عملکرد رشد و فناوری کنترل کیفیت آب ماهیان آب شیرین در سیستم آبزی پروری در حال چرخش
با بهبود مستمر تشدید در صنعت آبزی پروری و الزامات فزاینده سختگیرانه حفاظت از محیط زیست، مدل های سنتی آبزی پروری با مشکلات متعددی مانند آلودگی محیط زیست، هدر رفتن منابع آب و کاهش کیفیت محصول مواجه هستند. سیستم آبزی پروری چرخشی (RAS)، به عنوان نوع جدیدی از روش های آبزی پروری، دارای مزایایی از جمله صرفه جویی در آب، صرفه جویی در زمین، تراکم بالای ذخایر، قابلیت کنترل زیست محیطی و کاهش تخلیه آب دنباله است. این با تقاضاهای استراتژیک ملی فعلی برای اقتصاد دایره ای و حفظ انرژی و کاهش انتشار همسو می شود، که نشان دهنده جهت مهمی برای تحول و توسعه صنعت آبزی پروری است و به یک الگوی حیاتی برای توسعه پایدار شیلات مدرن تبدیل شده است. در RAS، آب آبزی پروری پس از انجام فیلتراسیون فیزیکی، تصفیه بیولوژیکی، هوادهی، ضد عفونی و سایر تصفیهها دوباره به گردش در میآید و سیستم را ملزم به حفظ مداوم شرایط کیفیت آب مناسب برای رشد ماهی میکند. به عنوان محیط مستقیم برای بقای ماهی، نوسانات در پارامترهای مختلف کیفیت آب به طور مستقیم بر عملکردهای فیزیولوژیکی، کارایی متابولیک و مقاومت در برابر بیماری ماهی تأثیر می گذارد و در نهایت به صورت تفاوت در عملکرد رشد ظاهر می شود. بنابراین، کاوش عمیق در{5}}رابطه ذاتی بین کنترل کیفیت آب و عملکرد رشد ماهیان آب شیرین در RAS اهمیت نظری و عملی قابل توجهی برای بهبود کارایی آبزی پروری و ترویج توسعه صنعت سالم دارد.
1 مروری بر سیستم آبزی پروری در گردش
مدل آبزی پروری چرخشی یک روش کشاورزی است که در آن آب کشت پس از تصفیه از طریق فرآیندهای فیلتر فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به گردش در می آید. تحقیقات در مورد فناوری آبزی پروری چرخشی زودتر در خارج از کشور آغاز شد. در دهه 1960، کشورهایی مانند ایالات متحده، هلند و دانمارک مطالعات مربوطه را آغاز کردند. ایالات متحده در درجه اول از آن برای پرورش ماهی قزل آلای رنگین کمان، باس راه راه و ماهی باس سیاه استفاده می کرد. هلند عمدتاً از آن برای مارماهی اروپایی و گربه ماهی آفریقایی استفاده می کرد. سیستم فرآیند آبزی پروری چرخشی دانمارک یک سیستم نیمه بسته در فضای باز بود که عمدتاً برای تولید ماهی قزل آلای رنگین کمان استفاده می شد.
چین در دهه 1980 فناوری و امکانات آبزی پروری چرخشی خارجی را معرفی کرد. به دلیل هزینه های بالای سرمایه گذاری و عملیاتی، اکثر امکانات معرفی شده به سرعت رها شد. در سال 1988، موسسه تحقیقاتی ماشین آلات و ابزار ماهیگیری آکادمی علوم شیلات چین، با تکیه بر فناوری آلمان غربی، اولین کارگاه تولید آبزی پروری چرخشی چین را طراحی و ساخت. در سالهای اخیر، محققان چینی مانند Qu Keming مدلهای فناوری آبزیپروری در سطح بالا، متوسط و پایین- را بر اساس نیازهای مختلف انواع مختلف شرکتهای پرورش آبزی پروری پیشنهاد کرده و آنها را در مناطق ساحلی ترویج کردند. لیو بو از ایستگاه توسعه فناوری شیلات استان هیلونگجیانگ، فناوری و مدلهای «کانتینر» را پیشنهاد کرد که در حال چرخش مجدد آبزی پروری است. پروفسور He Xugang از دانشگاه کشاورزی هوآژونگ یک مدل آبزی پروری سبز و کارآمد با «تخلیه صفر-حوضچه ای را پیشنهاد کرد.
