اختيار وسائط المرشح الحيوي لباس ارجموث- خصائص البيوفيلم وأداء النمو
ارجموث باس (Micropterus Salmoides)، المعروف أيضًا باسم كاليفورنيا باس، ينتمي إلى Actinopterygii، Perciformes، Centrarchidae، Micropterus. موطنه الأصلي ولاية كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية، ويتميز بمميزات مثل النمو السريع والطعم اللذيذ والتغذية الغنية والقيمة الاقتصادية العالية. لقد أصبحت واحدة من أهم أنواع تربية الأحياء المائية في المياه العذبة في الصين. وفي السنوات الأخيرة، وعلى خلفية تحول مصايد الأسماك وتطويرها والتطور النشط لمصايد الأسماك الرقمية والذكية، ظهرت تربية الأحياء المائية الصناعية المعاد تدويرها تدريجياً. ويتحول وضع تربية الأحياء المائية لقاروص ارجموث أيضًا من تربية الأحواض التقليدية إلى وضع تربية الأحياء المائية المعاد تدويره الأخضر والفعال. تتمتع تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها بمزايا مثل توفير المياه والأراضي، وكثافة التخزين العالية، والإدارة المريحة. من خلال الأساليب والمعدات الفيزيائية والبيولوجية والكيميائية، تتم إزالة المواد الصلبة العالقة والمواد الضارة في الجسم المائي أو تحويلها إلى مواد غير ضارة، بحيث تلبي جودة المياه احتياجات النمو الطبيعية للأنواع المستزرعة، وبالتالي تحقيق إعادة تدوير المياه في ظل ظروف تربية الأحياء المائية عالية الكثافة-. وقد حققت فوائد اقتصادية جيدة في الأنواع المستزرعة المتعددة.
حاليًا، تركز الأبحاث حول إعادة تدوير تربية الأحياء المائية لقاروص ارجموث بشكل أساسي على التكاثر، وتغذية الأعلاف، واختيار السلالة، والتغذية الدقيقة، وتغيرات البيئة المائية، والجودة الغذائية. تركز الأبحاث حول الاستزراع المائي الصناعي المعاد تدويره في الأماكن المغلقة لسمك القاروص الكبير بشكل أساسي على استزراع الأسماك الصغيرة-كبيرة الحجم، ولم يتم الترويج على نطاق واسع لتربية الأسماك البالغة-دورة كاملة. التحدي الرئيسي الذي تواجهه تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها هو الحفاظ على بيئة مائية جيدة في ظل ظروف كثافة عالية- لضمان النمو الطبيعي للأنواع المستزرعة. معالجة المياه هي جوهر إعادة تدوير تربية الأحياء المائية، ووسائط التصفية الحيوية الفعالة لمعالجة المياه هي أساس نظام معالجة المياه. على الرغم من وجود العديد من التقارير حول تنقية المياه بواسطة وسائط الترشيح الحيوي، إلا أن التقارير على وجه التحديد حول تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها الصناعية، خاصة فيما يتعلق بفحص وسائط التصفية الحيوية الفعالة لمعالجة المياه، وبنية المجتمع الميكروبي للأغشية الحيوية على وسائط التصفية الحيوية المختلفة، وتأثيرات العلاج، والتأثيرات على نمو الأنواع المستزرعة، غير متوفرة. تم اختيار ثلاثة أنواع من وسائط الترشيح الحيوي، من بينها وسائط الترشيح الحيوي الإسفنجية المربعة والكرة ذات القاعدة المميعة، وهي منخفضة التكلفة وسهلة التشغيل، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في معالجة المياه الخلفية لتربية الأحياء المائية؛ يعتبر Mutag Biochip 30 (المختصر باسم Biochip) نوعًا جديدًا من وسائط الترشيح الحيوي التي ظهرت في السنوات الأخيرة، مع مزايا مقاومة الصدمات وعمر الخدمة الطويل، ولكن لم يتم الإبلاغ عن آثار تطبيقه العملي. ولهذا الغرض، تم استخدام تقنية تسلسل الإنتاجية العالية -RDNA 16S لتحليل حالة تكوين الأغشية الحيوية لوسائط الترشيح الحيوي الثلاثة لمعالجة المياه، مع تحليل حالة نمو سمك القاروص الكبير في الوقت نفسه، من أجل استبعاد وسائط المرشح الحيوي العملي لمعالجة المياه وتوفير وسائط فعالة لمعالجة المياه لتربية الأحياء المائية الصناعية المعاد تدويرها.
