Опубликовано 07.08 11:00

Как создать недорогую ферму по выращиванию водорослей на открытом побережье

На протяжении более 50 лет государственные рыбохозяйственные агентства признают необходимость перевода избыточных рыбопромысловых мощностей в прибрежных водах на аквакультуру. Однако в большинстве своем инвестиционные стратегии по переводу усилий по добыче и вылову в аквакультуру оказались неудачными, поскольку технологии и капитальные затраты на вход в эту отрасль (например, крупные садки для рыбы) не способствовали их принятию. Напротив, низкотрофная аквакультура моллюсков и водорослей хорошо подходит в качестве дополнения к средствам к существованию сезонных рыболовецких сообществ и тех, кто пострадал от закрытия промыслов, особенно если суда и орудия лова можно спроектировать с учетом существующей рыбохозяйственной инфраструктуры. Это позволит рыбакам сохранить занятость в основном промысле, одновременно увеличивая доход за счет аквакультуры.

В данном исследовании была разработана и испытана в течение трех лет в южной части штата Мэн, США, недорогая, легкая и высокомобильная система для выращивания ламинарии. Эта система отличалась от существующих методов выращивания ламинарии в прибрежных водах, где используются швартовы с малой стрелой провисания и тяжелые мертвые якоря. Вместо этого была разработана высокомобильная, простая в развертывании система с использованием легкого оборудования, предназначенная для работы в открытых условиях. Вся система помещалась в рыбные ящики и могла быть загружена в стандартный пикап.

Водорослевая система использовала небольшие, но эффективные горизонтальные заглубляемые якоря, соединенные с цепной катенарной линией и предварительно натянутые с помощью простых подповерхностных поплавков. Систему можно было установить и демонтировать менее чем за 4 часа силами экипажа из трех человек с использованием 10-метрового судна. Урожайность за 8-месячный осенне-зимний период роста составила 12,7 кг на метр.

Целевой группой для этих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области морских водорослей были прибрежные рыболовецкие сообщества, представители которых в межсезонье переходят на работы в сфере обслуживания (например, строительство, розничная торговля и т. д.). Экономическая оценка показывает, что через 3 года фермеры получат 8% доходности инвестиций, а их доход будет на 13,50 долларов в час выше по сравнению с работой вне сезона, не связанной с фермерством, при минимальной заработной плате.

Эта недорогая система выращивания ламинарии для осенне-зимнего периода хорошо вписывается в стратегию «обеспечения средств к существованию» для рыбацких семей, которым приходится работать на нескольких работах в межсезонье, когда их основной промысел недоступен.

Во многих регионах мира, где сохраняются малотоннажные прибрежные рыболовецкие сообщества, аквакультура предлагалась в качестве альтернативного источника средств к существованию или дополнительного занятия. Хотя такие сообщества и не ведут промысел в крупных промышленных масштабах, многие коммерческие рыболовные предприятия обладают значительной частью капитальной инфраструктуры (лодки, снасти и т. д.), а также знаниями и опытом работы на море, необходимыми для того, чтобы стать фермерами-океановодами на неполный рабочий день или сезонными фермерами. Однако инвестиции и инициативы по сокращению прибрежного рыболовства и полной замене его аквакультурой терпели неудачу, если только не вводился полный запрет на промысел и не осуществлялись крупные государственные инвестиции в аквакультуру как альтернативный источник дохода. Например, в 1994 году федеральным законом был запрещен жаберный лов в районе Сидар-Ки во Флориде (США). Переход к аквакультуре моллюсков стал успешной альтернативой для более чем 350 рыбаков, использовавших жаберные сети, благодаря долгосрочной и дорогостоящей программе переобучения, финансируемой на федеральном уровне (Stephenson, 2013). Однако полное разрушение промысла не является обязательным условием для диверсификации рыбаков в сторону аквакультуры. Может быть реализован подход, основанный на частной предпринимательской биоинженерии, при котором методы разрабатываются совместно с рыболовецкими сообществами как дополнение к доходам от рыболовства, а не как полная его замена.

Залив Мэн как пример для изучения

Морская экономика прибрежного штата Мэн (США) является одним из таких примеров, где упреждающий подход к диверсификации источников дохода через внедрение аквакультуры приносит свои плоды. Морская экономика штата Мэн почти полностью зависит от прибрежных уловов американского омара (Homarus americanus). На пике отрасли в 2016 году уловы омара в прибрежном промысле штата приблизились к 60 000 тонн, а стоимость улова на берегу составила 533 млн долларов США. Этот промысел является краеугольным камнем экономики штата Мэн, основанной на морепродуктах; на его долю приходится 74% общей стоимости всех коммерческих уловов, он обеспечивает занятость 4 500 лицензированных коммерческих добытчиков (ME DMR, 2021). Зависимость от одного вида промысла в океанской экосистеме, которая нагревается быстрее, чем 90% всех других океанских регионов (Pershing et al., 2015), представляет значительный риск не только для отдельного коммерческого рыбака, но и для всей морской экономики. Недавнее исследование Le Bris и др. (2018) показало, что, хотя промысел омара в штате Мэн может быть более устойчивым, чем его разрушенный аналог в южной части Новой Англии (ASMFC, 2015), благодаря адаптивным стратегиям управления (например, ограничения по размеру ячеи, минимальные и максимальные размерные лимиты, сохранение самок с икрой), этот промысел по-прежнему сталкивается с долгосрочной климатической уязвимостью и, вероятно, с сокращением. Фактически, эта реальность уже может проявляться. С момента достижения пика уловов в 2016 году как по объему, так и по стоимости, уловы и стоимость снизились: с 60 000 тонн (2016 г.) и 540 млн долларов до 43 545 тонн и 405 млн долларов в 2020 году (ME DMR, 2021).

Диверсификация промысловых уловов могла бы снизить риски, связанные с зависимостью от одного вида, и ознаменовать возврат к наследию диверсифицированного многовидового промысла в регионе залива Мэн. Однако коммерческое рыболовство в штате Мэн фактически «заблокировано» системой разрешений на один вид, что снижает адаптивность и увеличивает риск и уязвимость для многих частных добытчиков. Эволюция штата Мэн в сторону рыболовной монокультуры произошла из-за сочетания: (1) разделения лицензий на коммерческий промысел — с шести типов лицензий до 1977 года (омары, моллюски, морские черви, гребешки и общая категория для других видов) до 23 типов лицензий по 16 промыслам в настоящее время, и (2) разрушения или сокращения непромысловых видов омаров, что привело к ограничению доступа к коммерческим лицензиям. Например, за последние 25 лет количество новых лицензий на ловлю омаров составляет всего 0,6 в год (Stoll et al., 2016). В связи с изменением климата, создающим неопределенность в отношении восстановления видов (например, трески; Pershing et al., 2015), рыбаки «застряли» в своих промыслах, не имея возможности диверсифицироваться, добывая несколько видов, как в прошлом.

