7-8 المسائل المتعلقة بتخطيط النظام وإدارتها

وتعتمد الأحياء المائية المقترنة على العناصر المغذية التي يتم توفيرها من وحدات الأسماك، سواء أكانت عبارة عن مركب تجاري كثيف أو خزانات مخزنة في ظروف واسعة النطاق في عمليات أصغر حجما. وتتراوح كثافة الأسماك في هذه الأخيرة في كثير من الأحيان بين 15 و20 كجم/مسوب/سوب (البلطي، الكارب)، ولكن إنتاج سمك السلور الأفريقي الواسع يمكن أن يكون أعلى من 50 كجم/مسوب/سوب. وتؤثر كثافات التخزين المختلفة هذه تأثيراً كبيراً على تدفقات المغذيات وتوافر المغذيات للنباتات، وشرط مراقبة جودة المياه وتعديلها، فضلاً عن ممارسات الإدارة المناسبة.

و تعتمد نوعية مياه العملية فيما يتعلق بتركيزات المغذيات في المقام الأول على تكوين العلف و معدلات دوران الأسماك ذات الصلة. الفرق بين مدخلات الأعلاف ومغذيات الأعلاف، الاستيعاب داخل الأسماك أو الفقدان من خلال صيانة النظام، يساوي أقصى قدر ممكن من المغذيات النباتية المتاحة من الاستزراع المائي. وكما لوحظ أعلاه، ينبغي تعديل تركيزات المغذيات إلى المستويات التي تسمح للنباتات بالنمو بفعالية. ومع ذلك، ليس كل أنواع الأسماك قادرة على تحمل مثل هذه الظروف. ونتيجة لذلك، فإن الأنواع السمكية المرنة مثل سمك السلور الأفريقي أو البلطي أو الكارب هي المرشحة للأحواض المائية المفضلة. وفي جامعة روستوك، تم تحليل سمك السلور بأكمله ونظامه الغذائي القياسي كقيم للمخرجات والمدخلات لتحديد معدلات دوران المغذيات الكبيرة N و P و K و Ca و Mg و S والمغذيات الدقيقة Fe و Mn و Mo و Cu و Zn و Se. وباستثناء P، لا يتم الاحتفاظ بأكثر من 50٪ من مغذيات العلف التي تعطى للأسماك في جسمها ويمكن اعتبارها متاحة كمواد غذائية نباتية (Strauch et al. 2018؛ الشكل 7.12). ومع ذلك، لا يتم توزيع هذه العناصر الغذائية بالتساوي داخل مياه العملية والرواسب. خاصة المغذيات الكبيرة (N، P، K) تتراكم في المياه العملية وكذلك داخل الجزء الصلب في حين تختفي المغذيات الدقيقة، مثل الحديد، في الجزء الصلب مفصولة بواسطة المرطب. ويبين الشكل 7-13 ناتج المغذيات لكل تنظيف مرطب بعد 6 أيام من جمع الحمأة في سمك السلور الأفريقي المكثف. نسب المواد الغذائية الأساسية النباتية التي ترتبط في المواد الصلبة بالنسبة إلى الكميات المعنية التي تظهر الذائبة كبيرة: N = 48٪، P = 61٪، K = 10٪، كاليفورنيا = 48٪، ملغ = 16٪، S = 11٪، Fe = 99٪، Mn = 86٪، مو = 100٪، الزنك = 48٪ و Cu = 55٪.

** الشكل 7-12** المغذيات غير المستخدمة في تربية أسماك السلور الأفريقية التي يمكن أن تكون متاحة لإنتاج النباتات المائية (البيانات الأصلية)

الشكل 7-13 توزيع المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة داخل مياه العملية والمواد الصلبة. (بيانات من ستراوتش وآخرون (2018))

أحد عوامل الإدارة الرئيسية هو توافر الأكسجين داخل النظام، وهو أمر حاسم للحفاظ على تركيز نترات النبات المتاحة في مياه العملية عالية. وتزيل أجهزة التصفيح التقليدية التي يتم تطبيقها في العديد من النفايات الصلبة الغنية بالكربون من إعادة الدوران ولكنها ستتركها على اتصال بمياه المعالجة حتى فترة التنظيف التالية لخزان الترسيب. خلال هذا الوقت، يتم استخدام المادة العضوية الغنية بالكربون كمصدر للطاقة عن طريق إزالة البكتيريا، مما يمثل خسائر كبيرة من النترات. فإنه يخرج كما النيتروجين في الغلاف الجوي ويفقد. وفي ظل ظروف الإنتاج المكثفة، تتراكم كميات كبيرة من الحمأة العضوية داخل صهاريج الترسيب، مع ما يترتب على ذلك من عواقب على الصيانة والاستبدال بالمياه العذبة، وبعد ذلك على تكوين المغذيات داخل مياه العملية. ويوضح الشكل 7-14 تركيزات المغذيات في خزانات حفظ أسماك السلور الأفريقية RAS تحت ثلاث كثافات تخزين مختلفة (واسعة: 35 سمكة/صهريج، شبه كثيفة: 70 سمكة/صهريج، مكثف: 140 سمكة/خزان). وكلما ارتفعت كثافة التخزين وانخفاض محتوى الأكسجين الناتج داخل النظام، وانخفاض هو نترات النبات المتاحة لكل كيلوغرام تغذية داخل النظام.