1. المواد والأساليب
1.1 مواد الاختبار
كانت وسائط المرشح الحيوي المختارة لهذا الاختباراسفنجة مربعة, رقاقة حيوية، وكرة السرير المميعة، كما هو موضح فيالشكل 1. مادة الإسفنج المربعة هي مادة البولي يوريثين، على شكل مكعب بطول ضلع 2.0 سم، مساحة سطح محددة (3.2~3.5)×10⁴ م²/م3. مادة الرقاقة الحيوية هي مادة البولي إيثيلين، على شكل دائرة بقطر 3.0 سم، وسمك حوالي 0.11 سم، ومساحة سطحية محددة 5.5×10³ م²/م3. مادة كرة السرير المميعة هي البولي إيثيلين، مساحة سطح محددة فعالة 500 ~ 800 متر مربع / متر مكعب.
1.2 التجميع التجريبي
تم تعيين مجموعة معالجة وسائط المرشح الحيوي الإسفنجية المربعة كمجموعة T1، وتم تسمية الأغشية الحيوية للوسائط المقابلة بـ B1، وتم تسمية مياه تربية الأحياء المائية المقابلة بـ W1؛ تم تعيين مجموعة معالجة وسائط التصفية الحيوية Biochip كمجموعة T2، وتم تسمية الأغشية الحيوية للوسائط المقابلة بـ B2، وتم تسمية مياه تربية الأحياء المائية المقابلة بـ W2؛ تم تعيين مجموعة معالجة وسائط المرشح الحيوي للكرة المميعة كمجموعة T3، وتم تسمية الأغشية الحيوية للوسائط المقابلة بـ B3، وتم تسمية مياه تربية الأحياء المائية المقابلة بـ W3.
1.3 نظام تربية الأحياء المائية
أجريت التجربة في نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره في قاعدة باليديان التجريبية الشاملة التابعة لمعهد تشجيانغ لمصايد أسماك المياه العذبة.كان هناك 9 خزانات استزراع إجمالاً، الحجم 500 لتر، وحجم الماء الفعال 350 لترًا. خزان الفلتر الحيوي مصنوع من حوض سمك بلاستيكي يبلغ طوله 80 سم وعرضه 50 سم وارتفاعه 50 سم، وحجمه 200 لتر، وحجم الماء الفعال 120 لترًا. تم توصيل خزان الاستزراع وخزان الفلتر الحيوي بواسطة مضخة مياه لتكوين دورة داخلية، بمعدل تدفق 3 ~ 4 لتر / دقيقة، مع تهوية للأكسجين، والحفاظ على الأكسجين المذاب في الماء أعلى من 5 ملجم / لتر. تم تجميع وسائط المرشح الحيوي بشكل عشوائي، وكان كل نوع من وسائط المرشح الحيوي يحتوي على 3 مكررات، وتم تحميل كل خزان مرشح حيوي بـ 2.0 كجم من وسائط المرشح الحيوي، بينما تم تعليق مصدر كربون -بطيء الإطلاق في نفس الوقت. خلال فترة زراعة الأغشية الحيوية، تم تغيير 10% من الماء يوميًا.المؤشرات الأولية لجودة المياه: إجمالي النيتروجين (TN) 9.41 ملجم / لتر، إجمالي الفوسفور (TP) 1.02 ملجم / لتر، نيتروجين الأمونيا (TAN) 1.26 ملجم / لتر، نيتروجين النتريت (NO₂⁻-N) 0.04 ملجم / لتر، مؤشر البرمنجنات (CODₘₙ) 3.73 ملجم / لتر.