مدلهای آبزی پروری در حال چرخش عمدتاً به انواعی مانند «راه آهن»، «کانتینر» و «اسیر» تقسیم میشوند. با در نظر گرفتن مدل آبزی پروری "راه آهنی"، از یک جریان-از طریق مخزن، منطقه جمع آوری زباله، تاسیسات هوادهی، تاسیسات انحراف، منطقه تصفیه، تالاب و سایر اجزا تشکیل شده است. ناحیه کوچک-آب-آب بدن-هلنده آبزی پروری متشکل از مخازن مستطیلی است که 2 تا 5 درصد از مساحت حوضچه را اشغال میکند. در سالهای اخیر، مشخصات جریان داخلی از طریق مخزن معمولاً 20 متر طول، 4 متر عرض، و 2.5 متر ارتفاع، با 1 تا 2 مخزن در هر 6670 متر مربع از بدنه آبی تنظیم شده است. جزء اصلی تجهیزات هوادهی{17}هلنده آب است. نسخههای اولیه از دستگاههای پروانهای برای فشار دادن آب و دستگاههای هوادهی برای اکسیژنرسانی استفاده میکردند، اما اکنون بیشتر آنها از تجهیزات بالابر{19}هوای متشکل از دمندهها، لولههای هوادهی ریز متخلخل و بافل استفاده میکنند. به طور کلی، دو مخزن جمعآوری زباله غوطهور به هم پیوسته با حجم 10 متر مکعب برای هر سه مخزن ساخته میشوند که در انتهای جریان{22}}از طریق مخازن برای جمعآوری زباله از منطقه کشت قرار میگیرند. منطقه بزرگ-تصفیه اکولوژیکی آب- 95٪ تا 98٪ از مساحت حوضچه را با دایک های انحرافی و عمق آب بالاتر از 2 متر اشغال می کند. این منطقه عمدتاً ماهیهای تغذیهکننده{30}}را فیلتر میکند و پوشش گیاهی آبزی در 20 تا 30 درصد منطقه تصفیه کنترل میشود. مجهز به هوادههای چرخدار، هوادههای پروانهای، دستگاههای موج{34} و غیره است و در صورت لزوم، آمادهسازی میکروبی اضافه میشود.
2 اثر مدل آبزی پروری چرخشی بر عملکرد رشد ماهیان آب شیرین
2.1 نرخ رشد
مدل آبزی پروری چرخشی می تواند یک محیط رشد نسبتا پایدار برای ماهیان آب شیرین فراهم کند که به بهبود نرخ رشد کمک می کند. در آبزی پروری حوضچه ای سنتی، کیفیت آب تا حد زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی خارجی مانند دما و بارندگی است که به راحتی می تواند باعث نوسانات کیفیت آب شده و رشد ماهی را تحت تاثیر قرار دهد. در مدل آبزی پروری چرخشی، سیستم کنترل کیفیت آب می تواند پارامترهای کیفیت آب مانند دمای آب، اکسیژن محلول و مقدار pH را حفظ کرده و شرایط رشد مناسبی را برای ماهی ها ایجاد کند. برای مثال، در مدل آبزی پروری "raceway"، سرعت جریان آب در جریان{3}}از طریق مخزن را می توان از طریق تجهیزات هوادهی فشاری آب تنظیم کرد. سرعت جریان مناسب می تواند حرکت ماهی را تقویت کند، آمادگی جسمانی را افزایش دهد، مصرف خوراک را افزایش دهد و رشد را تسریع کند.
