أداء النمو وتكنولوجيا مراقبة جودة المياه لأسماك المياه العذبة في نظام الاستزراع المائي المعاد تدويره
ومع التحسن المستمر في تكثيف صناعة تربية الأحياء المائية ومتطلبات حماية البيئة الصارمة بشكل متزايد، تواجه نماذج تربية الأحياء المائية التقليدية العديد من المشاكل مثل التلوث البيئي، وهدر الموارد المائية، وانخفاض جودة المنتج. يتمتع نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره (RAS)، باعتباره نوعًا جديدًا من أساليب تربية الأحياء المائية، بمزايا تشمل الحفاظ على المياه، وتوفير الأراضي، وكثافة التخزين العالية، وإمكانية التحكم البيئي، وتقليل تصريف المياه العائمة. وهو يتماشى مع المتطلبات الاستراتيجية الوطنية الحالية للاقتصاد الدائري والحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات، مما يمثل اتجاهًا مهمًا لتحويل وتطوير صناعة تربية الأحياء المائية وأصبح نموذجًا حاسمًا للتنمية المستدامة لمصايد الأسماك الحديثة. في RAS، تتم إعادة تدوير مياه الاستزراع المائي بعد خضوعها للترشيح الفيزيائي، والتنقية البيولوجية، والتهوية، والتطهير، وغيرها من المعالجات، مما يتطلب من النظام الحفاظ بشكل مستمر على ظروف جودة المياه المناسبة لنمو الأسماك. باعتبارها البيئة المباشرة لبقاء الأسماك على قيد الحياة، فإن التقلبات في مختلف معايير جودة المياه تؤثر بشكل مباشر على الوظائف الفسيولوجية، والكفاءة الأيضية، ومقاومة الأسماك للأمراض، مما يظهر في النهاية على شكل اختلافات في أداء النمو. ولذلك، فإن الاستكشاف المتعمق للعلاقة الجوهرية بين التحكم في جودة المياه وأداء نمو أسماك المياه العذبة في RAS يحمل أهمية نظرية وعملية كبيرة لتحسين كفاءة تربية الأحياء المائية وتعزيز التنمية الصحية للصناعة.
1 نظرة عامة على نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره
نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره هو أسلوب زراعي يتم فيه إعادة تدوير مياه الاستزراع بعد معالجتها من خلال عمليات التصفية الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. وقد بدأت الأبحاث حول تكنولوجيا إعادة تدوير تربية الأحياء المائية في وقت سابق بالخارج. وفي الستينيات، بدأت دول مثل الولايات المتحدة وهولندا والدنمارك إجراء دراسات ذات صلة. استخدمته الولايات المتحدة في المقام الأول لتربية تراوت قوس قزح، والباس المخطط، وقاروص البحر الأسود؛ استخدمته هولندا بشكل أساسي لثعبان البحر الأوروبي وسمك السلور الأفريقي؛ كان نظام عملية الاستزراع المائي المعاد تدويره في الدنمارك عبارة عن نظام خارجي شبه مغلق-يستخدم بشكل أساسي لإنتاج تراوت قوس قزح.
أدخلت الصين تكنولوجيا ومرافق تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها إلى الخارج في الثمانينات. وبسبب ارتفاع تكاليف الاستثمار والتشغيل، تم التخلي عن معظم المرافق المقدمة بسرعة. وفي عام 1988، قام معهد بحوث الآلات والآلات السمكية التابع للأكاديمية الصينية لعلوم المصايد، بالاعتماد على التكنولوجيا الألمانية الغربية، بتصميم وبناء أول ورشة لإنتاج تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها في الصين. في السنوات الأخيرة، اقترح باحثون صينيون مثل تشو كيمينج نماذج عالية ومتوسطة ومنخفضة لتكنولوجيا إعادة تدوير تربية الأحياء المائية بناءً على الاحتياجات المختلفة لمختلف أنواع مؤسسات تربية الأحياء المائية وقاموا بالترويج لها في المناطق الساحلية؛ اقترح ليو بو من محطة تمديد تكنولوجيا مصايد الأسماك بمقاطعة هيلونغجيانغ "حاوية" لإعادة تدوير تكنولوجيا ونماذج تربية الأحياء المائية؛ اقترح البروفيسور هي شوجانج من جامعة هواتشونغ الزراعية نموذجًا للاستزراع المائي "الأسير" في أحواض "صفر التصريف" أخضر وفعال.
