону. В качестве живых организмов используют ракообразных и/или моллюсков, ракообразных выбирают из ряда Leander, и/или Halocaridina, и/или Troglocaris anophthalmus, и/или Asellus aquaticus, и/или Amphipoda, и/или Copepoda, и/или Ostracoda, моллюсков выбирают из ряда Cardita и/или Melanaia, растения выбирают из ряда Ceratophyllum, и/или Riccia, и/или Pistia, и/или Vesicularia dubyana, при этом общая биомасса живых организмов должно быть не более 0,25 г на 1 л жидкой среды, общая биомасса растений не должна быть менее 2,5 г на 1 л жидкой среды, а отношение общей биомассы живых организмов к общей биомассе растений должно составлять не более 0,1. Это позволяет достигнуть улучшения наглядности и универсальности биосистемы за счет широты представленного в ней мира живых организмов и растений для получения более полного представления о биосфере Земли и создания эффективного биологического фильтра.

Изобретение относится к рыбоводству и может быть использовано при создании самоподдерживающихся экологических систем.

Известен способ создания экологически замкнутой биологической системы, который предусматривает заполнение прозрачного сосуда водой, грунтом, растениями, живыми водными организмами (креветкой - Halocaridina rubra), микробиологическими живыми формами, разлагающими продукты метаболизма живых организмов (GB 2160406 A, 22.03.1985).

Однако в известном способе представлен только один вид живых организмов - креветка Halocaridina rubra, что безусловно говорит о низкой наглядности этой биосистемы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ создания экологически замкнутой биологической системы, который предусматривает заполнение прозрачного сосуда раствором на основе воды, грунтом, растениями, живыми водными организмами ракообразных, моллюсков, микробиологическими живыми формами, разлагающими продукты метаболизма живых организмов и фотосинтезных растений (US 5865141, 02.02.1999). После заполнения сосуда его герметизируют. В этом способе создают биосистему, в которой все сбалансировано. Растения производят на свету в процессе фотосинтеза кислород, которым дышат животные. Животные, в свою очередь, выдыхают углекислый газ, который нужен растениям. Так замыкается цикл кислорода. Кроме того, соблюдены все другие природные циклы: азота, углерода, воды.

Однако в известном способе ограничен круг живых организмов, выбранных из ряда ракообразных и моллюсков, что приводит к низкой наглядности и образовательности при использовании данной биосистемы.

Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении наглядности и универсальности биосистемы за счет широты представленного в ней мира живых организмов и растений для получения более полного представления о биосфере Земли и создания эффективного биологического фильтра.

Это достигается тем, что в способе создания экологически замкнутой биологической системы, предусматривающем заполнение прозрачного сосуда жидкой средой, внесение грунта, фотосинтезных растений, живых организмов и бактериальных форм, разлагающих продукты метаболизма живых организмов и фотосинтезных растений, с последующей герметизацией сосуда и помещением его в периодически освещаемую зону, в качестве живых организмов используют ракообразных и/или моллюсков, ракообразных выбирают из ряда Leander, и/или Haliocaridina, и/или Troglocaris anophthalmus, и/или Asselus aquaticus, и/или Amphipoeda, и/или Copepoda, и/или Ostracoda, моллюсков выбирают из ряда Cardita и/или Melanaia, растения выбирают из ряда Ceratophyllum, и/или Riccia, и/или Pistia, и/или Vecicularia dubyana, при этом общая масса живых организмов должна быть не более 0,25 г на 1 л жидкой среды, общая биомасса растений не должна быть менее 2,5 г на 1 л жидкой среды, а отношение общей биомассы живых организмов к общей биомассе растений должно составлять не более 0,1.

Способ предусматривает создание самоподдерживающейся биосистемы посредством динамического равновесия обитающих в ней организмов - животных и растений. Отходы одних организмов перерабатываются другими организмами и полностью потребляются третьими как питательные вещества. Этот баланс достигается следующим образом: - ограничивают начальное содержание N и P, имеющихся в системе; - культивируют в системе биокультуры бактерий, обеспечивающих утилизацию отходов и переработку их в соединения, пригодных к усваиванию растениями в качестве удобрений.

Важную роль в стабилизации системы и обеспечении прозрачности воды играют водные растения. Для продолжительного функционирования биосистемы необходимо обеспечить поступление внутрь достаточного количества света определенного спектра.

Замкнутая биологическая система - это система, в которой нет переноса вещества из внешней среды, извне поступает только солнечный свет, который является источником энергии для биосистемы. Все компоненты рециркулируют внутри системы. Компоненты системы, как минимум, включают в себя растения, производящие кислород в процессе фотосинтеза; животные, потребляющие растения в качестве пищи; бактерии, обеспечивающие переработку отходов жизнедеятельности растений и животных. Средством материального транспорта веществ внутри биосистемы является вода. Вода в биосистеме является солоноватой, растения - живущие в пресной или солоноватой воде. Животные, питающиеся исключительно растениями, микроводорослями или отмершими растениями и животными. Животные могут быть выбраны из указанного ряда. Животные, помещенные в систему, не должны питаться другими животными, помещенными в систему.

