12.6 بيوفلوك التكنولوجيا (BFT) تطبق على أكوابونيكش

12.6.1 مقدمة

تعتبر تقنية Biofloc (BFT) «الثورة الزرقاء» الجديدة في الاستزراع المائي (Stokstad 2010) حيث يمكن إعادة تدوير العناصر الغذائية وإعادة استخدامها بشكل مستمر في وسط الاستزراع، والاستفادة من إنتاج الكائنات الحية الدقيقة في الموقع وبالحد الأدنى أو صفر تبادل المياه (Avnimelech 2015). وقد تواجه هذه النهج بعض التحديات الخطيرة في هذا القطاع مثل المنافسة على الأرض والمياه والنفايات السائلة التي تصرف في البيئة والتي تحتوي على فائض من المواد العضوية والمركبات النيتروجينية وغيرها من المستقلبات السمية.

تم تطوير BFT لأول مرة في أوائل السبعينات من قبل فريق Aquacop في معهد البحوث الفرنسي لاستغلال البحر، مركز المحيط الهادئ للمحيطات) مع أنواع مختلفة من الجمبري بينايد بما في ذلك Litopenaeus vannamei، L. stylirostris و Penaeus monodon (إميرنسيانو وآخرون. 2011). في نفس الفترة، رالستون بورينا (شركة أمريكية خاصة) في اتصال مع أكواكوب تطبيق التكنولوجيا في كل من كريستال ريفر (الولايات المتحدة الأمريكية) وتاهيتي، مما يؤدي إلى فهم أكبر لفوائد بيوفلوك لاستزراع الجمبري. وقد مكنت عدة دراسات أخرى من اتباع نهج شامل إزاء BFT وبحثت في العلاقات المتبادلة بين الماء والحيوانات والبكتيريا، مقارنة BFT مع «الشام الخارجي» ولكنها تطبق الآن على الجمبري. في الثمانينات وبداية التسعينيات، بدأت كل من إسرائيل والولايات المتحدة الأمريكية (مركز واديل للزراعة البحرية) البحث والتطوير في BFT مع Tilapia والروبيان الأبيض المحيط الهادئ L. vannamei، على التوالي، حيث كانت المخاوف البيئية والحد من المياه وتكاليف الأراضي هي العوامل المسببة الرئيسية التي عززت البحث ( إميرنسيانو وآخرون 2013).

** الشكل 12-5** تكنولوجيا بيوفلوك المستخدمة في استزراع الجمبري البحري في البرازيل (أ) واستزراع البلطي في المكسيك (ب) (المصدر: EMA-FURG، البرازيل وموريسيو ج.

بدأت أول عمليات BFT التجارية وربما الأكثر شهرة في الثمانينات في مزرعة «سوبومر» في تاهيتي، بولينيزيا الفرنسية، وفي أوائل 2000s في مزرعة بليز للاستزراع المائي أو «BAL» الواقعة في بليز، أمريكا الوسطى. وكانت الغلة التي تم الحصول عليها باستخدام 1000 مليسنة/سوب خزانات خرسانية و 1.6 هكتار من البرك المزروعة المبطنة ما يقرب من 20 إلى 25 طن/هكتار في السنة مع محصولين في سوبومر ودورة من 11 إلى 26 طن/هكتار في BAL، على التوالي. وفي الآونة الأخيرة، تم التوسع بنجاح في زراعة الروبيان على نطاق واسع في آسيا وأمريكا الجنوبية والوسطى وكذلك في الدفيئات الصغيرة الحجم في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا ومناطق أخرى. على الأقل في مرحلة واحدة (مثل مرحلة الحضانة) تم استخدام BFT بنجاح كبير في المكسيك والبرازيل والإكوادور وبيرو. بالنسبة للزراعة التجارية Tilapia_، تستخدم المزارع في المكسيك وكولومبيا وإسرائيل BFT مع إنتاج حوالي 7 إلى 30 كجم/msup3/sup (Avnimelech 2015) (الشكل 12.5 ب). وبالإضافة إلى ذلك، تم استخدام هذه التكنولوجيا (في البرازيل وكولومبيا على سبيل المثال) لإنتاج أحداث البلطي (\ ~ 30 جم) لمزيد من المخزون في الأقفاص أو البرك الترابية (Durigon et al. 2017). تم تطبيق BFT بشكل رئيسي على استزراع الجمبري وإلى حد ما مع البلطي. وقد تم اختبار الأنواع الأخرى وإظهار الوعد، كما لوحظ لسمك السلور الفضي (Rhamdia quelen) (بولي وآخرون، 2015)، الكارب (زهاو وآخرون، 2014)، البيراكانجوبا (Brycon orbignyanus) (سنولين وآخرون، 2018)، الكاشاما (Colossoma macropoma macropom) (al., 2011) و أنواع أخرى من القشريات مثل Macrobrachium روزنبرجيي (كراب وآخرون، 2010)، فارفانتبينايوس برازيلينسيس (إميرنسيانو وآخرون، 2012)، F. بولينسيس (بالستر وآخرون، 2010)، بينايوس سيميسولكاتوس (مجاهد، 2010)، _L. وآخرون، 2011) و ب. موندون (أرنولد وآخرون، 2006). ويتضح الاهتمام بالصندوق من تزايد عدد الجامعات ومراكز البحوث التي تضطلع ببحوث خاصة في الميادين الرئيسية المتمثلة في إدارة النمو، والتغذية، والإنجاب، والإيكولوجيا الجرثومية، والتكنولوجيا الأحيائية، والاقتصاد.