تنقسم نماذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها بشكل أساسي إلى أنواع مثل "المجرى المائي"، و"الحاوية"، و"الأسيرة". وبأخذ نموذج الاستزراع المائي "المجرى المائي" كمثال، فإنه يتكون من التدفق-من خلال الخزان، ومنطقة تجميع النفايات، ومرافق التهوية، ومرافق التحويل، ومنطقة التنقية، والأراضي الرطبة، ومكونات أخرى. تتكون منطقة تربية الأحياء المائية -المائية-الصغيرة-من خزانات مستطيلة، تشغل 2%-5% من مساحة البركة. في السنوات الأخيرة، يبلغ التدفق المحلي-من خلال مواصفات الخزان بشكل عام 20 مترًا وعرضه 4 أمتار وارتفاعه 2.5 مترًا، مع وجود خزان واحد إلى خزانين لكل 6670 مترًا مربعًا من المسطح المائي. المكون الأساسي هو-معدات التهوية التي تدفع الماء. استخدمت الإصدارات المبكرة أجهزة دافعة لدفع المياه وأجهزة تهوية للأكسجين، ولكن الآن يستخدم معظمها معدات رفع الهواء- المكونة من منافيخ وأنابيب تهوية صغيرة المسام وحواجز. بشكل عام، يتم بناء خزانين مغمورين لجمع النفايات مترابطين بحجم 10 متر مكعب لكل ثلاثة خزانات، ويتم وضعهما في الطرف الخلفي للتدفق -من خلال الخزانات لجمع النفايات من منطقة الاستزراع. تشغل منطقة التنقية البيئية للمياه-الكبيرة 95%-98% من مساحة البركة، مع وجود سدود تحويل وعمق مياه يزيد عن 2 متر. تعمل هذه المنطقة في المقام الأول على تصفية أسماك التغذية-في هذه المنطقة، مع التحكم في تغطية النباتات المائية بنسبة 20% إلى 30% من منطقة التنقية. وهي مجهزة بمهويات ذات عجلات مجداف، ومهويات دافعة، وآلات صنع الأمواج، وما إلى ذلك، ويتم إضافة الاستعدادات الميكروبية حسب الاقتضاء.
2 آثار نموذج الاستزراع المائي المعاد تدويره على أداء نمو أسماك المياه العذبة
2.1 معدل النمو
يمكن لنموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره أن يوفر بيئة نمو مستقرة نسبيًا لأسماك المياه العذبة، مما يساعد على تحسين معدلات النمو. في تربية الأحياء المائية التقليدية في الأحواض، تتأثر جودة المياه بشكل كبير بالعوامل البيئية الخارجية مثل درجة الحرارة وهطول الأمطار، والتي يمكن أن تسبب بسهولة تقلبات في جودة المياه وتؤثر على نمو الأسماك. في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، يمكن لنظام مراقبة جودة المياه الحفاظ على معايير جودة المياه مستقرة نسبيًا مثل درجة حرارة الماء، والأكسجين المذاب، وقيمة الرقم الهيدروجيني، مما يخلق ظروف نمو مناسبة للأسماك. على سبيل المثال، في نموذج تربية الأحياء المائية "مجرى القناة"، يمكن تعديل سرعة تدفق المياه في التدفق-من خلال الخزان من خلال معدات تهوية دفع المياه-. يمكن لسرعة التدفق المناسبة أن تعزز حركة الأسماك، وتعزز اللياقة البدنية، وتزيد من تناول العلف، وتسرع النمو.