Аквакультура продвигается как потенциальное направление для диверсификации коммерческих рыбаков в заливе Мэн, как и во многих других рыболовных регионах мира (S. Belle, личное сообщение). Однако рыбаки тщательно оценивают дополнительные капитальные и операционные инвестиции, необходимые для участия в новых проектах по аквакультуре. Для рыбаков важна четкая информация об отдаче от дополнительных капитальных затрат (как человеческих, так и денежных), учитывая, что прибрежные флоты остаются перекапитализированными, а также учитываются риски, связанные с развитием рынка и повышенной волатильностью из-за изменения климата океана, среди прочего. Недавний опрос рыбаков на островных сообществах в штате Мэн показал, что, помимо лодок, существует очень мало совпадений в капитальном оборудовании, необходимом для занятия аквакультурой, и что дополнительная закупка капитального оборудования, не связанного с рыболовством, является препятствием для внедрения аквакультуры (Love, 2016). Это противоречие между восприятием потенциала аквакультуры для диверсификации и реальностью является важным. Для того чтобы коммерческие рыбаки могли добавить океанское фермерство к своим источникам дохода, необходимо минимизировать влияние четырех барьеров для входа: (1) капитал, (2) оборудование, (3) знания и (4) время.

Выращивание двустворчатых моллюсков является растущим и прибыльным сектором прибрежной аквакультуры во всем мире. Оно имеет значительный рыночный потенциал для расширения, особенно в северных умеренных и околополярных океанах, для выращивания синих мидий (Mytilus edulis), американских устриц (Crassostrea virginica) и морских гребешков (Placopecten magellanicus). Однако методы выращивания двустворчатых моллюсков требуют значительных капиталовложений, оборудования и знаний. Более того, на севере эти виды требуют значительного времени для достижения товарного размера и, следовательно, задерживают получение дополнительного дохода (18–24 месяца для мидий; дольше для гребешков и устриц). В результате аквакультура двустворчатых моллюсков вряд ли сможет служить простым и недорогим стартом для океанского фермерства в прибрежных рыболовецких сообществах, поскольку она демонстрирует все четыре барьера для входа.

Выращивание ламинарии в заливе Мэн как дополнительный источник дохода

Для северных умеренных океанов аквакультура морских водорослей, особенно сахарной ламинарии (Saccharina latissima) и других видов ламинарии, имеет меньше ограничений. Выращивание морских макрофитов является глобальной отраслью, которая продолжает расти. В 2014 году этот сектор оценивался в 6,4 млрд долларов США (Cottier-Cook и др., 2016), а в 2018 году — примерно в 13,1 млрд долларов США (FAO, 2020). Морские водоросли используются в бесчисленном множестве продуктов — от продуктов питания до зубной пасты и в исследовательских целях для производства биотоплива и кормов для животных. Как и в случае с другими морепродуктами, США импортируют подавляющую часть водорослей от зарубежных производителей (Piconi и др., 2020). Это указывает на обнадеживающий потенциал, поскольку внутренние рынки и продукты с добавленной стоимостью из водорослей быстро развиваются. Экономическая модель аквакультуры ламинарии в штате Мэн отражает существующий способ ведения коммерческого рыболовства с немедленной продажей сырья у причала. Ламинария является осенне-зимней культурой, которая достигает товарного размера менее чем за 6 месяцев; обычно ее высевают в октябре–ноябре и собирают в апреле–мае. Это устраняет необходимость в многолетних обязательствах по уходу и является контрциклическим по отношению к традиционному прибрежному летнему промыслу омара. Выращивание ламинарии требует набора навыков, знаний, социальной лицензии и оборудования, аналогичных тем, которыми уже в избытке обладают состоявшиеся рыбаки. Эти факторы делают аквакультуру водорослей логичным выбором для рыбаков, поскольку такая модель снижает все барьеры для входа.

С 2015 по 2020 год сбор выращенной сахарной ламинарии в штате Мэн увеличился более чем на 3000% — с 6,6 тонн сырого веса. Хотя официальные наборы данных штата Мэн за 2021 год пока недоступны, урожай, вероятно, превысит 450 тонн (Atlantic Sea Farms, личное сообщение). Демографическая информация об операторах водорослевых ферм недоступна. Однако крупнейший производитель продуктов из ламинарии с добавленной стоимостью в штате (Atlantic Sea Farms) сотрудничает с 24 фермерами-партнерами, 21 из которых также являются коммерческими ловцами омаров (Gershenson, 2020), что указывает на то, что внедрение выращивания ламинарии ловцами омаров в штате Мэн уже происходит. Хотя выращивание макроводорослей является многомиллиардным предприятием во всем мире, фермерские водоросли из традиционных регионов производства в Китае, Южной Корее и Японии продаются по товарным ценам, что дает цены и рынки, на которых фермы ламинарии в США и Европейском союзе не могут конкурировать (FAO, 2017). Вместо этого развивающиеся рынки продукции из ламинарии в США и ЕС сосредоточены на высококачественных нишевых продуктах питания и оздоровительных продуктах (Grebe и др., 2019). Это позволяет производителям управлять небольшими фермами с прибылью, однако даже с учетом преимущества внутренних рыночных цен выращивание морских водорослей остается в значительной степени низкодоходной практикой с большими объемами, что приводит к низкой рентабельности для производителей. Учитывая частичный, дополнительный характер текущей модели сектора выращивания ламинарии в штате Мэн, крайне важно, чтобы каждый компонент процесса выращивания был оптимизирован по капитальным затратам, эффективности развертывания, использования и сбора урожая для обеспечения максимальной отдачи для фермера. Однако текущая конструкция системы является громоздкой, немобильной, а швартовки являются более или менее постоянными. Эти аспекты затрудняют мелкомасштабное внедрение рыбаками. Более того, штат Мэн может похвастаться более чем 5600 км сильно изрезанной, суровой и энергичной береговой линии, а участки вблизи берега переполнены множеством групп пользователей и заинтересованных сторон. По мере роста отрасли количество защищенных прибрежных участков, пригодных для выращивания ламинарии, будет становиться ограниченным. Однако существует достаточно возможностей для масштабирования сектора за счет размещения ферм не в море, а на прибрежных открытых участках (Costa-Pierce и Chopin, 2021). Следует также отметить, что те же климатические стрессовые факторы, влияющие на американского омара, воздействуют и на все макроводоросли в заливе Мэн. Леса ламинарии сокращаются во всем мире, и залив Мэн отражает эту тенденцию (Filbee-Dexter и др., 2016; Filbee-Dexter и Wernberg, 2018; Witman и Lamb, 2018). Хотя эти изменения вряд ли будут полностью преодолены, проблемы, связанные с потеплением океана, вероятно, будут усугубляться ближе к берегу. Размещение систем в более энергичных условиях дальше от берега может помочь снизить этот риск за счет выбора участка. Однако это требует сложных, хорошо продуманных испытаний в лаборатории и в полевых условиях для обеспечения жизнеспособности и выживаемости в таких океанических условиях. Для преодоления этих ограничений необходимо разработать недорогое, легкое и высокомобильное оборудование, способное выдерживать высокие энергетические нагрузки океанских условий, характерные для открытых участков.