12.6.2 كيف يعمل BFT؟

تلعب الكائنات الحية الدقيقة دورًا رئيسيًا في أنظمة BFT (مارتينيز قرطبة وآخرون 2015). ويتم الحفاظ على نوعية المياه، وذلك أساسا من خلال السيطرة على المجتمع البكتيري على الكائنات الدقيقة الغذائية الذاتية، وذلك باستخدام نسبة عالية من الكربون إلى النيتروجين (C: N) حيث يمكن بسهولة تناول المنتجات الثانوية النيتروجينية بواسطة البكتيريا المتغايرة. في بداية دورات الثقافة مطلوب نسبة عالية من الكربون إلى النيتروجين لضمان النمو الأمثل للبكتيريا متغاير التغذية، وذلك باستخدام هذه الطاقة لصيانتها ونموها (Avnimelech 2015). وبالإضافة إلى ذلك، فإن مجموعات الكائنات الحية الدقيقة الأخرى حاسمة في نظم BFT. يستقر مجتمع البكتيريا الكيميائية (أي البكتيريا النتروية) بعد حوالي 20-40 يومًا، وقد يكون مسؤولاً عن ثلثي استيعاب الأمونيا في النظام (Emerenciano et al. 2017). وبالتالي، ينبغي تخفيض إضافة الكربون الخارجي واستبدال القلوية التي تستهلكها الكائنات الحية الدقيقة بمصادر مختلفة من الكربونات/البيكربونات (Furtado et al. 2011). يعتمد استقرار تبادل المياه عند الصفر أو الحد الأدنى على التفاعل الديناميكي بين مجتمعات البكتيريا والطحالب الدقيقة والفطريات والبروتوزوان والديدان الخيطية والروتيفر وغيرها التي ستحدث بشكل طبيعي (MartinezCordoba et al. 2017). المجاميع (bioflocs) هي مصدر طبيعي غني بالبروتين والدهون للأغذية التي تصبح متاحة 24 ساعة في اليوم بسبب التفاعل المعقد بين المادة العضوية والركيزة الفيزيائية ومجموعة كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة (Kuhn and Boardman 2008؛ Ray et al. 2010). تلعب الإنتاجية الطبيعية في شكل من أشكال إنتاج الكائنات الحية الدقيقة ثلاثة أدوار رئيسية في الخزانات أو المجاري المائية أو البرك المبطنة: (1) في الحفاظ على جودة المياه، عن طريق امتصاص مركبات النيتروجين المولدة للبروتين الميكروبي في الموقع؛ (2) في التغذية، وزيادة جدوى الاستزراع عن طريق الحد من الأعلاف و نسب التحويل و انخفاض تكاليف الأعلاف; و (3) التنافس مع مسببات الأمراض (Emerenciano et al. 2013).