1.4 اختبار إدارة الأسماك والثقافة
تم استخدام ارجموث باس كأنواع مستزرعة. قبل بدء الاختبار، تم تأقلمهم في المياه المعاد تدويرها لمدة 7 أيام.تم إجراء الاختبار في الفترة من 11 أغسطس 2022 إلى 22 سبتمبر 2022 ولمدة 42 يومًا. تم اختيار سمك القاروص الكبير بدون إصابات سطحية، صحيًا وحيويًا، للتجميع، وتم تخزين 60 سمكة في كل خزان استزراع، وتغذيتها مرتين يوميًا، وكانت أوقات التغذية 07:00 صباحًا و16:00 بعد الظهر، وشكلت كمية التغذية اليومية حوالي 1.0٪ ~ 1.5٪ من إجمالي كتلة جسم السمكة. كانت كتلة الجسم الأولية لسمكة الاختبار (20.46 ± 0.46) جم.
1.5 جمع العينات
تم جمع عينات المياه من خزان الفلتر الحيوي كل يومين، وتسجيل مؤشرات مثل درجة حرارة الماء، والأكسجين المذاب، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وقياس نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت. تم تسجيل كمية التغذية وكتلة جسم السمكة في بداية ونهاية التجربة ومعدل البقاء على قيد الحياة. بعد التجربة، تم جمع 1 لتر من الماء من كل خزان ثقافة باستخدام أكياس جمع المياه المعقمة، وتم ترشيحها من خلال غشاء مرشح 0.22 ميكرومتر، وتخزينها في ثلاجة -80 درجة لاستخدامها لاحقًا. تم أخذ عينات من وسائط المرشح الحيوي بمقدار 0.5 جرام بطريقة معقمة من كل خزان مرشح حيوي، وتم تخزينها في ماء مقطر معقم، ورجها بقوة لطرد الكائنات الحية الدقيقة من سطح الغشاء الحيوي، ثم تم ترشيحها من خلال غشاء مرشح 0.22 ميكرومتر وتخزينها في مجمد بدرجة حرارة -80 لاستخدامها لاحقًا.
1.6 طرق القياس
1.6.1 قياس جودة المياه
تم الكشف عن درجة حرارة الماء والأكسجين المذاب وقيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام أHACH Hq40d محلل جودة المياه المحمولة. تم قياس تركيز نيتروجين الأمونيا باستخدام طريقة قياس الطيف الضوئي لكاشف نيسلر. تم الكشف عن تركيز نيتروجين النتريت باستخدام الطريقة الطيفية لحمض الهيدروكلوريك نفثيل إيثيلين ثنائي أمين.
1.6.2 قياس أداء تربية الأحياء المائية
الصيغ الحسابية لمعدل زيادة الوزن، ونسبة تحويل الغذاء، ومعدل البقاء على قيد الحياة للأسماك هي كما يلي.
l معدل زيادة الوزن= (كتلة جسم السمكة النهائية - كتلة جسم السمكة الأولية) / كتلة الجسم الأولية × 100%؛
l نسبة تحويل الأعلاف= استهلاك العلف / زيادة الوزن؛
l معدل البقاء على قيد الحياة= (عدد الأسماك في نهاية التجربة / العدد الأولي للأسماك في بداية التجربة) × 100%.
1.6.3 تسلسل الإنتاجية الميكروبية العالية-
تم استخراج الحمض النووي البكتيري من الماء والأغشية الحيوية باستخدام مجموعة استخراج الحمض النووي البكتيري (OMEGA Biotech، الولايات المتحدة الأمريكية). تم استخدام الاشعال المحددة 338F (5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3') و806R (5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3') لتضخيم منطقتي V3 وV4 من rDNA البكتيري 16S. استخدم PCR نظام تفاعل TransGen AP221-02: 4 ميكرولتر من 5×FastPfu Buffer، 2 ميكرولتر من 2.5 مليمول/لتر dNTPs، 0.4 ميكرولتر من FastPfu Polymerase، 0.8 ميكرولتر لكل من 5 ميكرومول/لتر من البادئات الأمامية والخلفية، 0.2 ميكرولتر من BSA، 10 نانوغرام من قالب الحمض النووي، مكمل بـ ddH₂O إلى 20 ميكرولتر. ظروف تفاعل PCR: 95 درجة لمدة 3 دقائق؛ 95 درجة لمدة 30 ثانية، 53 درجة لمدة 45 ثانية، 72 درجة لمدة دقيقة واحدة، 28 دورة؛ تمديد 72 درجة لمدة 10 دقائق. تم إجراء تضخيم PCR على أداة تفاعل PCR 9700 (Applied Biosystems® GeneAmp®، الولايات المتحدة الأمريكية). تمت تنقية منتجات PCR باستخدام الخرز ثم إخضاعها للتسلسل. تم تكليف عملية التسلسل لشركة Shanghai Majorbio BioPharm Technology Co., Ltd.