В настоящее время преобладающая модель оборудования, используемая коммерческими водорослевыми фермами в штате Мэн, основана на модели, описанной Flavin и др. (2013). Эта модель предназначена для спокойных вод и использует большие мертвые якоря с почти вертикальными швартовными линиями. Хотя эта модель подходит для защищенных вод, она дорогостоящая в сборке и развертывании, требует использования крупных судов, способных перевозить якоря весом 500–2500 кг для развертывания фермы, и определяет, что размер фермы должен быть большим с самого начала для достижения экономии масштаба, необходимой для рентабельности и постоянства, поскольку мертвые якоря дороги и их трудно перемещать или переустанавливать. Кроме того, эта система подходит только для самых спокойных вод, поскольку почти вертикальные швартовы и необходимость в большой поверхностной плавучести приводят к значительным изменениям натяжения по мере изменения глубины воды во время приливных циклов. Это приводит к отсутствию натяжения в системе, что может привести к ослаблению швартовов, смещению культуральных линий и рывковым нагрузкам на систему при волнении во время отлива, а также к высоким натяжениям и затрудненным операциям во время прилива. Любой из этих факторов может привести к выходу из строя компонентов системы и возможной потере продукта. Поскольку фермеры стремятся к расширению и масштабированию, необходимы инновации в конструкциях ферм для многочисленных высокоэнергетических участков, доступных в прибрежных океанах, чтобы оптимизировать процесс выращивания для увеличения рентабельности и открыть для фермерства районы, которые ранее считались слишком открытыми для эксплуатации.

Инновации в области ферм ламинарии в открытом море и на открытых участках

Инновации в инженерии водорослевых ферм происходят с 1970-х годов, когда была предложена концепция производства биотоплива за счет выращивания Sargassum spp. в открытом море (Bak и др., 2020), а в последнее время — в связи с перспективой совместного размещения с морскими ветряными установками (Harkell, 2021) и возрождением концепции биотоплива (Harris и др., 2021). Проектирование и испытание платформ для выращивания водорослей в открытом море и на открытых участках были рассмотрены Roesijadi и др. (2008), Langan и Buck (2017) и наиболее недавно Bak и др. (2020). Общим для этих оценок являются сложность конструкции, высокие капитальные затраты, требующие масштабирования для достижения рентабельности, и необходимость разработки специализированной механизации и производственных процессов, характерных для конкретной платформы выращивания. Примерами установок для выращивания в открытом море, иллюстрирующими эти проблемы, являются крупные кольцевые конструкции, развернутые в 2000-х годах для выращивания S. latissima в составе морских ветряных сооружений (Buck и Buchholz, 2004, 2005), и натяжные платформы, разработанные Корейским институтом океанских наук и технологий для выращивания Saccharina japonica (Chung и др., 2015). В обоих случаях сложность инженерии и стоимость эксплуатации оказались непреодолимыми, и в настоящее время ни одна из них не используется в коммерческих целях.

Система, используемая с 2010 года компанией Ocean Rainforest на открытом прибрежном участке на Фарерских островах, под названием Macroalgae Cultivation Rig (MACR), оказалась успешной, и из ее простоты можно извлечь уроки (Bak и др., 2018). Система MACR состоит из 500-метровой полистальной линии (30 мм), подвешенной горизонтально между двумя поверхностными поплавками, прикрепленными к четырем швартовным линиям, удерживаемым стальными якорями по 1–15 т каждый. К этой основной линии крепятся 10-метровые вертикальные культуральные линии, засеянные S. latissima, каждая со своим поверхностным буем (Bak и др., 2018). Система выдержала значительную высоту волн до 4 м в течение нескольких лет, что свидетельствует о хорошей выживаемости в открытых условиях (Bak и др., 2018, 2020). Однако из-за большого количества вертикальных культуральных линий и четырехточечной швартовной системы стоимость такой системы, вероятно, все еще будет запретительной для мелких и средних фермерских хозяйств, управляемых рыбаками-частниками. Хотя этот значительно упрощенный подход действительно снижает затраты по сравнению с другими, он по-прежнему требует специального оборудования и судов для эксплуатации и сбора урожая (Bak и др., 2018).

Ориентированный на пользователя социо-экологический процесс проектирования

Для повышения рентабельности и функциональности фермерских платформ, предназначенных для сообщественного применения на открытых прибрежных участках для существующих коммерческих рыбаков, как в штате Мэн, необходим строгий процесс проектирования. В целом, проектирование морских сооружений требует инженерного подхода, поскольку риски могут быть значительными. Это особенно актуально для таких отраслей, как нефтегазовая промышленность и ветроэнергетика, где отказы могут иметь катастрофические последствия. Такой же уровень риска и окупаемости инвестиций не обязательно существует для более простых систем выращивания ламинарии с одним владельцем-оператором. Поэтому инженерный подход к океану обычно не применяется. Необходима оптимизация системы, чтобы оборудование для открытых участков было адаптировано для коммерческого рыболовного оператора. Системы должны быть спроектированы так, чтобы предлагать решение проблемы, сосредоточенное на механических компонентах точным, методичным и математическим образом (Lindbeck, 1995; Haik, 2003). Поскольку при традиционном проектировании систем морских водорослевых ферм нет конечного пользователя, инженерный процесс свободен в инновациях и создании производственных систем, требующих тщательно разработанных компонентов на всех этапах — от развертывания до сбора урожая и переработки.

Критерии проектирования могут быть получены от 30 коммерческих рыбаков, которые также управляют коммерческими фермами ламинарии в заливе Мэн. Критерии проектирования должны учитывать существующую инфраструктуру в виде рыболовного оборудования и судов, которые необходимо максимально перепрофилировать для обеспечения рентабельности. Более того, доминирующая модель выращивания ламинарии в штате Мэн работает в рамках модели коммерческого рыболовства с частным управлением, при которой добытчики доставляют продукт в порт, где он немедленно переходит к переработчику или дистрибьютору. Существование конечных пользователей продукта (системы выращивания ламинарии) требует инновационного социо-экологического промышленного дизайна.

