6-1 مقدمة

تحتوي إعادة تدوير المياه في جزء الاستزراع المائي من نظام الأحياء المائية على كل من الجسيمات والمواد العضوية المذابة (POM, DOM) التي تدخل النظام في المقام الأول عن طريق علف الأسماك؛ يبقى جزء الأعلاف التي لا تؤكل أو تستقلبها الأسماك كنفايات في مياه نظام الاستزراع المائي (RAS) ، إما في شكل مذاب (مثل الأمونيا) أو كمواد صلبة معلقة أو مستوية (مثل الحمأة). وبمجرد إزالة معظم الحمأة عن طريق الفصل الميكانيكي، لا يزال يتعين إزالة المادة العضوية المذابة المتبقية من نظام RAS. وتعتمد هذه العمليات على الميكروبيوتا في مختلف المرشحات الحيوية للحفاظ على نوعية المياه للأسماك وتحويل النفايات غير العضوية/العضوية إلى أشكال من المغذيات المتاحة بيولوجيا للنباتات. وتشمل المجتمعات الميكروبية في نظام أكوابونيكش البكتيريا والعتيقة والفطريات والفيروسات والبروتيست في التجمعات التي تتقلب في تكوينها على أساس انحسار وتدفق المغذيات والتغيرات في الظروف البيئية مثل الرقم الهيدروجيني والضوء والأكسجين. وتؤدي المجتمعات الجرثومية دوراً هاماً في عمليات إزالة التلوث والتمعدن (انظر [الفصل 10](/المجتمع/المقالات/الفصل 10-المعالجة الهوائية واللاهوائية - من أجل الحوائط المائية - الحمأة - التخفيض والتمعدن))، ومن ثم لها أدوار رئيسية في الإنتاجية الإجمالية للنظام، بما في ذلك الأسماك و الرعاية الصحية, و صحة النباتات.

وتتمثل التحديات في أي نظام أكوابوني في التحكم في المدخلات - المياه، والإصبعيات، والأعلاف، والنباتات - والميكروبيوتا المرتبطة بها إلى أقصى حد من فوائد المواد العضوية وانهيارها إلى أشكال متاحة بيولوجيا للكائنات المستهدفة. وبالنظر إلى أن بارامترات النمو البيئي المثلى والمغذيات تختلف بالنسبة للأسماك والنباتات (انظر [الفصل 8](/المجتمع/المقالات/الفصل 8-المفكوك - أكوابونيكس))، يجب وضع مختلف نظم الفصل والتهوية، والمرشحات الحيوية التي تحتوي على تجمعات ميكروبية ذات صلة، عند نقاط استراتيجية في من أجل المساعدة على الحفاظ على مستويات المغذيات و الأس الهيدروجيني و الأكسجين المذاب ضمن النطاقات المرغوبة لكل من الأسماك و الأنواع النباتية المستهدفة. والواقع أن بارامترات نوعية المياه، بما في ذلك درجة الحرارة، والتوصيل الكهربائي، وإمكانات الأكسدة، ومستويات المغذيات، وثاني أكسيد الكربون، والإضاءة، ومعدلات الأعلاف والتدفق، تؤثر جميعها على سلوك وتكوين المجتمعات الجرثومية داخل نظام الأحياء المائية (Junge et al. 2017). وفي هذا الصدد، من المهم تحسين الإعداد والتشغيل بحيث تسهم كل وحدة بكميات كافية من أشكال المغذيات المتاحة بيولوجيا لخلفها، بدلا من تمكين انتشار مسببات الأمراض أو الميكروبات الانتهازية التي يمكن أن تستهلك الجزء الأكبر من المغذيات الكبيرة اللازمة في أسفل المجرى.