1.6.4 تحليل التنوع الميكروبي
تم أولاً ربط البيانات الأولية التي تم الحصول عليها من التسلسل، تليها تصفية مراقبة الجودة لجودة القراءات وتأثير الربط، وتصحيح اتجاه التسلسل، مما أدى إلى بيانات محسنة. بعد تطبيع البيانات النظيفة التي تم الحصول عليها أخيرًا، تم إجراء تحليل مجموعات OTU (الوحدات التصنيفية التشغيلية) والتحليل التصنيفي بتشابه بنسبة 97٪. تم رسم الرسوم البيانية للعينات باستخدام برنامج Excel، وتم رسم الخرائط الحرارية باستخدام منصة Majorbio Cloud Platform.
1.7 تحليل البيانات
تم استخدام البرنامج الإحصائي SPSS 16.0 لتحليل أهمية الاختلافات، وتم استخدام طريقة دنكان في تحليل التباين (ANOVA) لإجراء مقارنات متعددة.
2. النتائج والتحليل
2.1 وقت تكوين الأغشية الحيوية لوسائل التصفية الحيوية المختلفة
كما هو مبين فيالشكل 2،في ظل ظروف تكوين الأغشية الحيوية الطبيعية، أظهر محتوى نيتروجين الأمونيا في ماء خزان الفلتر الحيوي اتجاهًا للارتفاع السريع يليه انخفاض تدريجي.محتوى نيتروجين الأمونيافي ماء خزان الفلتر الحيوي المقابل للإسفنجة المربعة وصلت إلى ذروتها عند 17 يومًا عند 8.13 ملجم/لتر، ثم انخفضت تدريجيًا،ليصل إلى أدنى مستوى في 41 يوما، ثم بقي بعد ذلك حوالي 0.20 ملجم / لتر، مما يشير إلى ذلككان وقت تكوين الغشاء الحيوي للإسفنجة المربعة حوالي 17 يومًا. كانت التغييرات في محتوى نيتروجين الأمونيا في الماء في خزانات المرشح الحيوي المقابلة لـ Biochip وكرة السرير المميعة هي نفسها بشكل أساسي، مما يدل على تغييرات متقلبة. ظهرت ذروة نيتروجين الأمونيا عند 21 يومًا عند 7.88 ملجم / لتر و 7.57 ملجم / لتر على التوالي، مما يشير إلى أنكان وقت تكوين الأغشية الحيوية لـ Biochip ووسائط الترشيح الحيوي ذات الكرة المميعة حوالي 21 يومًا. محتوى نيتروجين الأمونيافي خزانات المرشح الحيوي المقابلة لوانخفضت هاتان الوسيلتان إلى أدنى مستوى عند 43 يومًا و 45 يومًا على التوالي.
2.2 التغيرات في قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه في خزانات الثقافة المختلفة
منالشكل 3يمكن ملاحظة أن قيمة الرقم الهيدروجيني الأولية لمياه الاستنبات كانت 7.3. مع تمديد وقت الثقافة، أظهرت قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه في كل خزان الثقافة اتجاها تنازليا. وبعد 12 يومًا، كانت قيمة الرقم الهيدروجيني لجميع أحواض الاستزراع أقل من 6.0، وهو أمر غير مناسب لنمو الأنواع المستزرعة.لذلك، بعد 12 يومًا من تكوين الأغشية الحيوية، يجب الانتباه إلى ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه خزان الاستنبات.