Растения могут быть из ряда Ceratophyllum, и/или Riccia, и/или Pistia, и/или Vecicularia dubyana.

Общая биомасса животных должна быть не более 0,25 г на 1 л жидкой среды, соответственно общая биомасса растений не должна быть менее 2,5 г на 1 л жидкой среды.

Существенным компонентом биосистемы являются бактерии, производящие процессы минерализации, нитрификации и денитрификации. Это бактерии родов Nitrobacter и Nitrsomonas, производящие биологическое окисление аммония, выделяемое гидробионтами до нитритов NO₂ - и далее до нитратов NO₃, которые используются растениями в качестве удобрений и осуществляют процесс создания биофильтра (в который входит процесс нитрификации), который протекает 45-60 дней. Это связано с последовательной сменой одних видов бактерий другими, в зависимости от степени расщепления вещества, выбранного в качестве источника энергии.

Конечными продуктами работы биологического фильтра являются нитраты, которые постепенно накапливаются до значительных концентраций. Удаление нитратов производится водорослями, внесенными в систему.

Содержание азота - не более 20 мг/кг в виде нитритов, нитратов и аммонийных соединений, а фосфора - не более 4 мг/кг в виде фосфатов. Минимум 0,1 объема системы должен занимать воздух.

В замкнутой биосистеме нет необходимости менять воду, чистить стекла, кормить животных. Извне поступает только свет, солнечная энергия, которая дает жизнь всем живым существам.

Растения производят на свету в процессе фотосинтеза кислород, которым дышат животные. Животные выдыхают углекислый газ, который нужен растениям. Цикл кислорода замыкается. Соблюдены и другие природные циклы: азота, углерода, воды.

Биосистемам для процветания необходимо достаточно света, причем желательно естественного или наиболее близкого к естественному, и комнатная температура. На тот случай, если в помещении недостаточно света, рекомендуются специальные светильники с лампами дневного света.

Животные, например креветки, ходят по песку, ракушкам и разноцветным камушкам. Они не прячутся в грунте и поэтому очень заметны. Они едят микроводоросли и дышат кислородом, который вырабатывают растения.

Форма прозрачного сосуда может быть сферической (например, диаметром 10 см, 13 см, 15 см), в форме яйца (например, высотой 18 см, 33 см и диаметром 8 см и 20 см), в виде пирамиды (например, высотой 17 см), в виде амфоры (например, длиной 40 см и пробной из полудрагоценных камней). Возможны и другие формы и размеры. Материал, из которого изготавливается биосистема, - прозрачное бесцветное стекло, хрусталь или иной биологически и химически нейтральный прозрачный материал, но только не окрашенное стекло.

В биосистеме у живых организмов нет естественных врагов, и жизнь их может продолжаться приблизительно 10 лет.

Пример. Берут сосуд из прозрачного бесцветного стекла, объемом 50 л, добавляют морской воды 39,9 л, ограничивали начальное содержание N, P: N не более 0,8 г на 40 л, P не более 0,16 г на 40 л.

Добавляют биофильтр в виде гравия размером 5 мм и объемом 5 л, вносят животных общим весом 6 г: Halocaridina (креветки) - 3,6 г; Melanala sp. (улитки) - 2,4 г и водные растения: Vesicularia - 30 г, Ceratophyllum - 30 г.

Ставят в освещенное место с естественным спектром при 20-24^oC, герметизируют, например запаивают горелкой. Сборку, заливку производят в комнате с бактериально контролируемой средой, при отсутствии доступа воздуха и бактерий, при этом используют контейнер с рукавами для работы с сосудом, стенки указанного выше контейнера стерильны. В воздухопроводе устанавливают бактерицидную лампу и создают повышенное давление, чтобы воздух попадал очищенным.

Изобретение позволяет повысить наглядность экологически замкнутой биосистемы за счет широты представленных в ней живых водных организмов и растений для получения более полного представления о биосфере Земли, что повышает эффективность биосистемы как наглядного учебного пособия по биологии и как элемента зоотерапии в санаториях и домах отдыха.

Кроме того, представленный состав животных и растений и их соотношение создают эффективный биологический фильтр всей системы.

Формула изобретения

Способ создания экологически замкнутой биологической системы, предусматривающей заполнение прозрачного сосуда жидкой средой, внесение грунта, фотосинтезных растений, живых организмов и бактериальных форм, разлагающих продукты метаболизма живых организмов и фотосинтезных растений, с последующей герметизацией сосуда и помещением его в периодически освещаемую зону, причем в качестве живых организмов используют ракообразных и/или моллюсков, ракообразных выбирают из ряда Leander, и/или Halocaridina, и/или Troglocaris anophthalmus, и/или Asellus aquaticus, и/или Amphipoda, и/или Copepoda, и/или Ostracoda, моллюсков выбирают из ряда Cardita и/или Мelanaia, растения выбирают из ряда Ceratophyllum, и/или Riccia, и/или Pistia, и/или Vesicularia dubyana, при этом общая биомасса живых организмов должна быть не более 0,25 г на 1 л жидкой среды, общая биомасса растений не должна быть менее 2,5 г на 1 л жидкой среды, а отношение общей биомассы живых организмов к общей биомассе растений должно составлять не более 0,1.