2.2 معدل استخدام الأعلاف
يمكن لنموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره تحسين معدل استخدام الأعلاف لأسماك المياه العذبة. في تربية الأحياء المائية التقليدية، بعد توزيع العلف، يهبط بعض العلف إلى القاع دون أن يتم استهلاكه، مما يسبب النفايات. وفي الوقت نفسه، تتحلل المواد الغذائية التي تغوص إلى القاع لتنتج مواد ضارة، مما يؤثر على جودة المياه. في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، نظرًا لتأثير تدفق المياه، يمكن تشتيت الأعلاف بشكل أفضل في الماء، مما يسهل على الأسماك استهلاكها، وبالتالي تقليل هدر الأعلاف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لوحدات المعالجة مثل المرشحات الحيوية في نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره إزالة المواد العضوية مثل الأعلاف المتبقية والبراز من مياه الاستزراع، مما يقلل من محتوى المواد الضارة مثل نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت في الماء. مما يقلل من تأثير هذه المواد الضارة على وظائف الجهاز الهضمي والاستيعابي للأسماك، وبالتالي تحسين معدل الاستفادة من العلف.
2.3 جودة المنتج
يساعد نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره على تحسين جودة منتج أسماك المياه العذبة. في تربية الأحياء المائية التقليدية، تكون الأسماك عرضة للإصابة بمسببات الأمراض مثل الطفيليات والبكتيريا، مما يؤدي إلى حدوث المرض والتأثير على جودة المنتج. في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، يمكن لتدابير مثل مراقبة جودة المياه وتطهيرها أن تقلل بشكل فعال من عدد مسببات الأمراض في المياه، مما يقلل من خطر الإصابة بأمراض الأسماك. وفي الوقت نفسه، فإن بيئة النمو النظيفة نسبيًا للأسماك في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره تقلل من إنتاج الروائح غير المرغوب فيها مثل الرائحة الموحلة، مما يحسن طعم وجودة المنتج.
3 المعلمات الرئيسية وطرق مراقبة جودة المياه في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره
3.1 المعلمات الرئيسية
3.1.1 الأكسجين المذاب
يعد الأكسجين المذاب أحد عوامل جودة المياه المهمة التي تؤثر على نمو الأسماك. تحتاج الأسماك إلى كمية كافية من الأكسجين للتنفس أثناء النمو. يمكن أن يؤدي عدم كفاية الأكسجين المذاب إلى بطء النمو وانخفاض المناعة وحتى الموت. بشكل عام، يجب الحفاظ على الأكسجين المذاب في أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويره أعلى من 5 ملجم / لتر.
3.1.2 نيتروجين الأمونيا
يعد نيتروجين الأمونيا أحد الملوثات الرئيسية في مياه تربية الأحياء المائية، وينشأ بشكل رئيسي من فضلات الأسماك وتحلل الأعلاف المتبقية. يعتبر نيتروجين الأمونيا شديد السمية بالنسبة للأسماك، حيث يؤدي إلى إتلاف أنسجة الخياشيم والجهاز العصبي وجهاز المناعة، مما يؤثر على النمو والبقاء على قيد الحياة. يجب التحكم في تركيز نيتروجين الأمونيا في أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها بأقل من 0.5 ملجم / لتر.
3.1.3 النتريت النيتروجين
نيتروجين النتريت هو منتج وسيط يتم إنتاجه أثناء نترجة نيتروجين الأمونيا وله سمية معينة. يتحد نيتروجين النتريت مع الهيموجلوبين في دم الأسماك، مما يقلل من قدرة حمل الأكسجين-ويسبب نقص الأكسجة والاختناق في الأسماك. يجب التحكم في تركيز نيتروجين النتريت في أنظمة تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها بأقل من 0.1 ملجم / لتر.