2.3 تحليل تكوين المجتمع الميكروبي على الأغشية الحيوية لوسائط الترشيح الحيوي المختلفة وفي الماء
2.3.1 تكوين المجتمع الميكروبي على مستوى الشعبة
كما هو مبين فيالشكل 4،على مستوى الشعبة، كانت البكتيريا المهيمنة على الأغشية الحيوية لوسائط الترشيح الحيوي الثلاثة هي نفسها، وجميعها هي البروتيوباكتريا، والأكتينوباكتريوتا، والبكتيرويدوتا، والكلوروفليكسي. وكانت الوفرة النسبية مجتمعة 68.96%، 64.74%، و65.45% على التوالي. كانت البكتيريا السائدة في مياه الثقافة المقابلة مختلفة. كانت البكتيريا المهيمنة في W1 هي الأكتينوباكتريوتا، مع وفرة نسبية قدرها 64.66٪. كانت البكتيريا السائدة في W2 وW3 هي البكتيريا البروتينية، بكثافة نسبية بلغت 34.93% و50.10% على التوالي.
الشكل . 4 تكوين مجتمع البكتيريا في الأغشية الحيوية المختلفة والمياه على مستوى الشعبة
2.3.2 تكوين المجتمع الميكروبي على مستوى الأسرة
كما هو مبين فيالشكل 5، على الأغشية الحيوية للوسائط الثلاثة، كان حوالي 48٪ من البكتيريا عبارة عن مجتمعات بكتيرية ذات وفرة نسبية أقل من 3٪. كانت البكتيريا السائدة في B1 وB2 هي نفسها، وكلاهما Xanthomonadaceae، مع وفرة نسبية قدرها 11.64٪ و9.16٪ على التوالي؛ كانت البكتيريا السائدة في B3 هي JG30-KF-CM45، مع وفرة نسبية قدرها 10.54%. كانت البكتيريا السائدة في مياه المزرعة مختلفة عن تلك الموجودة في وسائط الترشيح الحيوي. كانت البكتيريا الدقيقة هي البكتيريا المهيمنة المطلقة في W1، مع وفرة نسبية قدرها 62.10٪؛ البكتيريا السائدة في W2، إلى جانب البكتيريا الدقيقة (13.82٪)، شملت أيضًا نسبة معينة من الريزوبياليس (8.57٪)؛ وكانت البكتيريا السائدة في W3 هي Rhizobiales، مع وفرة نسبية قدرها 38.94٪، تليها Flavobacteriaceae، مع وفرة نسبية قدرها 15.89٪.
تم إحصاء أفضل 50 نوعا على مستوى الجنس. بعد معالجة القيم العددية، تم عرض التغيرات في وفرة الأنواع المختلفة في العينات من خلال التدرج اللوني للكتل الملونة. وتظهر النتائج فيالشكل 6. كانت الليفسونيا هي البكتيريا السائدة في W1، مع وفرة نسبية قدرها 56.16%؛ كانت البكتيريا السائدة في W2 هي Leifsonia (10.30٪) وRizobiales_Incertae_Sedis (8.47٪)؛ كانت البكتيريا السائدة في W3 هي Rhizobiales_Incertae_Sedis، مع وفرة نسبية قدرها 38.92٪. من بين البكتيريا التي يمكن التعرف عليها على الأغشية الحيوية، كان Thermomonas هو الجنس السائد في B1، مع وفرة نسبية قدرها 4.71٪؛ وكانت الأجناس السائدة في B2 وB3 هي Nitrospira، مع وفرة نسبية قدرها 4.41% و2.70% على التوالي.
الشكل . 5 تكوين مجتمع البكتيريا في الأغشية الحيوية المختلفةوالمياه على مستوى الأسرة
الشكل . 6 خريطة الحرارة لتكوين المجتمع البكتيري في الأغشية الحيوية المختلفة والمياه على مستوى الجنس
2.4 -تحليل تنوع المجتمعات الميكروبية في الأغشية الحيوية لوسائط الترشيح الحيوي المختلفة وفي الماء
كما هو مبين فيالجدول 1كان مؤشر شانون للمجتمعات الميكروبية على الأغشية الحيوية للوسائط المختلفة أكبر من مؤشر مياه الاستنبات المقابلة، بينما كان مؤشر سيمبسون عكس ذلك. عند تحليل مياه الاستنبات المقابلة، كان مؤشر شانون لمجتمع البكتيريا لـ W2 هو الأعلى، وهو أعلى بكثير من مؤشر W1 وW3، في حين كان مؤشر سيمبسون أقل بكثير من مؤشر W1 وW3، مما يشير إلى أن تنوعه - كان الأعلى. يختلف عن تنوع ماء الاستزراع -، على الرغم من أن مؤشر شانون للمجتمع الميكروبي البكتيري في الوسط B2 كان الأكبر وكان مؤشر سيمبسون هو الأصغر، إلا أنه لم يكن هناك فرق كبير بين أوساط الترشيح الحيوي الثلاثة. وكانت التغطية التسلسلية لجميع العينات أعلى من 0.990، مما يشير إلى أن عمق التسلسل يمكن أن يعكس المستوى الحقيقي للعينات.
