3.6 راس و أكوابونيكش

أنظمة أكوابونك هي فرع من تقنيات إعادة تدوير الاستزراع المائي حيث يتم تضمين المحاصيل النباتية إما لتنويع إنتاج الأعمال التجارية، لتوفير قدرة إضافية على تنقية المياه، أو مزيج من الاثنين.

كفرع من RAS، ترتبط الأنظمة المائية بنفس الظواهر الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التي تحدث في RAS. ولذلك، فإن نفس أساسيات إيكولوجيا المياه، وميكانيكا السوائل، ونقل الغاز، وإزالة المياه وما إلى ذلك تنطبق بشكل أو بآخر على أكوابونيكش باستثناء مراقبة جودة المياه، حيث أن النباتات والأسماك قد تكون لها متطلبات محددة ومختلفة.

كما ترتبط الحقائق الاقتصادية الأساسية لل RAS و aquaponics. وكلتا التكنولوجيان، تتسم بكثافة رأس المال وبدرجة عالية من التقنية وتتأثر بوفورات الحجم والتصميم المناسب للمكونات والاعتماد على ظروف السوق وخبرة المشغلين.

3-6-1 الرعاية

في النظم المائية، ينبغي زيادة امتصاص المغذيات إلى أقصى حد من أجل الإنتاج الصحي للكتلة الحيوية النباتية ولكن دون إهمال أفضل ظروف الرفاه للأسماك من حيث نوعية المياه (يلدز وآخرون 2017). ومن المهم أيضا اتخاذ تدابير للحد من مخاطر إدخال أو انتشار الأمراض أو العدوى وزيادة الأمن البيولوجي في علم الأحياء المائية. وينبغي أيضاً أن تؤخذ في الاعتبار التأثيرات المحتملة للمواد الكيميائية، أي المواد الكيميائية التي تطلق من النباتات. وعلاوة على ذلك، ينبغي النظر بعناية في تأثير هضم النظام الغذائي، وحجم جزيئات البراز ونسبة التسوية على نوعية المياه. لا يزال هناك نقص في المعرفة فيما يتعلق بالعلاقة بين المستويات المناسبة للمعادن التي تحتاجها النباتات، والتمثيل الغذائي للأسماك، والصحة والرعاية الاجتماعية (يلدز وآخرون 2017)، الأمر الذي يتطلب المزيد من البحث.

3.6.2 التنوع الميكروبي والتحكم فيه

وكما ذكر سابقا في الفصل، تجمع الأحياء المائية بين نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي ووحدة مائية. واحدة من أهم سماته هو الاعتماد على البكتيريا ومنتجاتها الأيضية. أيضا، [القسم 3.2.6](/المجتمع/المقالات/3-2-استعراض مراقبة جودة المياه في راس #326 -نترات). ناقش أهمية المجتمعات الميكروبية والسيطرة عليها في RAS. وتعمل البكتيريا كجسر يربط بين فضلات الأسماك، التي تتسم بتركيز الأمونيوم، وبين زراعة الأسمدة، التي ينبغي أن تكون مزيجاً من الأمونيوم المنخفض والنترات العالية (Somerville et al. 2014). وبما أن النظم المائية يمكن أن تحتوي على وحدات فرعية مختلفة، أي خزانات أسماك، ومرشح أحيائي، ومرشح طبل، وصهاريج المستوطنين، ووحدات مائية، ولكل منها تصاميم ممكنة مختلفة وظروف مثالية مختلفة، فإن المجتمعات الميكروبية في هذه المكونات قد تختلف اختلافا كبيرا. وهذا يوفر موضوعا مثيرا للاهتمام من البحث مع الهدف النهائي لتحسين عمليات إدارة النظام. حاول شماوتز وآخرون (2017) توصيف المجتمع الميكروبي في مناطق مختلفة من النظم المائية. وخلصوا إلى أن براز الأسماك يحتوي على مجتمع منفصل تهيمن عليه البكتيريا من جنس - Cetobacterium_، في حين أن العينات المأخوذة من جذور النباتات، والمرشح الحيوي، والبيفيتون كانت أكثر تشابهاً لبعضها البعض، مع وجود مجتمعات بكتيرية أكثر تنوعاً. تحتوي عينات المرشحات الحيوية على أعداد كبيرة من Nitrospira (3.9٪ من مجموع المجتمع) التي لم يتم العثور عليها إلا بأعداد قليلة في بيريفيتون أو جذور النباتات. من ناحية أخرى، تم العثور على نسب صغيرة فقط من Nitrosomonadales (0.64٪) و Nitrobacter (0.11٪) في نفس العينات. يتم اختبار هذه المجموعة الثانية من الكائنات الحية عادة لوجودها في أنظمة أكوابونيكش لأنها تعتبر مسؤولة أساسا عن النتريفير (Rurangwa وVerdegem 2015؛ Zou et al. 2016)؛ تم وصف Nitrospira مؤخرا فقط بأنه نتريفير الكلي (Daims et al. 2015)، لتكون قادرة على تحويل مباشرة الأمونيوم إلى نترات في النظام. وبالتالي فإن هيمنة Nitrospira هي حداثة في مثل هذه الأنظمة وقد تكون مرتبطة مع اختلاف في الإعداد الأساسي (Graber et al. 2014).