** الشكل 7.14** الميزانية لكل كيلوغرام من العلف ومستوى الأكسجين في تربية أسماك السلور الأفريقية تحت ثلاث كثافات تخزين مختلفة (البيانات الأصلية)

بشكل عام، مع زيادة كثافة الأسماك، يتناقص توافر الأكسجين داخل النظام بسبب استهلاك الأكسجين من قبل الأسماك والهضم الحمأة الهوائية داخل المرطب والنظم الفرعية المائية. ويمكن الحفاظ على مستويات الأكسجين عند مستويات أعلى، ولكن هذا يتطلب استثمارًا إضافيًا لمراقبة الأكسجين والتحكم فيه. وتكتسي هذه المسألة أهمية كبيرة بالنسبة للأحياء المائية المقترنة، منذ بداية مرحلة التخطيط للأنظمة لأن السيناريوهات المختلفة حاسمة بالنسبة للإنتاج السمكي المخطط، ونوعية مياه العملية الناتجة لوحدات إنتاج النبات، وبالتالي بالنسبة للاقتصاد الاقتصادي الاستدامة. ويمكن تعريف أربعة مبادئ أساسية لنظم الإنتاج المائي المقترنة مع عواقب إدارية من حيث تصميم النظام وإجراءات الصيانة وتوافر المغذيات لنمو النبات، مع التحولات فيما بينها، على النحو التالي:

• إنتاج مكثف، أسماك مرنة أكسجين (مثل البلطي، الكارب)، لا تحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 ملغم/لتر، استخدام قليل من الماء مع تركيزات المغذيات العالية، استثمار صغير، انخفاض BOD، نترات عالية لكل كيلوغرام من العلف.

• الإنتاج المكثف، الأسماك المرنة الأكسجين (مثل سمك السلور الأفريقي)، عدم التحكم في الأوكسجين، OSUB2/sub أقل من 6 ملغم/لتر، الاستخدام العالي للمياه، الاستثمار المتوسط، ارتفاع BOD، نترات منخفضة لكل كيلوغرام من العلف، تركيزات عالية من المغذيات.

• الإنتاج المكثف، الأسماك التي تتطلب الأكسجين (مثل سمك السلمون المرقط)، التحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 إلى 8 ملغم/لتر، الاستخدام المرتفع للمياه، الاستثمار المتوسط، انخفاض BOD، نترات عالية لكل كيلوغرام من العلف، تركيزات منخفضة من المغذيات.

• الإنتاج المكثف، الأسماك التي تتطلب الأوكسجين (مثل سمك السلمون المرقط، pikeperch)، التحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 إلى 8 ملغم/لتر، الاستخدام المرتفع للمياه، الاستثمار المرتفع، انخفاض BOD، نترات متوسطة لكل كيلوغرام من العلف.

وبالإضافة إلى كثافة التخزين ومتوسط كمية الأكسجين داخل النظام، فإن نظام الإنتاج النباتي، أي الزراعة دفعة أو متداخلة، له عواقب على العناصر الغذائية المتاحة للنبات داخل مياه العملية (Palm et al. 2019). وهذا هو الحال خاصة بالنسبة للأسماك السريعة النمو، حيث يمكن أن تكون الزيادة في الأعلاف أثناء دورة الإنتاج سريعة لدرجة أنه يجب أن يكون هناك سعر صرف أعلى للمياه وبالتالي يمكن أن يزيد تخفيف المغذيات، مع ما يترتب على ذلك من عواقب على تكوين وإدارة المغذيات.

كما تحدث نفس العمليات الأكسكية أو الأنوكسي التي تحدث في RAS كجزء من النظام المائي المقارن داخل النظم الفرعية المائية. ولذلك، فإن توافر الأوكسجين وربما تهوية مياه النبات يمكن أن يكونا حاسمين من أجل تحسين نوعية المياه لتحقيق نمو جيد للنباتات. يسمح الأكسجين للبكتيريا المتغايرة بتحويل المغذيات العضوية المرتبطة إلى المرحلة الذائبة (أي نيتروجين البروتين إلى أمونيا) والبكتيريا النتريفينغ لتحويل الأمونيا إلى نترات. كما أن توافر الأكسجين في الماء يقلل أيضاً من الأيض الجرثومي الناقص للأكسجين (أي البكتيريا المخفضة للنترات و/أو الكبريتات، Comeau 2008)، وهي عمليات يمكن أن يكون لها آثار هائلة على خفض تركيزات المغذيات. تتميز تهوية الجذور أيضًا بميزة نقل الماء والمواد المغذية إلى سطح الجذر، وأن الجسيمات التي تستقر على سطح الجذر تتم إزالتها (Somerville et al. 2014).