2.5 تأثيرات وسائط الترشيح الحيوي المختلفة على نمو سمك القاروس الكبير
الجدول 2يُظهر حالة نمو باس ارجموث في مجموعات وسائط التصفية الحيوية المختلفة. بعد 44 يومًا من الاستزراع، كانت كتلة الجسم النهائية ومعدل زيادة الوزن لباس ارجموث في مجموعة استزراع الإسفنج المربع أعلى بكثير من تلك الموجودة في مجموعات كرة السرير المميعة ومجموعات الرقائق الحيوية، وكانت نسبة تحويل التغذية أقل بكثير من تلك الموجودة في المجموعات الأخرى. وكان معدل البقاء على قيد الحياة لباس ارجموث في كل مجموعة أعلى من 97٪، مع عدم وجود فرق كبير بين المجموعات.
3. الخاتمة والمناقشة
3.1 وقت تكوين الأغشية الحيوية لوسائل التصفية الحيوية المختلفة
تلتصق الأغشية الحيوية بسطح وسائط الترشيح الحيوي. تعد المادة والبنية ومساحة السطح المحددة لوسائط الترشيح الحيوي هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على تكوين الأغشية الحيوية. هناك طريقتان شائعتان لزراعة الأغشية الحيوية: طريقة تكوين الأغشية الحيوية الطبيعية وطريقة تكوين الأغشية الحيوية الملقحة. تؤثر طرق تكوين الأغشية الحيوية المختلفة على وقت نضج الأغشية الحيوية. هو شياو بينغ وآخرون. استخدمت أربع طرق مختلفة لتكوين البيوفيلم، وأظهرت النتائج أنه عند استخدام طرق مثل إضافة الكيتوزان وأيونات الحديد والتلقيح بالحمأة المفرغة لتكوين البيوفيلم، فإن وقت نضج البيوفيلم كان أقصر من طريقة تكوين البيوفيلم الطبيعي. على الرغم من أن إضافة الكائنات الحية الدقيقة المفيدة أو المواد الفعالة يمكن أن يقلل من وقت تكوين الأغشية الحيوية، إلا أن هناك مشاكل مثل صعوبة الحصول على اللقاح، وبناء العملية المعقدة، والتكلفة العالية. استخدم Guan Min وآخرون، في ظل ظروف انخفاض محتوى المادة العضوية، المياه الخام مباشرة لتكوين الأغشية الحيوية، وبدأ خزان الفلتر الحيوي في العمل بنجاح من خلال تكوين الأغشية الحيوية الطبيعية بعد حوالي 38 يومًا. إن نتيجة هذا البحث مماثلة لنتائج هذه الدراسة. تظهر نتائج هذه الدراسة أنه في ظل نفس ظروف تكوين الغشاء الحيوي، كان وقت تكوين الغشاء الحيوي للإسفنجة المربعة أقصر من زمن تكوين الغشاء الحيوي في الوسطين الآخرين. قد يكون هذا مرتبطًا بمساحة السطح الكبيرة المحددة، والمحبة القوية للماء، وسهولة ربط الأغشية الحيوية بالإسفنجة المربعة. تبلغ مساحة السطح المحددة للإسفنجة المربعة ما بين 32000 إلى 35000 متر مربع/م3، وهي أكبر بكثير من الوسائط الأخرى. علاوة على ذلك، فإن مادة الإسفنجة المربعة هي مادة البولي يوريثين، والتي تتمدد عند تعرضها للماء، ولها درجة عالية من المحبة للماء، وتفضي إلى ارتباط ونمو الكائنات الحية الدقيقة في الماء. نتائج بحث لي يونغ وآخرون. أظهر أيضًا أن أداء بدء التشغيل وأداء إزالة نيتروجين الأمونيا لإسفنجة البولي يوريثان كانت أفضل من أداء مادة البولي بروبيلين، وهو ما يتوافق مع نتائج هذه الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، في هذه الدراسة، كانت المساحة السطحية المحددة لوسائط الترشيح الحيوي للرقاقة الحيوية تصل إلى 5500 متر مربع/م3، وهي أكبر بكثير من مساحة وسائط الترشيح الحيوي لكرات السرير المميعة، ولكن وقت تكوين الغشاء الحيوي