3.1.4 قيمة الرقم الهيدروجيني
تعد قيمة الرقم الهيدروجيني مؤشرًا مهمًا يعكس حموضة أو قلوية الماء ولها تأثيرات كبيرة على نمو الأسماك ووظائفها الفسيولوجية. يجب التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني في أنظمة الاستزراع المائي الدائرية بين 7.0 و8.5.
3.2 طرق مراقبة جودة المياه
3.2.1 التحكم المادي
تتضمن المراقبة المادية بشكل أساسي إجراءات مثل الترشيح والترسيب والتهوية. الترشيح هو وسيلة فعالة لإزالة المواد الصلبة العالقة والجسيمات من الماء. تشتمل معدات الترشيح شائعة الاستخدام على مرشحات ذات شاشة دقيقة ومرشحات رملية. تستخدم عملية الترسيب الجاذبية لتسوية الجزيئات الصلبة في الماء إلى القاع، وبالتالي تنقية جودة المياه. تعتبر التهوية وسيلة مهمة لزيادة الأكسجين المذاب في الماء. تشتمل معدات التهوية شائعة الاستخدام على المنافيخ، وأجهزة التهوية ذات العجلات المجدافية، وأجهزة التهوية المكره.
3.2.2 التحكم الكيميائي
تتضمن المراقبة الكيميائية بشكل أساسي إضافة عوامل كيميائية إلى الماء لتنظيم جودة المياه. على سبيل المثال، عندما تكون تركيزات نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت في الماء مرتفعة جدًا، يمكن إضافة مستحضرات البكتيريا الآزوتية لتعزيز تفاعلات النترجة وتقليل محتوى نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت؛ عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه منخفضة للغاية، يمكن تطبيق الجير الحي لرفع قيمة الرقم الهيدروجيني.
3.2.3 التحكم البيولوجي
تستخدم المكافحة البيولوجية الكائنات الحية الدقيقة والنباتات المائية والكائنات الحية الأخرى لتنقية جودة المياه. يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تتحلل المواد العضوية في الماء، وتحول المواد الضارة مثل نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت إلى مواد غير ضارة. وتشمل المستحضرات الميكروبية شائعة الاستخدام البكتيريا الضوئية، والعصيات، والبكتيريا الآزوتية. يمكن للنباتات المائية أن تمتص العناصر الغذائية مثل النيتروجين والفوسفور من الماء، مما يقلل من حدوث التخثث، مع توفير الموائل والتظليل للأسماك. تشمل النباتات المائية الشائعة صفير الماء، وأعشاب التمساح، ونبات الإيلوديا.
4 العلاقة بين أداء نمو أسماك المياه العذبة ومراقبة جودة المياه في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره
4.1 الأكسجين المذاب وأداء النمو
عندما يكون الأكسجين المذاب في الماء كافيا، فإن التنفس يعمل بشكل طبيعي، ويكون التمثيل الغذائي قويا، ويزيد تناول العلف، ويتسارع معدل النمو. وعلى العكس من ذلك، يتباطأ التمثيل الغذائي، وينخفض معدل النمو. وفي نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، تحافظ تدابير التهوية المعقولة على مستويات ثابتة من الأكسجين المذاب في الماء، مما يوفر بيئة تنفسية جيدة للأسماك ويعزز نموها وتطورها.
4.2 نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت وأداء النمو
يعتبر نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت من المواد السامة الموجودة في مياه تربية الأحياء المائية والتي تضر بشكل خطير بنمو الأسماك وبقائها. تؤدي التركيزات العالية من نيتروجين الأمونيا إلى إتلاف أنسجة خيشوم الأسماك، مما يؤثر على وظيفة الجهاز التنفسي؛ كما أنها تلحق الضرر بالجهاز العصبي والجهاز المناعي للأسماك، مما يقلل من مقاومتها للأمراض. في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، يمكن لوحدات المعالجة مثل المرشحات الحيوية إزالة نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت من الماء على الفور، مما يقلل من آثارها السامة على الأسماك ويضمن نموًا صحيًا للأسماك.