В данном прикладном исследовании был использован комбинированный социо-экологический и промышленно-океанологический подход к проектированию для создания основы разработки платформы выращивания ламинарии для конкретной целевой группы пользователей, а именно прибрежных частных рыбацких семей, стремящихся использовать выращивание морских водорослей на открытых прибрежных участках в качестве инструмента диверсификации продукции для получения дополнительного дохода. Мы внедрили недорогую систему выращивания морских водорослей для осенне-зимних операций, которая хорошо вписывается в стратегию обеспечения средств к существованию для сельских прибрежных сообществ, вынужденных работать на нескольких работах в межсезонье, когда их основной промысел недоступен из-за сезонности, нормативных ограничений и т. д.

Критерии проектирования

Была разработана система проектирования водорослевых ферм для удовлетворения текущих потребностей и вызовов отрасли. Для оценки приоритетов отрасли и пожеланий в отношении функционирования системы наша исследовательская группа провела неформальные беседы с несколькими представителями отрасли, в настоящее время выращивающими S. latissima в заливе Мэн, и использовала опыт полевой исследовательской группы по эксплуатации существующей экспериментальной 200-метровой фермы ламинарии другой конструкции в течение 3 лет с 2015 по 2018 год. В рамках этого процесса проектирования наша группа стремилась как удовлетворить инженерные цели проектирования (масштабируемость, выживаемость, урожайность), так и создать систему, отвечающую потребностям растущей прибрежной индустрии выращивания морских водорослей.

Характеристика участка и мониторинг

Проект был сосредоточен на реальном применении — проектировании, развертывании, засеве и сборе сахарной ламинарии на участке с лицензией штата Мэн на ограниченную аквакультуру (LPA) размером 0,3 × 122 м (Conkling, 2021). LPA расположена в заливе Сако, штат Мэн (США), с полной открытостью к востоку (Рисунок 1). Участок имеет средний уровень моря 15,2 м, дно состоит в основном из песка, средний приливный диапазон составляет 2,7 м. Хотя участок находится в пределах 3 км от берега, он подвержен воздействию северо-восточных штормов (с востока) из залива Мэн. Одно экстремальное событие, называемое штормом Дня патриотов, произошло 16 апреля 2007 года. Волновое моделирование, описанное в Xie и др. (2016) для этого шторма, показало, что значительная высота волн на участке составляла порядка 4–5 м с доминирующим периодом 11 с. Анализ повторяемости с использованием долгосрочных наборов данных Национального управления океанических и атмосферных исследований, Национального центра буев данных, буя станции 44007 показал, что событие Дня патриотов превысило 50-летние штормовые условия. Помимо волн, типичные течения на участке связаны с приливами M2, хотя сильная сезонная поверхностная составляющая зависит от стока реки Сако. Для исследования океанографических условий вблизи участка был развернут акустический профиломер волн и течений NORTEK (AWAC). Наборы данных показали преобладающий полусуточный приливной эллипс с большой осью, ориентированной в направлении восток-запад, с величиной течений, приближающихся к 0,3 м/с. Эта ориентация была критически важна для размещения якорей в соответствии с приливами. Измеренная величина течения была умножена на 1,85 для оценки 50-летней возвратной скорости течения 0,56 м/с с использованием методов из Норвежского стандарта NS 9415 (DNV-RP-C25, 2010).

Рисунок 1. Полевое исследование проводилось на участке LPA размером 0,3 на 122 м в заливе Сако, штат Мэн (США). Хотя участок находится всего примерно в 2,5 км от берега, он полностью открыт к востоку.

Конструкция фермы и выбор компонентов

Первоначальный процесс проектирования был сосредоточен на трех критериях. Во-первых, ферма должна (1) помещаться в пределах арендованного участка, (2) оборудование должно быть максимально легким. После того как первоначальные компоненты конструкции были определены, ферма была построена, развернута, засеяна и оценена по биомассе. Зная количество биомассы, система была затем оценена на соответствие критерию (3) — проектированию для открытых условий с учетом 50-летнего шторма.

Чтобы поместиться в пределах арендованного участка, конструкция включала 122-метровую культуральную линию ламинарии, предварительно натянутую с помощью подповерхностной плавучести по углам с противоположными якорными линиями (Рисунок 2). Линия ламинарии была ориентирована в направлении восток-запад, совпадающем с большой осью приливных течений. Важно было определить ориентацию, поскольку эта деталь требовалась для заявки на LPA. Линия ламинарии удерживалась на глубине 2,1 м ниже поверхности с помощью трех опорных конструкций, изготовленных из стандартных веревок, труб ПВХ и омаровых поплавков в восточной, центральной и западной частях. Якорные линии уходили ко дну под углом 32° к горизонту на глубину 15,2 м. На дне система была спроектирована так, чтобы включать участок цепи длиной 15,2 м, один конец которой был прикреплен к якорной линии (Рисунок 2B). В этой конструкции 1/3 цепи поднимается в толщу воды подповерхностной плавучестью, образуя пружинную катенарную дугу, которая обеспечивает предварительное натяжение системы, предотвращая рывковые нагрузки. Две трети цепи находятся на морском дне и соединены с заглубляемым якорем. Заглубляемые якоря эффективны при горизонтальной нагрузке, некоторые из них имеют удерживающую способность до 50 раз превышающую их вес. Целью было исключить использование бетонного блока весом 6672 Н (Ньютон), который обычно используется в регионе, как описано в Flavin и др. (2013). Полученная геометрия якорной линии имеет стрелу провисания 3:1, что частично достигается за счет использования 15,2 метров цепи.

Рисунок 2. (A) Размеры системы аквакультуры ламинарии, развернутой на открытом участке. (B) Детали швартовной линии показаны только для западной части, так как восточный швартов идентичен.

Выбор компонентов также учитывал эксплуатационные возможности оборудования, которое должно было быть максимально легким, как определено критерием проектирования №2. Поскольку многие рыболовные суда имеют ограниченное палубное оборудование, такое как «А-образные» рамы и лебедки большой грузоподъемности, предполагалось, что вес оборудования должен быть менее 445 Н, чтобы два человека могли управлять компонентами. Первым шагом было определение веса цепи в катенарной дуге для компенсации плавучести по углам линии ламинарии. Это было сделано путем погружения двух омаровых буев с общей плавучестью 222 Н в каждом углу. Для сохранения геометрии каждая якорная линия включала 16-мм длиннозвенную оцинкованную стальную цепь весом 222 Н на 4,5 м. Эта цепь имеет рабочую предельную нагрузку примерно 31 кН. Геометрия с катенарной формой была проверена с использованием методов проектирования швартовных систем, описанных в Faltinsen (1990). При плавучести 222 Н и заданной геометрии по углам были рассчитаны значения предварительного натяжения 356 и 418 Н для горизонтальной линии ламинарии и якорных линий соответственно. Компоненты якорных линий и линии ламинарии были изготовлены из 25-мм трехпрядного нейлонового каната с расчетной разрывной нагрузкой при сращивании примерно 108 кН. Заглубляемые якоря также были подобраны, каждый весом 0,49 кН и расчетной удерживающей способностью 24,5 кН. Система была развернута и засеяна 30 октября 2018 года, сбор ламинарии проведен 22 мая 2019 года. На основе расчетной урожайности биомассы компоненты 122-метровой фермы ламинарии были оценены на предмет соответствия 50-летним штормовым условиям (критерий №3).