2.2 نرخ استفاده از خوراک
مدل آبزی پروری چرخشی می تواند میزان مصرف خوراک ماهیان آب شیرین را بهبود بخشد. در آبزی پروری سنتی، پس از توزیع خوراک، مقداری خوراک بدون مصرف به پایین فرو می رود و باعث ضایعات می شود. در همین حال، خوراکی که به پایین فرو میرود، برای تولید مواد مضر تجزیه میشود و بر کیفیت آب تأثیر میگذارد. در مدل آبزی پروری چرخشی، به دلیل تاثیر جریان آب، می توان خوراک را بهتر در آب پراکنده کرد و باعث سهولت مصرف ماهی ها و در نتیجه کاهش ضایعات خوراک می شود. علاوه بر این، واحدهای تصفیه مانند بیوفیلترها در سیستم آبزی پروری در گردش می توانند مواد آلی مانند خوراک باقیمانده و مدفوع را از آب کشت حذف کنند و محتوای مواد مضر مانند نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن نیتروژن را در آب کاهش دهند. این امر تأثیر این مواد مضر را بر عملکردهای گوارشی و جذبی ماهی کاهش می دهد و در نتیجه میزان مصرف خوراک را بهبود می بخشد.
2.3 کیفیت محصول
مدل آبزی پروری چرخشی به بهبود کیفیت محصول ماهیان آب شیرین کمک می کند. در آبزی پروری سنتی، ماهی ها مستعد ابتلا به عفونت های پاتوژن هایی مانند انگل ها و باکتری ها هستند که منجر به بروز بیماری می شود و کیفیت محصول را تحت تاثیر قرار می دهد. در مدل آبزی پروری چرخشی، اقداماتی مانند کنترل کیفیت آب و ضد عفونی می تواند به طور موثری تعداد عوامل بیماری زا را در آب کاهش دهد و خطر ابتلا به بیماری های ماهی را کاهش دهد. در عین حال محیط رشد نسبتاً تمیز ماهی در مدل آبزی پروری چرخشی باعث کاهش تولید بوهای نامطلوب مانند بوی گل آلود شده و طعم و کیفیت محصول را بهبود می بخشد.
3 پارامتر کلیدی و روش های کنترل کیفیت آب در مدل آبزی پروری در گردش
3.1 پارامترهای کلیدی
3.1.1 اکسیژن محلول
اکسیژن محلول یکی از پارامترهای مهم کیفیت آب است که بر رشد ماهی تاثیر می گذارد. ماهی در طول رشد به اکسیژن کافی برای تنفس نیاز دارد. اکسیژن محلول ناکافی می تواند منجر به رشد کند، کاهش ایمنی و حتی مرگ شود. به طور کلی، اکسیژن محلول در سیستم های آبزی پروری در حال چرخش باید بالای 5 میلی گرم در لیتر باشد.
3.1.2 نیتروژن آمونیاکی
نیتروژن آمونیاکی یکی از آلاینده های اصلی در آب آبزی پروری است که عمدتاً از فضولات ماهی و تجزیه مواد غذایی باقیمانده منشاء می گیرد. نیتروژن آمونیاکی برای ماهی بسیار سمی است، به بافت آبشش، سیستم عصبی و سیستم ایمنی آسیب می رساند و بر رشد و بقا تأثیر می گذارد. غلظت نیتروژن آمونیاک در سیستم های آبزی پروری در حال گردش باید زیر 0.5 میلی گرم در لیتر کنترل شود.
3.1.3 نیتریت نیتروژن
نیتروژن نیتریت یک محصول میانی است که در طی نیتریفیکاسیون نیتروژن آمونیاکی تولید می شود و دارای سمیت خاصی است. نیتروژن نیتریت با هموگلوبین در خون ماهی ترکیب می شود و ظرفیت حمل اکسیژن آن را کاهش می دهد و باعث هیپوکسی و خفگی در ماهی می شود. غلظت نیتروژن نیتریت در سیستم های آبزی پروری در حال گردش باید زیر 0.1 میلی گرم در لیتر کنترل شود.
مقدار pH 3.1.4
مقدار pH شاخص مهمی است که اسیدیته یا قلیایی بودن آب را منعکس می کند و اثرات قابل توجهی بر رشد ماهی و عملکردهای فیزیولوژیکی دارد. مقدار pH در سیستم های آبزی پروری در حال گردش باید بین 7.0 تا 8.5 کنترل شود.