4.3 قيمة الرقم الهيدروجيني وأداء النمو
قيمة الرقم الهيدروجيني لها تأثير مهم على نمو الأسماك والوظائف الفسيولوجية. أنواع الأسماك المختلفة لها نطاقات تكيفية مختلفة لقيمة الرقم الهيدروجيني. في نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، يتم اختبار قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه بانتظام، ويتم اتخاذ تدابير التعديل المقابلة بناءً على نتائج الاختبار.
5 اتجاهات التنمية وتحديات نموذج إعادة تدوير تربية الأحياء المائية
5.1 اتجاه التطوير الذكي والدقيق
ومع تطور إنترنت الأشياء، والبيانات الضخمة، وتقنيات الذكاء الاصطناعي، يتطور نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره نحو الذكاء والدقة. ومن خلال دمج أنظمة مثل مراقبة جودة المياه عبر الإنترنت، والتغذية التلقائية، والتحكم في المعدات، يمكن تحقيق التنظيم في الوقت الفعلي لبيئة الاستزراع والإدارة الآلية لعملية الإنتاج.
5.2 حماية البيئة المنخفضة الكربون ومسار التنمية المستدامة
يلبي نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره متطلبات حماية البيئة منخفضة الكربون- والتنمية المستدامة من خلال الحفاظ على المياه وتوفير الطاقة وتقليل التلوث. تحتاج الجهود المستقبلية إلى تحسين عمليات معالجة المياه بشكل أكبر، وتقليل استهلاك الطاقة وتكاليفها، وتحسين استقرار النظام وقابليته للتشغيل. على سبيل المثال، يمكن استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتوفير الكهرباء، والحد من انبعاثات الكربون؛ يمكن استخدام تكنولوجيا خلايا الوقود الميكروبية لتحقيق الاستفادة من الطاقة من المواد العضوية في مياه الصرف الصحي، وبناء نظام متكامل "لتربية الأحياء المائية-طاقة-حماية البيئة".
5.3 التحديات والتدابير المضادة
لا يزال نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره الحالي يواجه تحديات مثل ارتفاع الاستثمار والتعقيد الفني ومتطلبات الإدارة العالية. ومن الضروري تعزيز البحث والتطوير التكنولوجي والابتكار المتكامل لتقليل تكاليف بناء النظام وتشغيله؛ تحسين النظام القياسي ومواصفات التشغيل لتعزيز المستوى الفني للمزارعين؛ وتعزيز دعم السياسات والاستثمار المالي لتشجيع تطبيق نماذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها في المناطق الريفية.
6 الخاتمة والتوقعات
يحافظ نموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، من خلال التحكم المعقول في جودة المياه، على مستويات مستقرة من معلمات جودة المياه الرئيسية مثل الأكسجين المذاب، ونيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النتريت، وقيمة الرقم الهيدروجيني. وهذا يوفر بيئة نمو جيدة لأسماك المياه العذبة، مما يحسن معدل نموها ومعدل استخدام الأعلاف وجودة المنتج. حاليًا، في التطبيقات العملية لنموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، لا تزال هناك مشكلات مثل ضعف كفاءة جمع النفايات بسبب تأثير هيكل خزان الاستزراع على الخصائص الهيدروديناميكية، وكفاءة المعالجة غير المستقرة للمرشحات الحيوية. وينبغي للبحوث المستقبلية أن تزيد من تحسين هيكل خزان الثقافة لتحسين كفاءة جمع النفايات؛ تعزيز البحوث المتعلقة بتنظيم نمو الأغشية الحيوية وتحسين دوران المياه لتحسين كفاءة معالجة المرشحات الحيوية؛ في الوقت نفسه، الجمع بين التقنيات الذكية لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي -والتحكم التلقائي في معلمات جودة المياه، مما يزيد من تعزيز الطبيعة العلمية والدقيقة لنموذج تربية الأحياء المائية المعاد تدويره، ويعزز التنمية المستدامة لصناعة تربية الأحياء المائية لأسماك المياه العذبة.