Производство семян

«Бродовое стадо» было собрано с диких спорофитов, у которых наблюдалось развитие зрелой соровой ткани, идентифицируемой как дифференцированная соровая ткань, расположенная латерально вдоль центральной оси дистальной части слоевища. Зрелая соровая ткань определяется как утолщенная и отличная от соматических тканей, имеющая темный цвет, непрозрачность и приподнятый край ткани. Сори собирали, отрезая слоевище дистальнее меристематических тканей, оставляя ризоид, ножку и меристему для регенерации таллома. Собранные ткани хранили в холодильниках с пакетами со льдом для транспортировки в питомник.

Ткань сори сразу же готовили к выделению спор в питомнике, сначала удаляя все соматические ткани и нарезая сори на части примерно 3 × 5 см с помощью чистого лезвия. Визуально заметные эпифиты и дефекты ткани также обрезали или соскабливали с ткани аналогичным образом. Затем сори тщательно промывали 0,25-мкм фильтрованной морской водой (FSW) и погружали на 30 секунд в 10% раствор бетадина, разбавленного FSW. После промывки бетадином сори снова промывали FSW и кондиционировали для выделения спор, помещая между бумажными полотенцами, смоченными FSW, и инкубируя в темноте при 8°C в течение 24 часов. Затем индуцировали выделение спор, помещая подготовленные ткани в FSW при 10°C и контролируя выделение с помощью световой микроскопии. Плотность спор определяли с помощью гемоцитометра. Процесс спорообразования считался завершенным, когда плотность зооспор была достаточной для достижения концентрации 10 000 спор/мл в воде инокуляционных трубок.

Споры высаживали на катушки из труб ПВХ диаметром 5,1 см, обмотанные 165 м нейлоновой нити №9 (диаметр 1,07 мм), помещая их в 4-литровые трубки для оседания и инокулируя FSW, содержащей примерно 10–20 000 спор/мл. Катушки для оседания инкубировали при 12°C в течение 24 часов, после чего их переносили в 75-литровые культуральные резервуары. Культуральные резервуары поддерживали при 12°C с фотопериодом 12:12 свет:темнота. Питательные вещества добавляли с помощью питательной среды Guillard (F/2). Замену воды проводили еженедельно для поддержания чистоты и адекватного уровня питательных веществ. Катушки осматривали ежедневно на предмет развития гаметофитов и спорофитов и содержали в культуральных резервуарах до тех пор, пока спорофиты не достигали длины 2–5 мм. Семенные катушки, которые в конечном итоге были развернуты на ферме, были засеяны 10 сентября 2018 года, помещены в питомник 11 сентября 2018 года, а затем развернуты на экспериментальном участке фермы 30 октября 2018 года.

Мониторинг фермы и биомассы

Мониторинг фермы планировался дважды в месяц во время развертывания. Из-за открытого характера участка это часто было невозможно из-за погоды, температуры воздуха или неблагоприятных морских условий. Интенсивность отбора проб была увеличена весной (март–май), поскольку становилось больше погожих дней и ускорялся рост ламинарии.

Во время посещений участка систему фермы осматривали на предмет положения и целостности в максимально возможной степени, допускаемой погодными условиями. Мягкие соединения и точки соединения поверхностной плавучести осматривали на предмет износа и истирания.

Мониторинг биомассы проводился путем сбора всех особей ламинарии с 10-сантиметрового участка фермы (линейно вдоль культуральной веревки). Поскольку отбор проб был разрушительным и, учитывая небольшой размер фермы, 10 см было выбрано как количество биомассы, которое можно было удалять с фермы с частыми интервалами без существенного влияния на конечный урожай фермы и, следовательно, на производительность и поведение инженерной конструкции. Во время каждого отбора проб отбирались три повторных 10-сантиметровых образца: по одному из восточной, центральной и западной частей фермы. Образцы хранились в индивидуальных полиэтиленовых пакетах и сохранялись в прохладе и влажности до обработки.

Образцы обрабатывали для определения общего сырого веса. Для каждого отдельного спорофита также определяли общий сырой вес, вес слоевища и вес ножки. Для всех отобранных спорофитов также измеряли длину и ширину: общую длину, длину слоевища, а также ширину слоевища в базальной, медиальной и апикальной частях. Наличие или отсутствие соровой ткани отмечалось в каждом образце.

Экономический анализ

Был проведен базовый анализ соотношения капитальных расходов к валовому доходу и начальной нормы доходности. Анализ ограничивался капитальными расходами на приобретение компонентов фермы для одной 122-метровой линии. Предполагалось, что фермеры являются действующими коммерческими рыбаками, в этом случае инфраструктура для работы на воде уже находится в их собственности (т. е. лодки, прицепы, грузовики и т. д.), и что расходы на ферму будут только новыми капитальными вложениями. Затраты на семена и стоимость продукции на ферме были оценены на основе текущих рыночных цен в регионе и обширного личного опыта исследовательской группы.

Система, развертывание и продуктивность

Компоненты, определенные для системы фермы, были предварительно измерены, нарезаны и упакованы в стандартные черные рыбные ящики для транспортировки в стандартном пикапе (Рисунок 3A). Легкое оборудование легко поместилось на 10-метровом исследовательском судне типа десантного катера (Рисунок 3B). Обратите внимание, что на Рисунке 3B показана только одна якорная сборка. Система была развернута и засеяна 30 октября 2018 года.

Рисунок 3. (A) Компоненты фермы помещаются в рыбные ящики, загруженные в стандартный пикап. (B) Оборудование было загружено на 10-метровое исследовательское судно десантного типа. Обратите внимание, что показана только одна из двух якорных сборок. (C) В феврале на неповрежденной системе росла ламинария. (D) Рост продолжался, и в апреле биомасса оценивалась в 5,37 кг/м, а (E) сбор урожая составил 12,67 кг/м 22 мая 2019 года.