3.2 روش های کنترل کیفیت آب
3.2.1 کنترل فیزیکی
کنترل فیزیکی عمدتاً شامل اقداماتی مانند فیلتراسیون، ته نشینی و هوادهی است. فیلتراسیون یک روش موثر برای حذف مواد معلق و ذرات معلق از آب است. تجهیزات فیلتراسیون رایج شامل فیلترهای میکرواسکرین و فیلترهای شنی است. ته نشینی از نیروی گرانش برای ته نشین شدن ذرات جامد در آب تا کف استفاده می کند و در نتیجه کیفیت آب را تصفیه می کند. هوادهی وسیله مهمی برای افزایش اکسیژن محلول در آب است. تجهیزات هوادهی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند شامل دمنده ها، هواده های چرخ دار و هواده های پروانه ای هستند.
3.2.2 کنترل شیمیایی
کنترل شیمیایی عمدتاً شامل افزودن عوامل شیمیایی به آب برای تنظیم کیفیت آب است. به عنوان مثال، هنگامی که غلظت نیتروژن آمونیاک و نیتروژن نیتریت در آب بسیار زیاد است، آماده سازی باکتری های نیتریفیک کننده را می توان برای ترویج واکنش های نیتریفیکاسیون و کاهش محتوای نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن نیتریت اضافه کرد. هنگامی که مقدار pH آب خیلی پایین است، می توان از آهک زنده برای افزایش مقدار pH استفاده کرد.
3.2.3 کنترل بیولوژیکی
کنترل بیولوژیکی از میکروارگانیسم ها، گیاهان آبزی و سایر موجودات برای تصفیه کیفیت آب استفاده می کند. میکروارگانیسم ها می توانند مواد آلی موجود در آب را تجزیه کرده و مواد مضری مانند نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن نیتریت را به مواد بی ضرر تبدیل کنند. آمادهسازیهای میکروبی معمولاً شامل باکتریهای فتوسنتزی، باسیلوس و باکتریهای نیتریف کننده هستند. گیاهان آبزی می توانند مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر را از آب جذب کنند و از وقوع اتروفیکاسیون بکاهند و در عین حال زیستگاه و سایه ای برای ماهی ها فراهم کنند. گیاهان آبزی رایج عبارتند از: سنبل آبی، علف هرز تمساح و الودیا.
4 همبستگی بین عملکرد رشد ماهیان آب شیرین و کنترل کیفیت آب در مدل آبزی پروری در حال چرخش
4.1 اکسیژن محلول و عملکرد رشد
هنگامی که اکسیژن محلول در آب کافی باشد، تنفس ماهی به طور طبیعی عمل می کند، متابولیسم شدید است، مصرف خوراک افزایش می یابد و سرعت رشد تسریع می شود. برعکس، متابولیسم کند می شود و سرعت رشد کاهش می یابد. در مدل آبزی پروری چرخشی، اقدامات هوادهی معقول، سطح اکسیژن محلول را در آب پایدار نگه می دارد و محیط تنفسی خوبی را برای ماهی ها فراهم می کند و رشد و نمو آنها را ارتقا می دهد.
4.2 آمونیاک نیتروژن، نیتریت نیتروژن و عملکرد رشد
نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن نیتروژن مواد سمی موجود در آبهای آبزی پروری هستند که به رشد و بقای ماهی آسیب جدی می زند. غلظت بالای نیتروژن آمونیاکی به بافت آبشش ماهی آسیب می رساند و بر عملکرد تنفسی تأثیر می گذارد. آنها همچنین به سیستم عصبی و سیستم ایمنی ماهی آسیب می رسانند و مقاومت آنها در برابر بیماری را کاهش می دهند. در مدل آبزی پروری چرخشی، واحدهای تصفیه مانند بیوفیلترها می توانند به سرعت نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن نیتروژن را از آب حذف کنند و اثرات سمی آنها را بر روی ماهی کاهش دهند و رشد سالم ماهی را تضمین کنند.