يمكن لمختلف التقنيات لتحليل المجتمعات الميكروبية أن تسفر عن معلومات هامة حول التغيرات في بنية المجتمع والوظيفة مع مرور الوقت في تكوينات أكوابونك مختلفة. ومن خلال ربط هذه التغييرات بالتوافر البيولوجي للمغذيات والبارامترات التشغيلية، يمكن تقليل الإنتاج المفرط أو الناقص للمغذيات الأساسية أو إنتاج المنتجات الثانوية الضارة. فعلى سبيل المثال، يعتمد تحقيق أقصى قدر من استعادة المغذيات النباتية المفيدة من النفايات العضوية في عنصر الأسماك في المقام الأول على قدرة الميكروبيوتا على تيسير انهيار المغذيات ضمن سلسلة من المرشحات الحيوية وهضمات الحمأة، التي يستند أداؤها إلى مجموعة من البارامترات التشغيلية مثل معدلات التدفق و وقت الإقامة و الأس الهيدروجيني (فان رين 2013). وبما أن نظام أكوابونيكش لا يشمل هضم الحمأة، فإننا سوف نتناول هذا الجانب بمزيد من التفصيل في النصف الأخير من هذا الاستعراض مع إحالة القارئ إلى [الفصل 3](/المجتمع/المقالات/الفصل 3-إعادة تدوير التكنولوجيات) لمزيد من التفاصيل حول تقنيات الفصل الصلبة والفصول. [7](/ المجتمع/المقالات/الفصل 7-المقترن - أكوابونيكس-سيستمز) و 8 للمناقشات حول نظام أكوابونيكش إلى جانب مقابل فصل. إذا نظرنا هنا فقط الجسيمات المذابة والمعلقة في الماء (وليس الحمأة)، فإن جميع نظام aquaponics تستخدم مجموعة من الفلاتر الحيوية المختلفة التي تعرض الكائنات الحية الدقيقة المرفقة إلى المواد العضوية التي تمر من خلال المرشح وتوفير الركيزة المناسبة والمساحة السطحية الكافية ل التعلق الميكروبي وتشكيل biofilms. ويوفر تحلل هذه المادة العضوية الطاقة للمجتمعات الجرثومية، التي بدورها تطلق المغذيات الكبيرة (مثل النترات والفوسفات العظمية) والمغذيات الدقيقة (مثل الحديد والزنك والنحاس) إلى النظام بأشكال قابلة للاستخدام (Blancheton et al. 2013؛ Schreier et al. 2010؛ Vilbergsson et al. 2016a).

و هناك بحوث زراعية كبيرة عن دور الجراثيم في تجذير النباتات و نموها و صحتها. وتركز هيمنة هذا البحث على النظم القائمة على التربة؛ ومع ذلك، زادت البحوث في مجال الزراعة المائية أيضا في السنوات الأخيرة (Bartelme et al. 2018). كما تميزت الميكروبيوتا في الاستزراع المائي بشكل جيد، حيث حظي دور الميكروبات في صحة الأسماك وهضمها باهتمام كبير حيث يحاول الباحثون تحسين توصيف دور صحة الأمعاء في استيعاب المغذيات. وبالنظر إلى أهمية الترشيح الأحيائي في نظم RAS، فإن البكتيريا المشاركة في عملية النترجة في نظام RAS قد درست أيضاً دراسة جيدة نسبياً، وبالتالي لا يتم تناولها هنا (انظر الفصل [10](./10-المعالجة الهوائية واللاهوائية - من أجل الحمأة المائية - الاختزال - المعادن) و [12](/المجتمع /المقالات/الفصل 12-أكوابونيك-البديل أنواع والنهج)). ومع ذلك، كانت هناك بحوث محدودة نسبيا على الميكروبات في نظام الأحياء المائية، وخاصة التفاعلات الحاسمة للميكروبيوتا بين مختلف أجزاء النظام. هذا النقص في البحوث يحد حاليا من نطاق وإنتاجية هذه النظم، حيث هناك إمكانات كبيرة لتعزيز مع ما قبل والبروبيوتيك، فضلا عن فرص أخرى لتحسين صحة نظام أكوابونيكش من خلال فهم أفضل، وبالتالي تحسين القدرة على السيطرة، واسعة مجموعة من الميكروبيوتا غير المميزة التي تؤثر على صحة النظام والأداء.

وعلى هذا النحو، يركز هذا الفصل في المقام الأول على الدراسات الحديثة التي تكشف كيف وأين تحدد المجتمعات الجرثومية الإنتاجية داخل المقصورات، مع تسليط الضوء أيضا على العدد الصغير نسبيا من الدراسات التي تربط تلك المجتمعات الجرثومية بالتفاعلات بين المكونات والنظام العام الإنتاجية. ونحاول تحديد الثغرات التي يمكن أن تتصدى فيها معرفة المزيد عن المجتمعات الجرثومية للتحديات التشغيلية وتقديم رؤى هامة لتعزيز الكفاءة والموثوقية.