و فيما يتعلق بنوعية المياه بالنسبة لل كائنات المستزرعة, فإن زيادة المواد العضوية الجسيمية و مركبات النيتروجين السمية هي الشاغل الرئيسي في النظم الأحيائية, إلى جانب الأكسجين. وفي هذا السياق، تحدث ثلاثة مسارات لإزالة النيتروجين الأمونيا: بمعدل أقل (1) الإزالة الضوئية بواسطة الطحالب وبمعدل أعلى (2) التحويل البكتيري غير الغذائي لنيتروجين الأمونيا مباشرة إلى الكتلة الحيوية الميكروبية و (3) التحويل البكتيري التلقائي من الأمونيا إلى النترات ( مارتينيزكوردوبا وآخرون 2015). ويمكن استخدام النترات المتاحة في النظم بالإضافة إلى العناصر الغذائية الثانوية والرئيسية الأخرى المتراكمة خلال الدورة كركيزة لنمو النباتات في النظم المائية (Pinho et al. 2017).

12.6.3 BFT في أكوابونيكش

إن تطبيق BFT في الأنظمة المائية جديد نسبياً، على الرغم من أن Rakocy (2012) يذكر مشروعاً تجريبياً تجاريياً مع البلطي. ويلخص الجدول 12-2 الدراسات الرئيسية الحديثة التي استخدمت BFT في النظم المائية.

وبشكل عام، تبين النتائج أن التكنولوجيا الحيوية يمكن استخدامها وإدماجها في إنتاج الأسماك أو نبات الروبيان. وبالمقارنة مع أنظمة الاستزراع المائي التقليدية الأخرى (مثل RAhman 2010; Pinho et al. 2017)، حسنت بالفعل غلة النباتات والأسماك، وعززت جودة بصرية أفضل للنباتات (Pinho et al. 2017)، ولكن ليس في جميع الحالات (Rahman 2010; Pinh ولاحظ بينهو وآخرون (2017) أن غلات الخس مع نظام BFT كانت أكبر مقارنة بنظام إعادة تدوير المياه الصافية (الشكل 12.6). وربما يرجع ذلك إلى ارتفاع توافر المغذيات التي توفرها

** الجدول 12-2** دراسات حديثة في جميع أنحاء العالم تطبق BFT في النظم المائية لمختلف الأنواع المائية والنباتية

الجدول ثياد tr class = «رأس» أنواع/ال ال الأنواع النباتية /ث ال النتائج الرئيسية /ث ال المراجع /ث /tr /thead tbody tr class = «غريب» Tdtilapia/TD TD خس /td TD لم تحسن تكنولوجيا بيوفلوك إنتاج الخس بالمقارنة مع المحلول المائي التقليدي /td TD الرحمن (2010) /td /tr tr class = «حتى» Tdtilapia/TD TD خس /td TD تم تحسين العائد والجودة البصرية من الخس باستخدام BFT بالمقارنة مع نظام إعادة تدوير المياه واضحة /td TD بينهو وآخرون (2017) /td /tr tr class = «غريب» تدتيلابيا (الحضانة) /td TD خس /td TD تأثر أداء النبات (الخس) باستخدام *البلطي في مرحلة الحضانة (1-30 جم) سلباً بمياه الصرف الصحي الحيوية مقارنة بمياه الصرف الصحي RAS بعد دورتين نباتيتين (13 يوماً لكل منهما). كانت الجوانب البصرية للنباتات أفضل في راس بالمقارنة مع BFT /td TD بينهو (2018) /td /tr tr class = «حتى» Tdtilapia/TD TD خس /td TD وقد أثر وجود عناصر الترشيح (فلتر ميكانيكي وفلتر بيولوجي) بشكل إيجابي على إنتاج الخس في الأنظمة المائية مقارنة بالمعالجة بدون مرشحات باستخدام BFT /td TD باربوسا (2017) /td /tr tr class = «غريب» Tdtilapia/TD TD خس /td TD يمكن إجراء الملوحة المنخفضة (3 جزء من البيت) في أكوابونيكش باستخدام بفت. وأشارت المعلمات البصرية والأداء إلى أن الصنف الأرجواني كان أداء أفضل من الأصناف السلس والمتموج /td TD لينز وآخرون (2017) /td /tr tr class = «حتى» TDSilver سمك السلور /TD TD خس /td TD استخدام بيوفلوكوس في نظام أكوابونك قد يحسن إنتاجية الخس في ثقافة متكاملة مع سمك السلور الفضي /td TD روشا وآخرون (2017) /td /tr tr class = «غريب» تيليتوبينايوس فانامي/ط/تد TD إيساركوكورنيا غاما/ط /td TD لم يتأثر أداء ishrimp البحري L. vannamei/i من المواد الكيميائية. غباس/ط متكاملة الإنتاج المائي وأيضا تحسين استخدام المغذيات (مثل النيتروجين) في نظام الاستزراع /td TD بينهيرو وآخرون (2017) /td /tr /tbody /الجدول