4.3 مقدار pH و عملکرد رشد
مقدار pH تأثیر مهمی بر رشد ماهی و عملکردهای فیزیولوژیکی دارد. گونه های مختلف ماهی محدوده های تطبیقی متفاوتی برای مقدار pH دارند. در مدل آبزی پروری در حال چرخش، مقدار pH آب به طور مرتب آزمایش می شود و اقدامات تنظیمی مربوطه بر اساس نتایج آزمایش انجام می شود.
5 روند توسعه و چالش های مدل آبزی پروری چرخشی
5.1 جهت توسعه هوشمند و دقیق
با توسعه اینترنت اشیا، داده های بزرگ و فناوری های هوش مصنوعی، مدل آبزی پروری چرخشی به سمت هوش و دقت در حال تکامل است. با ادغام سیستمهایی مانند نظارت بر کیفیت آب آنلاین، تغذیه خودکار و کنترل تجهیزات، میتوان به{1}تنظیم زمان واقعی محیط کشت و مدیریت خودکار فرآیند تولید دست یافت.
5.2 حفاظت از محیط زیست کم کربن و مسیر توسعه پایدار-
مدل آبزی پروری چرخشی الزامات-حفاظت از محیط زیست با کربن کم و توسعه پایدار را از طریق حفظ آب، صرفه جویی در انرژی و کاهش آلودگی برآورده می کند. تلاشهای آینده نیازمند بهینهسازی بیشتر فرآیندهای تصفیه آب، کاهش مصرف انرژی و هزینهها و بهبود پایداری و عملکرد سیستم است. به عنوان مثال، منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی می توانند برای تامین برق مورد استفاده قرار گیرند و انتشار کربن را کاهش دهند. فناوری پیل سوختی میکروبی را می توان برای دستیابی به استفاده از انرژی از مواد آلی در فاضلاب، ایجاد یک سیستم یکپارچه "آبزی پروری-انرژی{4}}حفاظت از محیط زیست" استفاده کرد.
5.3 چالش ها و اقدامات متقابل
مدل فعلی آبزی پروری در حال چرخش هنوز با چالش هایی مانند سرمایه گذاری بالا، پیچیدگی فنی و الزامات مدیریتی بالا مواجه است. تقویت تحقیق و توسعه فناوری و نوآوری یکپارچه برای کاهش هزینههای ساخت و عملیات سیستم ضروری است. بهبود سیستم استاندارد و مشخصات عملیاتی برای ارتقای سطح فنی کشاورزان؛ و تقویت حمایت از سیاست و سرمایه گذاری مالی برای ترویج کاربرد مدل های آبزی پروری در نواحی روستایی.
6 نتیجه گیری و چشم انداز
مدل آبزی پروری در حال چرخش، از طریق کنترل کیفیت آب معقول، سطوح پایدار پارامترهای کیفیت آب مانند اکسیژن محلول، نیتروژن آمونیاکی، نیتروژن نیتریت و مقدار pH را حفظ می کند. این امر محیط رشد خوبی را برای ماهیان آب شیرین فراهم می کند، سرعت رشد آنها، میزان مصرف خوراک و کیفیت محصول را بهبود می بخشد. در حال حاضر، در کاربردهای عملی مدل آبزی پروری چرخشی، هنوز مشکلاتی مانند راندمان ضعیف جمع آوری زباله به دلیل تأثیر ساختار مخزن کشت بر ویژگی های هیدرودینامیکی و راندمان تصفیه ناپایدار بیوفیلترها وجود دارد. تحقیقات آینده باید ساختار مخزن کشت را برای بهبود کارایی جمعآوری زباله بیشتر بهینه کند. تقویت تحقیقات در مورد تنظیم رشد بیوفیلم و بهینه سازی گردش آب برای بهبود کارایی تصفیه بیوفیلترها. به طور همزمان، فناوریهای هوشمند را برای دستیابی به-پایش زمان واقعی و کنترل خودکار پارامترهای کیفیت آب، افزایش بیشتر ماهیت علمی و دقیق مدل آبزی پروری در گردش، و ترویج توسعه پایدار صنعت آبزی پروری ماهیان آب شیرین، ترکیب کنید.