Ферма ламинарии контролировалась в течение зимнего сезона 2019 года. В начале февраля 2019 года обследование участка показало, что 122-метровая ферма сохранила свое положение на открытом участке, а ламинария начала расти до длины 10–30 см (Рисунок 3C). Непогода продолжалась, но следующее обследование участка 20 марта 2019 года показало равномерное распределение ламинарии на линии. К апрелю 2019 года биомасса оценивалась в 5,7 кг/м (Рисунок 3D) и 12,7 кг/м на момент сбора в мае (Рисунок 3E).

Общий сырой вес биомассы на момент сбора был экстраполирован из измеренных субвыборок биомассы на момент сбора и определен в 1546,1 кг сырого веса на 122-метровой культуральной линии. Пиковая биомасса составила 12,67 кг/м (±0,4 кг) на момент сбора (22.05.2019, день 107). Кривая логистического роста биомассы (N) как функция времени (t) была рассчитана с использованием:

с начальным (N₀ = 0,1 кг/м) и конечным (K = 12,7 кг/м) значениями урожайности и скоростью (r), полученной из набора данных с использованием методов, описанных в Masters и Ela (2007) (Рисунок 4). Определение точки, где наклон dN/dt равен нулю, указывает на максимальную скорость роста, которая произошла 10 апреля со значением 0,2 кг/м/день.

Рисунок 4. Данные по биомассе ламинарии, подогнанные под логистическую кривую роста.

Вес отдельных спорофитов следовал аналогичным тенденциям, что и общая биомасса, однако, поскольку измерения спорофитов начинались с 3,25, данные представляют линейную часть кривой роста, что позволяет использовать линейную регрессию вместо логистической. Скорость роста спорофитов по сырому весу за вегетационный период составила 0,9 г/день, начиная с минимума 26,5 г (±16 г) при первом измерении 25 марта и заканчивая максимальным средним весом 83,3 г (±50 г) (Рисунок 5).

Рисунок 5. Средний сырой вес отдельных спорофитов с течением времени в течение фазы линейного роста. Показана линейная регрессия. Столбики ошибок представляют стандартную ошибку.

Структурные характеристики

Каждый компонент конструкции выдержал вегетационный сезон без отказов. Однако для проверки структурной выживаемости в условиях 50-летнего шторма (критерий №3) был проведен ряд численных моделирований с использованием ранее описанных характеристик урожайности биомассы. Моделирование проводилось с использованием динамического конечно-элементного численного подхода, который учитывает гидродинамику макроводорослей как площади сопротивления на единицу длины, полученные из Fredriksson и др. (2020). Этот подход решает уравнения движения каждого элемента на каждом временном шаге, как обобщено в Техническом руководстве NOAA «Основы проектирования для морских аквакультурных установок в Мексиканском заливе» (Fredriksson и Beck-Stimpert, 2019). Волновые и токовые нагрузки на элементы (включая элементы биомассы) включаются в модель с использованием формулировки Морисона (Morison и др., 1950), модифицированной для учета относительного движения между структурным элементом и окружающей жидкостью. Для элементов, пересекающих свободную поверхность, силы плавучести, сопротивления и присоединенной массы умножаются на долю объема элемента, находящуюся под водой.

Входные данные для модели включали временной ряд нерегулярного морского состояния со значительной высотой волн 4,5 м и доминирующим периодом 11 с. 50-летняя расчетная скорость течения принималась постоянной по глубине и приложенной в том же направлении, что и волны. В расчетных моделях нагрузки были сконфигурированы с волнами и течением под ориентациями 0°, 45° и 90° относительно фермы, где 0° означает совпадение с линией выращивания. Ламинария моделировалась как серия агрегатов по 1 м, зная урожайность (12,5 кг/м), плотность массы (1054 кг/м³) и длину (1,3 м), полученные из полевых наборов данных. На основе этой информации были рассчитаны вес и плавучесть агрегатов, а также приложены значения площади сопротивления на единицу длины. Входные данные для модели включены в Таблицу 1.

Таблица 1 Параметры внешней среды для экстремальной штормовой нагрузки на систему фермы.

Для каждого случая нагрузки были рассчитаны максимальные ожидаемые натяжения и усилия в течение 1-часового шторма, предполагая распределение экстремальных значений максимальных нагрузок. Сопротивляемость компонентов швартовной системы была разделена на максимальные ожидаемые натяжения и усилия для расчета коэффициента запаса прочности для каждого компонента (Таблица 2).

Таблица 2. Сопротивляемость компонентов, расчетные нагрузки и полученные коэффициенты запаса прочности.

Н, Ньютон; Коэффициент запаса прочности — мера превышения сопротивляемости компонента над предполагаемой нагрузкой, испытываемой компонентом.

Американское бюро судоходства (ABS) рекомендует коэффициент запаса прочности 1,82 для синтетических канатов и 1,67 для цепей (ABS, 2012). Американский институт нефти рекомендует коэффициент запаса прочности 1,67 для цепных швартовов и рекомендует учитывать дополнительный диаметр цепи для компенсации потерь материала из-за коррозии (API, 2005). Справочник по геотехнике ВМС США (Naval Facilities Engineering Service Center, 2012) рекомендует коэффициент запаса прочности 1,5 для заглубляемых якорей. Таким образом, указанные структурные компоненты соответствуют этим стандартным требованиям.

Экономический анализ

Был проведен экономический анализ в постоянных ценах за 3-летний период с учетом малых операций на рабочей причальной линии штата Мэн как возможности дополнить рыболовную деятельность в межсезонье. В этом контексте межсезонье представляет период с октября по май, противоположный месяцам ловли омаров. Анализ включал капитальные затраты на оборудование, определенное для выживаемости на открытом участке (Таблица 3). Предполагалось, что оборудование будет иметь минимальный расчетный срок службы примерно 3 года с только небольшими дополнениями в размере 200 долларов в начале первого и второго годов. Набор данных включал ежегодные затраты на семена и разрешения в размере 300 и 100 долларов соответственно. Капитальные и ежегодные расходы применялись в процедуре в начале бюджетного года (Таблица 4). Труд, топливо и доходы применялись в конце бюджета (Таблица 4), как если бы для налоговых целей. Налоги и амортизация не были включены в анализ, поскольку доходы, скорее всего, были бы ниже порога, необходимого для подачи декларации.

Таблица 3. Детализированный список компонентов фермы и оборудования для полевых операций.

Таблица 4. Трехлетний анализ расходов, доходов и начальной нормы доходности (IRR).

Труд сначала моделировался исходя из минимальной заработной платы 12,75 долл./час в общей сложности 40 часов в год (510 долл.) (ME DOL, 2022). Временные затраты были оценены на основе следующего межсезонного графика:

Октябрь: 8 часов на подготовку системы

Ноябрь: 8 часов на развертывание

Декабрь–апрель: по 2 часа каждый месяц на мониторинг системы

Май: 8 часов на сбор урожая

Июнь: 6 часов на хранение оборудования.