كان في الأساس نفس وقت وسائط كرة السرير المميعة. قد يكون هذا مرتبطًا بحجم المسام. أشارت بعض الدراسات إلى أن النطاق المكاني الداخلي لوسط الترشيح الحيوي يؤثر على نمو الأغشية الحيوية. على الرغم من أن بعض وسائط الترشيح الحيوي لها مساحة سطح محددة كبيرة، إلا أن مسامها جيدة، وحجم المسام أصغر بكثير من سمك الغشاء الحيوي الناضج، مما قد يؤدي بسهولة إلى انسداد المسام، مما يجعل من الصعب على الغشاء الحيوي في المسام أن يصل إلى الحد الأقصى للتراكم. مسام الرقاقة الحيوية صغيرة، مما يؤدي إلى تباطؤ نمو الأغشية الحيوية ووقت أطول لتكوين الأغشية الحيوية.
3.2 تكوين المجتمع الميكروبي لوسائل الترشيح الحيوي ومياه الثقافة
في هذه الدراسة، كانت البكتيريا السائدة في وسط المرشح الحيوي وفي مياه المزرعة المقابلة مختلفة. كان مؤشر شانون للأغشية الحيوية الموجودة في وسط الترشيح الحيوي أكبر من مؤشر مياه الاستزراع المقابلة، مما يشير إلى أن وسائط الترشيح الحيوي لها تأثير إثراء الكائنات الحية الدقيقة. وهذا يتوافق مع نتائج بحث Hu Gaoyu et al. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على بنية المجتمع الميكروبي، مثل نوع الناقل، وعمق المرشح، والملوحة، وتركيز المادة العضوية، وما إلى ذلك. نفس وسائط الترشيح الحيوي، في ظل ظروف استزراع مختلفة، سيكون لها مجتمعات ميكروبية مختلفة على الغشاء الحيوي. قام المؤلف ذات مرة بدراسة حالة تكوين الأغشية الحيوية لوسائط الترشيح الحيوي ذات الكرة المميعة في نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره لجمبري المياه العذبة العملاق (Macrobrachium rosenbergii). أظهرت النتائج أن الشعبة المهيمنة على الغشاء الحيوي الخاص بها كانت Firmicutes، بينما في هذه الدراسة، كانت الشعبة السائدة على الغشاء الحيوي لكرة السرير المميعة هي Proteobacteria. وقد يكون السبب الرئيسي لهذا الاختلاف هو اختلاف بيئات تربية الأحياء المائية. كان لوسائل الترشيح الحيوي الثلاثة المستخدمة في هذه الدراسة نفس الظروف الأولية لزراعة الأغشية الحيوية. من الممكن أنه نظرًا للخصائص الفيزيائية المختلفة للوسائط، كان سمك الأغشية الحيوية المتكونة والبيئة الداخلية مختلفًا أيضًا، مما أدى إلى اختلافات في المجتمعات الميكروبية. لذلك فإن اختلاف الناقلات هو السبب الرئيسي لاختلاف المجتمعات الميكروبية. علاوة على ذلك، أثناء عملية تربية الأحياء المائية، تؤثر البيئة المائية والمجتمع الميكروبي على بعضهما البعض. قد تكون أسباب الاختلافات في المجتمعات الميكروبية مرتبطة بالعوامل البيئية. على سبيل المثال، أشارت أبحاث يوان كويلين إلى أن العدد الإجمالي للبكتيريا غير ذاتية التغذية في الجسم؛ فان تينغيو وآخرون. يعتقد أن قيمة الرقم الهيدروجيني يمكن أن تؤثر بشكل كبير على إجمالي محتوى النيتروجين في الماء، وتلعب دورًا رئيسيًا في توزيع المجتمعات البكتيرية المائية في أقسام الأنهار الداخلية. يؤثر نيتروجين الأمونيا والفوسفور الكلي والكلوروفيل أيضًا على تكوين المجتمعات البكتيرية في الجسم المائي بدرجات متفاوتة. لا تزال العوامل البيئية المسببة للاختلافات في تكوين المجتمع الميكروبي في هذه الدراسة بحاجة إلى مزيد من التأكيد.