كما أكد شماوتز وآخرون (2017) أن زيادة وجود Nitrospira لا ترتبط بالضرورة بالنشاط الأكبر لهذه الكائنات في النظام، حيث لم يتم قياس أنشطتها الأيضية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من أنواع البكتيريا والقولونية موجودة بطبيعتها في الفلاتر الحيوية المعاد تدوير أكوابونك التي تقوم بتحولات المواد العضوية ونفايات الأسماك. وهذا يعني وجود العديد من الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تكون مسببات الأمراض للنباتات والأسماك، وكذلك للناس. ولهذا الغرض، اعتبرت بعض الكائنات الحية الدقيقة مؤشرات سلامة المنتجات ونوعية المياه في النظام (Fox et al. 2012). بعض مؤشرات السلامة هذه هي Escherichia coli و Salmonella spp. وهكذا أجريت مؤخراً بحوث تمس الحاجة إليها من أجل التأكد من السلامة الميكروبية للمنتجات المائية (Fox et al. 2012؛ Sirsat and Neal 2013). تم تحديد أحد الاتجاهات المستقبلية لتحليل النشاط الميكروبي في الأحياء المائية من قبل مونغيا-فراغوزو وآخرون (2015)، الذي استعرض تقنيات Omic لتحليل المجتمع الميكروبي. وخلصوا إلى أن تحليل الميتاجينوميك/ميتاترانسكريبتوميك سيكون حاسما في الدراسات المقبلة للتنوع الميكروبي في النظم الحيوية المائية.

• من فترة من التوحيد التكنولوجي إلى عهد جديد من التنفيذ الصناعي، تطورت تكنولوجيا RAS بشكل كبير على مدى العقدين الماضيين. شهدت السنوات القليلة الماضية زيادة في عدد ونطاق مزارع الاستزراع المائي المعاد تدويرها. ومع تزايد قبول التكنولوجيا، لا تزال هناك تحسينات على النهج الهندسية التقليدية والابتكارات والتحديات التقنية الجديدة آخذة في الظهور.

• تجمع أكوابونيكش بين نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي مع وحدة مائية. RAS هي أنظمة إنتاج مائية معقدة تنطوي على مجموعة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.

• الأكسجين المذاب (DO) هو عموما أهم معلمة نوعية المياه في النظم المائية المكثفة. ومع ذلك، فإن إضافة ما يكفي من الأوكسجين إلى مياه التربية يمكن أن يتحقق ببساطة نسبيا، وبالتالي فإن السيطرة على بارامترات المياه الأخرى تصبح أكثر تحديا.

• التركيزات العالية لثاني أكسيد الكربون المذاب (Cosub2/sub) لها تأثير سلبي على نمو الأسماك. إن إزالة مادة Cosub2/sub من الماء إلى تركيزات تقل عن 15 ملغم/لتر أمر صعب بسبب قابلية الذوبان العالية والكفاءة المحدودة لمعدات التفريغ.

• تم التعامل مع الأمونيا تقليديا في أنظمة إعادة تدوير مع الفلاتر الحيوية النتريفيج. ويجري استكشاف بعض التكنولوجيات الناشئة كبدائل لإزالة الأمونيا.

• تنتج المواد الصلبة الحيوية في RAS من علف الأسماك، والبراز، والأفلام الحيوية، وهي واحدة من أكثر معايير جودة المياه أهمية وصعوبة التحكم فيها. نظام العلاج متعدد الخطوات حيث المواد الصلبة من مختلف الأحجام وإزالتها عن طريق آليات مختلفة، هو النهج الأكثر شيوعا.

• يمكن استخدام الأوزون، كمؤكسد قوي، في RAS للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة والنتريت والمواد الدبوطية. يعمل الأوزون على تحسين أداء مرشح الميكروسكرين ويقلل من تراكم المادة الذائبة التي تؤثر على لون الماء.

• مفاعلات إزالة النيترينغ هي مفاعلات بيولوجية تعمل عادة في ظل ظروف لاهوائية و عادة ما تكون مداوي بنوع من مصادر الكربون مثل الإيثانول و الميثانول و الجلوكوز و دبس السكر. ومن أبرز تطبيقات نظم إزالة النتروتروية في الاستزراع المائي هو «التبادل الصفري».

• في أنظمة إنتاج الاستزراع المائي تلعب المجتمعات الجرثومية أدوارا هامة في إعادة تدوير المغذيات، وتدهور المواد العضوية، ومعالجة الأمراض ومكافحتها. و تواجه فكرة استخدام المياه الناضجة الميكروبيولوجية لمكافحة مسببات الأمراض الانتهازية تحديا لدور تطهير المياه في المناطق الجافة.

• في RAS المكثف، ترتبط رعاية الحيوان ارتباطًا وثيقًا بأداء الأنظمة. وكان الهدف الرئيسي من بحوث رعاية الحيوان في RAS هو بناء وتشغيل نظم تزيد الإنتاجية إلى أقصى حد وتقليل الإجهاد والوفيات إلى أدنى حد.