** الشكل 12-6** الدفيئة المائية التجريبية التي تقارن التكنولوجيا الحيوية ومياه الصرف الصحي RAS في جامعة ولاية سانتا كاتارينا (UDESC)، البرازيل. (المصدر: بينهو وآخرون 2017)

النشاط الميكروبي العالي. ومع ذلك، لم يلاحظ هذا الاتجاه في الدراسة التي أجراها رحمان (2010)، الذي قارن النفايات السائلة من الاستزراع السمكي في نظام BFT بمحلول مائي تقليدي في إنتاج الخس. بالإضافة إلى ذلك، بينهو

الشكل 12.7 إنتاج هالوفيت عالية الملوحة ساركوكورنيا غابا أكوابونيكش متكامل مع الروبيان الأبيض المحيط الهادئ Litopenaeus vannamei بنجاح في تطبيق التكنولوجيا الحيوية في جامعة سانتا كاتارينا الاتحادية (UFSC)، البرازيل. (المصدر: LCM-UFSC، البرازيل)

الشكل 12.8 إنتاج الخس Aquaponics متكامل مع Tilapia باستخدام تقنية biofloc (يسار) وتراكم المواد الصلبة المعلقة في جذور الخس (يمين). باربوسا (2017)

(2018) في دراسة حديثة أن الأداء الإنتاجي للخس في النظام المائي باستخدام Tilapia في مرحلة الحضانة (1-30 جم) تأثر سلباً بمياه الصرف الصحي الحيوية مقارنة بمياه الصرف الصحي RAS على مدى 46 يوماً. ويحدد التباين في النتائج الحاجة إلى إجراء دراسات إضافية في هذا المجال.

يمكن استخدام BFT مع المياه المنخفضة الملوحة، على سبيل المثال مع بعض أصناف الخس (Lenz et al. 2017)، ويمكن استخدام مياه الملوحة الأعلى، على سبيل المثال مع أنواع نباتات الهالوفيت مثل Sarcocornia الغامضة مع الروبيان الأبيض المحيط الهادئ Litopenaeus vannamei (Pinheiro et al. 2017) (الشكل 12.7). كما أظهر سمك السلور الفضي Rhamdia quelen إمكانات جيدة لدمج أكوابونيكش مع BFT (Rocha et al. 2017).

مع BFT، يمكن أن يؤثر تركيز المواد الصلبة بشدة على الجذور ويؤثر على امتصاص المغذيات وتوافر الأكسجين. ونتيجة لذلك، يمكن أن تتأثر الغلة ولكن أيضا بالجودة البصرية للنباتات (مثل الخس) التي تعتبر معيارا هاما للمستهلكين. مع وضع ذلك في الاعتبار، تعتبر إدارة المواد الصلبة موضوعًا مهمًا لمزيد من الدراسات حيث يتم النظر في تأثير المواد الصلبة (جزء الجسيمات والكسر المذاب أيضًا) في الأنظمة المائية عند تطبيق BFT (الشكل 12.8). وبالإضافة إلى ذلك، يجب إجراء دراسات اقتصادية لمقارنة التكاليف التي تنطوي عليها مختلف نظم الاستزراع المائي وزراعة النباتات وتحديد الملاءمة بالنسبة للمواقع والظروف المختلفة.