Ежегодные затраты на топливо оценивались исходя из предположения, что 10-метровое омаровое судно сжигает дизельное топливо со скоростью 1 галлон/час в течение 40 часов по цене 3,50 долл./галлон (140 долл./год). Доходы основывались на значениях, приведенных в Таблице 4, из общего урожая 1546,1 кг сырого веса на 122-метровой культуральной линии, измеренной на участке в заливе Сако. Значение урожая было скорректировано на 10% из-за обрезки слоевища и ризоида (1394,4 кг). Доходы основывались на цене 1,65 долл./кг сырого веса, что дает 2301 долл. в год. Эта цена основана на профессиональном опыте автора в индустрии ламинарии в штате Мэн. За последние 10 лет цены на уровне фермы колебались от 1,10 до 2,20 долл. США за кг сырого веса. 1,65 долл./кг сырого веса представляет медиану этого диапазона и была подтверждена текущими продавцами. Следует отметить, что эта цена является репрезентативной, и ни одна ламинария, выращенная на экспериментальной ферме, не продавалась, чтобы избежать конкуренции с коммерческим сообществом фермеров ламинарии.

Затем был проведен анализ внутренней нормы доходности (i) с использованием колонки денежного потока валового дохода в Таблице 4. Это было рассчитано путем установления чистой текущей стоимости (NPW):

где c_n — значения денежного потока, n — год от 0 до 3, а N — общее количество лет. При минимальной заработной плате межсезонный ловец омаров вернул бы примерно 8,6% своих инвестиций, хотя прибыль была бы минимальной. Анализ также был проведен для 0% нормы доходности путем увеличения ставки оплаты труда, что произошло при значении на 4,75 доллара выше минимальной заработной платы. Таким образом, ловец омаров мог бы платить себе 17,50 долл./час и выйти на безубыточность. Обратите внимание, что этот анализ предполагает, что инфраструктура (судно, грузовик, прицеп и т. д.) оплачивается в течение рыболовного сезона и подходит для работы с легким оборудованием, разработанным для операций по выращиванию ламинарии на открытых участках.

Масштаб является одним из наиболее спорных аспектов аквакультуры сегодня. В прибрежных океанах большей части западного полушария, которые являются зонами общей собственности, проблемы масштабирования играют центральную роль в политических и нормативных препятствиях для развития аквакультуры (Knapp и Rubino, 2016; Stead, 2018). В западном полушарии препятствием для роста аквакультуры и, в данном случае, аквакультуры морских водорослей, является высокая конкуренция за прибрежное океанское пространство, которое переполнено существующими пользователями (Goldburg и др., 2001). Менее переполненными являются районы с более открытыми условиями и более высокой энергией, или сезонно, когда зима создает суровые условия.

Размер отдельных ферм также является критическим компонентом масштаба. Конфликты по размещению увеличиваются пропорционально размеру занимаемого пространства. В глобальном масштабе в развивающихся экономиках по выращиванию морских водорослей существует разрыв между риторикой и реальностью, заключающейся в том, что все успешные коммерческие фермы относительно невелики и сосредоточены на производстве водорослей для потребления человеком. Разрыв часто сосредоточен на развитии промышленных ферм по выращиванию морских водорослей, направленных на производство больших объемов продукции на одном участке, часто для кормов, топлива или продажи углеродных кредитов (Costa-Pierce и Chopin, 2021). Штат Мэн является одной из немногих юрисдикций в мире, упростивших масштабирование, разрешив легкий вход в мелкомасштабную океанскую аквакультуру низкотрофных видов (морские водоросли, моллюски) по «разрешению на ограниченную аквакультуру» (LPA) (Conkling, 2021), что снизило барьеры для входа в мелкомасштабное выращивание морских водорослей. Таким образом, для расширения новых частных рыболовных интересов доступны две модели развития аквакультуры: (1) «масштабирование вширь» или (2) «масштабирование вверх». Масштабирование вверх океанского пространства для аквакультуры остается регулируемым через структуру аренды океана, дифференцированную по размеру. Эта система имеет ограничения по размеру, верхние границы которых превышают пределы социальной лицензии на эксплуатацию. Напротив, лицензия LPA позволяет масштабирование вширь, допуская географическое расширение при ограничении общего следа любой одной фермы. Этот инструмент позволил быстро масштабировать вширь сектор морских водорослей в штате Мэн.

Хотя инструмент лицензирования LPA, уникальный для штата Мэн, снизил некоторые конфликты по размещению, связанные со следом фермы, он не устраняет конфликты, связанные с размещением ферм вблизи берега. Как правило, количество и разнообразие заинтересованных сторон увеличивается с приближением к берегу. Штат Мэн может похвастаться 5600 км сильно изрезанной береговой линии с множеством защищенных бухт, заливов, фьордов и островов. Хотя воды вокруг этих объектов привлекательны для аквакультуры морских водорослей из-за спокойных вод и близости к берегу, они подвержены влиянию многих потенциальных конфликтов, включая, помимо прочего, коммерческое рыболовство, прогулочное судоходство, зоны обзора прибрежных землевладельцев, охраняемые территории (заросли морских трав, гнездящиеся морские птицы и т. д.), судоходство и другие аквакультурные фермы (двустворчатые). Однако существует большая возможность для расширения аквакультуры морских водорослей непосредственно за пределами этих зон — не в «открытом море», а на «прибрежных открытых» участках, которые остаются близкими к берегу, но предлагают более энергичные океанографические условия, в которых вышеупомянутые факторы конфликта часто не пересекаются. Береговая линия штата Мэн составляет около 360 км по прямой от границ Нью-Гэмпшира до Канады. Если провести эту прямую линию вдоль внешних краев всех прибрежных островов и бухт, то территориальные воды штата будут простираться еще на 4 км от берега. Это означает, что существует не менее 1700 км² доступного пространства в пределах 4 км от берега в открытых океанографических условиях.

Эти районы привлекательны для масштабирования вширь аквакультуры морских водорослей, особенно в качестве дополнительного источника дохода для существующих коммерческих рыбаков, и эти люди обладают местными экологическими знаниями, необходимыми для работы в этих более сложных океанографических условиях. В этом динамичном и быстро меняющемся секторе основные проблемы для расширения могут быстро меняться. Например, еще в 2019 году Grebe и др. (2019) утверждали, что доступ к рынку является основным препятствием для увеличения производства ламинарии. Однако по состоянию на 2021 год рынки морских водорослей для отечественных продуктов питания и нутрицевтиков с добавленной стоимостью быстро расширяются, поскольку компании продолжают разрабатывать инновационные продукты и расширять рынки (Atlantic Sea Farms, личное сообщение). Если эта тенденция сохранится, предполагается, что потенциальные фермеры сначала оценят способность рынка выдержать увеличение производства перед тем, как заняться фермерством. Помимо этой оценки, ограничением для входа в фермерство становится конструкция системы фермы, пригодная для безопасной и предсказуемой работы на этих прибрежных открытых участках. Как обсуждалось ранее, инженерные подходы к проектированию фермерских систем часто не применяются в малых масштабах, и тем не менее именно это необходимо для успешного масштабирования вширь системного подхода к росту сектора.