3.3 تأثيرات وسائط الترشيح الحيوي المختلفة على نمو سمك القاروس الكبير
من نتائج النمو، نما سمك القاروص ذو الفم الكبير في المجموعة الإسفنجية المربعة بشكل أسرع، مع معدل زيادة في الوزن أعلى بكثير من المتوسطين الآخرين، وأقل نسبة تحويل للأعلاف. وهذا يتفق مع نتائج البحوث السابقة . في هذه الدراسة، تم إجراء تكوين الأغشية الحيوية وتربية الأحياء المائية في وقت واحد. انطلاقًا من وقت تكوين الغشاء الحيوي، فإن الغشاء الحيوي الإسفنجي المربع ينضج مبكرًا، وبعد نضوج الغشاء الحيوي، تكون تركيزات نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النتريت في الماء دائمًا أقل من تلك الموجودة في الوسيطين الآخرين. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الإسفنجة المربعة بقدرة ترشيح معينة، وكان محتوى المواد الصلبة العالقة في مياه الاستنبات أقل، وكانت المياه صافية نسبيًا. قد يكون النمو الأفضل لباس ارجموث في المجموعة الإسفنجية المربعة مرتبطًا بنوعية المياه الجيدة. ومع ذلك، فإن تأثيرات تنقية الوسط الإسفنجي المربع على إجمالي النيتروجين والفوسفور الكلي ومؤشر البرمنجنات في الماء تحتاج إلى مزيد من الدراسة. تجدر الإشارة إلى أنه خلال التجربة، أظهرت قيمة الرقم الهيدروجيني اتجاهًا هبوطيًا عامًا. بعد 12 يومًا من الثقافة، كانت قيمة الرقم الهيدروجيني لجميع خزانات الثقافة أقل من 6.0، وهو ما يتوافق مع نتائج أبحاث Zhang Long et al. يرجع الانخفاض في قيمة الرقم الهيدروجيني إلى إنتاج عدد كبير من أيونات الهيدروجين أثناء عملية زراعة البيوفيلم، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه. لذلك، أثناء عملية تكوين الغشاء الحيوي، من الضروري ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه خزان الاستزراع على الفور للتأكد من أنها ضمن نطاق النمو الطبيعي للأنواع المستزرعة. مع الأخذ في الاعتبار التكلفة الاقتصادية، فإن سعر السوق للإسفنجة المربعة هو 70~100 RMB/kg، وتكلفتها تقع بين وسيلتي الفلتر الحيوي الأخريين. إلى جانب نتائج النمو، على المدى القصير، تعد الإسفنجة المربعة عبارة عن وسيلة تصفية حيوية عملية نسبيًا لمعالجة المياه لإعادة تدوير تربية الأحياء المائية. ومع ذلك، فإن الإسفنجة المربعة لديها صلابة ضعيفة وعمر خدمة قصير. تحتاج تأثيرات الاستخدام على المدى الطويل-وتأثيرات تربية الأحياء المائية إلى مزيد من التحقق.
في ملخص،في ظل ظروف تكوين الأغشية الحيوية الطبيعية، تتمتع وسائط الترشيح الحيوي الإسفنجية المربعة بأقصر وقت لتكوين الأغشية الحيوية، وسعر معتدل، وكانت كتلة الجسم النهائية ومعدل زيادة الوزن لباس ارجموث في مجموعة الإسفنج المربعة أعلى بكثير من تلك الموجودة في وسائط التصفية الحيوية الأخرى. على المدى القصير، إنها وسيلة تصفية حيوية عملية نسبيًا لمعالجة المياه لإعادة تدوير تربية الأحياء المائية.