Система, разработанная и испытанная в этом исследовании, демонстрирует ценность ориентированного на пользователя процесса проектирования. Критерии проектирования были определены на основе знаний о предполагаемом пользователе — существующих мелких рыбаках, которые занимались бы фермерством как дополнением к средствам существования, а не как альтернативой. Такой социо-экологический процесс проектирования был определен как приоритетный для помощи сектору в минимизации воздействия на окружающую среду и конфликтов с заинтересованными сторонами, а также для усиления социальных выгод (устойчивость и жизнестойкость прибрежных сообществ и экономик) (Grebe и др., 2019). Максимизация совпадения существующего оборудования, а именно судов, была приоритетом, как и минимизация капитальных затрат на приобретение и сборку системы, а также минимизация или устранение необходимости в специализированных деталях или оборудовании. Полученная система не только удовлетворяет коэффициентам запаса прочности для выживания и производства в высокоэнергетических океанских условиях, но и состоит из компонентов, которые легко приобрести в уже знакомом коммерческим рыбакам месте — магазине морских снастей. Более того, все компоненты системы были подобраны по размеру для легкого развертывания и обслуживания с типичной лодки для ловли омаров в заливе Мэн. Все компоненты можно было собрать и/или изготовить на берегу и эффективно упаковать для транспортировки и простоты развертывания (Рисунок 3).

Что касается урожайности, система произвела 1546,1 кг сырого веса на 122-метровой культуральной линии. Пиковая биомасса составила 12,67 кг/м (±0,4 кг), что соответствует производству биомассы на фермах ламинарии, выращенных в защищенных частях того же региона залива Сако (Grebe и др., 2021). Предполагая потерю биомассы на 10% из-за обрезки при сборе урожая при цене 1,65 долл./кг сырого веса, это принесло бы фермеру валовой доход в размере 2301 долл. При стандартном анализе окупаемости инвестиций за 3 года при таком урожае и цене на ферме наш анализ показывает, что фермер может получить 8% прибыли от инвестиций за 3 года. Однако при оценке экономики дополнения средств к существованию в мелкомасштабных сезонных коммерческих рыбаках следует учитывать более нюансированный подход, учитывающий альтернативные издержки и выгоды от участия в океанском фермерстве, как показано Mazumdar (1989). Если предположить, что сезонный добытчик обычно занимается не связанной с рыболовством работой в межсезонье, то доход от выращивания морских водорослей по сравнению с затраченным трудом следует сопоставлять с доходами, которые этот человек мог бы получить, отработав эти часы на более традиционной межсезонной работе. В нашем случае, если предположить, что фермер в противном случае работал бы на работе с минимальной заработной платой (12,75 долл./час), доход за 40 отработанных часов составил бы 510 долл. После того как первоначальные инвестиции окупятся, годовая прибыль в размере 1050 долл./сезон, которая уже включает заработную плату, представляет собой увеличение почасовой оплаты на 13,50 долл. по сравнению с тем же человеком, работающим 40 часов на другой работе за 12,75 долл./час; это значительный стимул для выращивания морских водорослей для улучшения благосостояния рыбацких семей.

Выращивание морских водорослей может иметь широкомасштабное социально-экономическое влияние на прибрежные сообщества, поскольку технология относительно проста и требует очень небольших первоначальных капиталовложений. Наша система выращивания морских водорослей была намеренно спроектирована для ограничения барьеров для развертывания и эксплуатации для традиционных рыболовных интересов, поскольку она может быть легко принята теми, кто обладает знаниями о работе в океане.

Мелкомасштабные системы выращивания морских водорослей отвечают потребностям сельских рыболовецких сообществ и региональных продовольственных рынков. Мелкие фермеры приобретают знания и способность к масштабированию вверх, если развиваются благоприятные бизнес-модели, что позволило бы этим новым участникам интегрироваться в более крупные национальные и глобальные рынки, создавая новые цепочки создания стоимости и торговли. Масштабирование вверх по своей сути увеличивает социальные, нормативные и операционные сложности и риски, тогда как масштабирование вширь позволяет множеству участников и развитию кооперативов и региональных хабов для консолидации и переработки продукции.

Протестированная фермерская система очень мала и ограничена тем, что разрешено одним LPA от штата Мэн. Однако даже в этом масштабе финансовый анализ показывает, что фермер может выйти на безубыточность через 3 года, используя систему, которая позволяет перемещать фермы в более энергичные океанские условия с использованием экономически эффективных, легкодоступных компонентов. В штате Мэн частные лица могут владеть несколькими LPA или могут претендовать на более крупные стандартные аренды, на которых может быть применена та же фермерская система. Важными следующими шагами будет оценка масштабируемости этой конструкции фермы, чтобы понять, как затраты и потребности в рабочей силе масштабируются с увеличением размера фермы (т. е. длины). Если, например, наиболее дорогие компоненты фермы можно будет поддерживать относительно постоянными (швартовы) при увеличении длины культуральной линии и минимальном увеличении потребностей в рабочей силе, то рентабельность этой конструкции фермы становится все более привлекательной.

Содействие росту отрасли на уровне сообществ потребует как масштабирования вверх ферм, так и масштабирования вширь с большим количеством мелких ферм, работающих на более открытых прибрежных участках. Это исследование подчеркивает необходимость инженерных подходов к проектированию водорослевых ферм в масштабах, которые ранее считались слишком малыми для этого. Этот подход следует широко исследовать не только за пределами штата Мэн, но и в других секторах сообщественной низкотрофной аквакультуры, которые могут извлечь выгоду из изучения возможностей фермерства на открытых прибрежных океанских участках.

St-Gelais AT, Fredriksson DW, Dewhurst T, Miller-Hope ZS, Costa-Pierce BA and Johndrow K (2022) Engineering A Low-Cost Kelp Aquaculture System for Community-Scale Seaweed Farming at Nearshore Exposed Sites via User-Focused Design Process. Front. Sustain. Food Syst. 6:848035. doi: 10.3389/fsufs.2022.848035

Перевод статьи «Engineering A Low-Cost Kelp Aquaculture System for Community-Scale Seaweed Farming at Nearshore Exposed SitesviaUser-Focused Design Process» авторов St-Gelais AT, Fredriksson DW, Dewhurst T, Miller-Hope ZS, Costa-Pierce BA and Johndrow K., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык