Aqu @teach: معلمات مهمة في أكوابونيكش

بالإضافة إلى مراقبة المعلمات الفيزيائية والكيميائية العامة التي تعتبر مهمة للحفاظ على جودة المياه في الأنظمة المائية، والمعلمات البيولوجية التي تشير إلى أداء النظام وتكشف عن المشاكل المحتملة مع نوعية المياه، فمن الضروري أيضا إجراء فحوصات منتظمة على أداء التكنولوجيا (المرشحات والمياه ومضخات الهواء، وما إلى ذلك).

التكنولوجيا

إزالة المواد الصلبة

إجراءات التشغيل: من الاعتبارات الرئيسية في علم الأحياء المائية وقت الاحتفاظ وإزالة المواد الجسيمية الكبيرة. وتشمل هذه الجسيمات الطعام غير المأكل، والنفايات السمكية، فضلا عن مصادر أخرى للمواد البيولوجية، مثل جزيئات النباتات. يمكن أن تؤثر سلبًا على المعلمات الكيميائية مثل الأس الهيدروجيني و DO. وسيكون الترشيح الميكانيكي (الشاشات المادية والحواجز) الخطوة الهامة الأولى في الرصد من أجل التمكين من الإزالة الفعالة للمادة الجسيمية. الفحص البصري للشاشات والمرشحات غالبا ما يكون أفضل طريقة للتحقق من وجود جزيئات كبيرة. من المهم إزالة الجسيمات بسرعة، من أجل منعها من الانهيار إلى قطع أصغر، مما يزيد الوقت اللازم لإزالتها ويؤدي إلى زيادة الطلب على الأوكسجين بسبب زيادة حمولة المغذيات (Thorarinsdottir et al. 2015). و ينبغي تنظيف الشاشات بشكل متكرر لضمان إزالة الحطام.

الرصد: بالنسبة للجسيمات الصغيرة، فإن المقياس المفيد هو وضوح المياه، والمعروف باسم التعكر، على الرغم من أن هذا يمكن أن يكون قياسا ذاتيا، اعتمادا على الطريقة المستخدمة. الطريقة هي تمثيل لكيفية نقل الضوء جيدا من خلال الماء. السبب الرئيسي للتعكر هو المواد الصلبة المعلقة في كثير من الأحيان، والتي تحدد كمجموع المواد الصلبة المعلقة (TSS). ويمكن قياس هذه بدقة عن طريق الوزن الجاف. أولا، يتم أخذ حوالي 1 لتر من الماء من النظام. يمكن تقليل حجم العينة بالنسبة للمياه المحملة بمادة TSS، أو زيادتها إذا كانت المياه واضحة. ثم يتم تصفية عينة المياه من خلال ورقة مرشح مسبق الوزن بحجم مسام محدد. ستبقى المواد الصلبة على ورقة المرشح، والتي يمكن وزنها عندما تجف تماما (أي عندما يتوقف الورق عن فقدان الوزن بعد التجفيف المستمر). وتوفر زيادة وزن ورق الترشيح مقياساً لكمية الجسيمات الموجودة، والتي يمكن التعبير عنها بالمغ/لتر أو كغم/م³ (الأرز et al. 2012) (الجدول 2).

الجدول 2: إجراءات قياسات المواد الصلبة المعلّقة

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا تبين أن الحطام الكبير يتراكم على المرشحات بمعدلات تتجاوز قدرة المرشحات على إزالتها، فيجب تنفيذ جدول تنظيف متزايد. إذا بدأ التعكر في الزيادة، يمكن أن يكون هذا علامة على وجود مشكلة داخل نظام الترشيح. ولذلك ينبغي فحص المرشحات بانتظام لضمان عدم وجود أي انسداد، أو، إن أمكن، ينبغي تخفيض أحجام الشاشة من أجل التقاط جزيئات أصغر.

الترشيح الحيوي

إجراءات التشغيل: يجب إجراء فحوصات يومية على الوظيفة الميكانيكية لوحدة التصفية الحيوية لضمان أن نظام التهوية يعمل بشكل صحيح وأن فقاعات الهواء مرئية؛ وهذا سيضمن وجود إمدادات الهواء المناسبة للمستعمرات البكتيرية. وينبغي استبعاد الضوء من المرشح الحيوي، لأن ذلك يمكن أن يشجع نمو الطحالب؛ ولذلك ينبغي التأكد من أن أسطح المياه الحرة، أي فوق خزانات الأسماك وكذلك في وحدة النبات، مغطاة بأغطية مضادة للضوء. وقد تتراكم الحمأة أيضا على وسائط الترشيح الحيوي، لذلك ينبغي إجراء فحوصات أسبوعية لضمان أن يكون التراكم عند مستويات مقبولة، وإلا فإن كفاءة النظام يمكن أن تتعرض للخطر.

الرصد: أفضل طريقة لرصد أداء المرشح الحيوي هي تحليل المياه لمستويات الأمونيا والنتريت والنترات، باستخدام اختبارات إلكترونية متخصصة أو اختبارات قياس ضوئية لضمان الحفاظ على جودة المياه ضمن النطاقات المثلى للأنواع المستهدفة، والامتثال للمعايير الوطنية والاتحاد الأوروبي التشريعات. وعادة ما تقاس هذه التركيزات من الأمونيوم والنتريت والنترات باستخدام أجهزة استشعار إلكترونية متخصصة لأن كميات معينة تخلق توقيعات في توصيل المياه. ويمكن بعد ذلك مقارنة القراءة العددية بالمبالغ المطلوبة. طريقة أخرى لقياس مستويات هذه العناصر الغذائية هي مع اختبارات القياسات الضوئية.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: هناك العديد من الخطوات التي يجب اتخاذها إذا تم الكشف عن مستويات عالية من الأمونيا أو النتريت. أولاً، يجب التأكد مما إذا كان المرشح الأحيائي يحتوي على إمدادات مناسبة من الأوكسجين وخالية من الحمأة. وينبغي رصد الأس الهيدروجيني عن كثب، لأن النيتروجين يُحول إلى الأمونيا السامة (NH₃) عند مستويات أعلى من الأس الهيدروجيني وهو ضار بشكل خاص بالأسماك. وإذا أُبقي الرقم الهيدروجيني محايد أو حمضي، فإن النيتروجين يكون في شكل أمونيوم غير سام (NH ⁺) (انظر الجدول 3 في الفصل 5). ومن ثم ينبغي أن تتضور الأسماك جوعا لبضعة أيام لمنع زيادة الأمونيوم في شكل نفايات سمكية تضاف إلى النظام. وهذا سوف يقلل من توافر الأمونيوم، والحد من نمو النتروسوموناس، * والسماح للمستعمرات نيتروباكتر* لتحويل النتريت الزائدة إلى نترات. قد يؤثر الأمونيا والنتريت أيضًا على امتصاص الأكسجين في الأسماك، وبالتالي يجب الحفاظ على تركيزات DO في خزانات الأسماك على النحو الأمثل (Thorarinsdottir et al. 2015).

تشكيل الأفلام الحيوية

إجراءات التشغيل: لا ينبغي الاستهانة بها هو تشكيل الأفلام الحيوية، والتي يمكن أن تسد مكونات النظام مثل الأنابيب أو المنافذ أو تسبب أجهزة الاستشعار التلقائية لاتخاذ قراءات خاطئة. لذلك، يجب فحص الأفلام الحيوية وإزالتها بانتظام (يوصى بالتنظيف على أساس أسبوعي).

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا، على سبيل المثال، جهاز استشعار واحد فقط من النظام يعرض قيمة منخفضة جدا/عالية جدا في حالة إنذار الأكسجين، فمن الممكن أن بيوفيلم شكلت على أجهزة الاستشعار المقابلة، الأمر الذي يؤدي إلى قياسات غير صحيحة. وقد لوحظ أنه مع زيادة الفيلم الحيوي، تنخفض قيم EC والأكسجين باستمرار. في حالة وجود إنذار، يجب اتخاذ إجراء على الفور. يجب ألا يفترض أن القياس يرجع إلى تشكيل الفيلم الحيوي على المستشعر.

مضخات المياه والهواء

إجراءات التشغيل: يجب فحص الأجهزة الميكانيكية التي توفر DO والتدفق بشكل متكرر (الجدول 3) لضمان الأداء السليم. تخلق مضخات المياه تدفقًا في الأنظمة المائية التي تنقل المغذيات والأكسجين حوله. كما أنها تنقل منتجات النفايات نحو المرشحات بحيث يمكن إزالتها. سيؤدي خلل الأجهزة إلى انخفاض الإنتاج. دون تهوية كافية، الأسماك وبعد ذلك أيضا النباتات سوف يموت. يمكن في كثير من الأحيان فحص مضخات الهواء بصريا، من خلال ضمان وجود تيار ثابت من الفقاعات القادمة من أجهزة التهوية. وقد يكون التخفيض في DO مؤشراً أيضاً على وجود مشكلة. وفي حالة حدوث مشاكل، ينبغي البحث عن مهندس مدرّب تدريباً مناسباً لمعالجة هذه المسألة.

الجدول 3: المهام المتعلقة بنظام أكوابوني

شاشات

تخلق الشاشات حاجزًا ماديًا بين المضخات والمرشحات، وفي بعض الحالات، البيئة الخارجية. فالأسماك التي تهرب من النظم المائية يمكن أن تلحق الضرر بالمعدات، والمرشحات، وفي الحالات القصوى، يمكن أن تؤدي إلى دخول الأنواع غير الأصلية إلى نظام بيئي طبيعي. من المهم تحديد المواقع المناسبة للشاشات. وسوف تشمل هذه المضخات، وتدفقات المدخلات للمرشحات، والأنابيب التي تدخل فيها المياه وتخرج من النظام.

إجراءات التشغيل: يجب فحص الشاشات يومياً بحثًا عن علامات البلى، كما يجب استبدال أي شاشات تالفة أو مرتدية باستخدام بدائل مناسبة.

فصل الحجرة المائية المائية من مقصورة أكوابونك

في حالة حدوث تلوث في أحد مناطق النظام، يكون من المفيد فصل جزء النظام المتأثر عن بقية النظام بسهولة (على سبيل المثال، افصل المضخة). ويمكن ضمان ذلك عن طريق ربط وحدة الاستزراع المائي والاستزراع المائي عن طريق، على سبيل المثال، حوض المضخة الذي يربط حلقتي النظام. ومن المهم أن تكون جميع مكونات النظام لمعالجة المياه موجودة في جزء الاستزراع المائي، أي أمام حوض المضخة، بحيث يمكن ضمان جودة المياه المناسبة للأسماك.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: التطبيق الرئيسي المهم هو أنه يمكن حفظ الأسماك إذا حدث التلوث في القسم المائي، على سبيل المثال بسبب الاستخدام غير السليم للمبيدات. ولكن يمكن أيضا أن يكون مفيدا العكس، على سبيل المثال إذا كانت الأسماك تحتاج إلى علاج من المرض مع الملح. خلال فترة فصل المياه النظام المائي يمكن تسميد الأسمدة العضوية، والتي بالتأكيد لا تضر الأسماك (تذكر دائما أن اثنين من حلقات النظام يجب أن تكون مرتبطة معا مرة أخرى في أقرب وقت ممكن).

جودة المياه

و يشمل مصطلح نوعية المياه أي شيء يؤثر سلبا على الظروف اللازمة لل محافظة على صحة الأسماك و النباتات. الحفاظ على نوعية المياه الجيدة في نظام أكوابونك هو أمر بالغ الأهمية. المياه هي الوسيلة التي يتم من خلالها نقل جميع المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة الأساسية إلى النباتات، والوسيطة التي تتلقى الأسماك من خلالها الأكسجين؛ وبالتالي فإنها ستؤثر بشكل مباشر على إنتاجية النظام وقابليته للاستمرار. وهناك خمسة معايير رئيسية لجودة المياه تعتبر حاسمة للرصد الدقيق في النظام: DO، ودرجة الحموضة، ودرجة حرارة الماء، ومركبات النيتروجين (الأمونيا والنتريت والنترات) وصلابة المياه. كما يلزم رصد بارامترات أخرى من أجل الحفاظ على نظام متوازن صحي، مثل الفوسفور والمواد المغذية الأخرى، وتلوث الطحالب، وخدمات الدعم التقني، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك. ومع ذلك، يمكن رصد هذه البارامترات على نحو أقل تواترا في نظام متوازن (Somerville et al. 2014a؛ ثورارينسدوتير * وآخرون. 2015). https://www.researchgate.net/publication/282732809_Aquaponics_Guidelines

الأكسجين المذاب (DO)

يصف DO كمية الأكسجين الجزيئي في الماء ويقاس عادة بالملليغرام لكل لتر (ملغم/لتر). إذا لم تكن مستويات DO كافية، فإن الأسماك تتعرض للإجهاد أو تعاني من بطء النمو، ويمكن أن تموت. تختلف متطلبات DO عن الماء الدافئ والأسماك في المياه الباردة. على سبيل المثال، يتطلب سمك الباس وسمك السلور، وهما من أنواع الماء الدافئ، حوالي 5 ملغم/لتر لتحقيق أقصى قدر من النمو، في حين أن سمك السلمون المرقط، وهو سمك في المياه الباردة، يتطلب حوالي 6.5 ملغم/لتر من DO. هناك حاجة إلى مستويات عالية من DO من قبل البكتيريا النتريفيجة في المرشح الحيوي، والتي تعتبر ضرورية لتحويل نفايات الأسماك إلى مغذيات نباتية. لذلك يؤثر DO بشكل غير مباشر على نمو النبات أيضًا. أيضا، تحتاج النباتات إلى مستويات عالية من DO (> 3 ملغم/لتر)، مما يجعل من السهل على النبات نقل واستيعاب العناصر الغذائية عبر أسطح جذورها. وعلاوة على ذلك، في ظروف منخفضة دو، قد تحدث مسببات الأمراض الجذرية النباتية. فمن المستحسن أن يتم الحفاظ على مستويات DO عند 5 ملغم/لتر أو أعلى في نظام أكوابونك.

الرصد: ينبغي قياس مستويات الأوكسجين بشكل متكرر في نظام جديد، ولكن بمجرد توحيد الإجراءات (على سبيل المثال، يتم الوصول إلى معدلات سليمة لأرصدة الأسماك وتغذيتها، وتوفير تهوية كافية)، ليس من الضروري قياس DO كما هو الحال في كثير من الأحيان. مراقبة DO يمكن أن تكون صعبة لأن أجهزة القياس يمكن أن تكون مكلفة للغاية. هناك بعض مجموعات الحوض المتاحة التي تشمل الكواشف لاختبار محتوى DO، ولكن النهج الأكثر موثوقية هو استخدام تحقيقات DO مع العدادات الإلكترونية، أو الشاشات عبر الإنترنت التي تقيس باستمرار أهم المعلمات في خزان السمك. في وحدة صغيرة الحجم، قد يكون كافيا لرصد سلوك الأسماك والمياه ومضخات الهواء في كثير من الأحيان بدلا من ذلك. إذا وصلت الأسماك إلى السطح للمياه السطحية الغنية بالأكسجين، فهذا يشير إلى أن مستويات DO في النظام منخفضة للغاية.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: مستويات DO المنخفضة ليست عادة مشكلة مع مزارعي الهوايات المائية الذين يستخدمون معدلات تخزين الأسماك المنخفضة. وتميل المشكلة إلى الظهور أكثر في العمليات ذات معدلات تخزين عالية. إذا كانت مستويات DO في نظامك منخفضة للغاية، قم بزيادة التهوية بإضافة المزيد من الأحجار الهوائية، أو عن طريق التبديل إلى مضخة أكبر. ليس هناك خطر من إضافة الكثير من الأوكسجين؛ عندما يصبح الماء مشبعًا، فإن الأكسجين الإضافي سوف يتفرق ببساطة في الغلاف الجوي. لاحظ أن مستويات دو ترتبط ارتباطا وثيقا لدرجة حرارة الماء. الماء البارد يمكن أن يحمل أكسجين أكثر من الماء الدافئ، لذلك في الطقس الأكثر دفئا، ومراقبة DO أو زيادة التهوية الوقائية أمر ضروري.

ويرتبط استهلاك الأوكسجين أيضا بحجم الأسماك: فالأسماك الصغيرة تستهلك كميات أكبر بكثير من الأوكسجين من الأسماك الكبيرة. وينبغي أن تؤخذ هذه الحقيقة في الاعتبار عند إنشاء النظام والتخزين مع الأسماك الصغيرة (سالينافي 2016؛ سومرفيل *وآخرون 2014a). إذا تم اكتشاف مستويات منخفضة من DO في الماء في الوحدة المائية، فقد يتم حل ذلك عن طريق تركيب مضخة هواء.

درجة الحموضة

الرقم الهيدروجيني للحل هو مقياس لكيفية الحمضية أو القلوية هو على مقياس من 1 إلى 14 درجة الحموضة 7 محايدة، ودرجة الحموضة <7 is acidic and pH > 7 قلوية. يتم تعريف الرقم الهيدروجيني على أنه كمية أو نشاط أيونات الهيدروجين (H⁺) في الحل:

تظهر المعادلة أن الرقم الهيدروجيني ينخفض مع ارتفاع نشاط أيون الهيدروجين. وهذا يعني أن المياه الحمضية لديها مستويات عالية من H⁺ وبالتالي درجة الحموضة منخفضة. درجة الحموضة للمياه هي معلمة مهمة بشكل خاص للنباتات والبكتيريا. بالنسبة للنباتات، يتحكم الرقم الهيدروجيني في توافر العناصر الغذائية. عند درجة الحموضة من 5.5-6.5، يمكن الوصول إلى جميع العناصر الغذائية بسهولة للنباتات، ولكن خارج هذا النطاق يصبح من الصعب (الشكل 2). حتى الانحراف الطفيف للدرجة الحموضة إلى 7.5 أو أكثر يمكن أن يؤدي إلى نقص الحديد والفوسفور والمنغنيز في النباتات (انظر أيضا الشكل 10 في الفصل 5).

الشكل 2: تأثير الأس الهيدروجيني على توافر المغذيات للنباتات. بقلم ف. موكيل\ [المجال العام]، من ويكيميديا كومنز

البكتيريا النتريفينغ غير قادرة على تحويل الأمونيا إلى نترات عند الرقم الهيدروجيني 6 أو أقل. وهذا يجعل الترشيح الحيوي أقل نجاحا وقد تبدأ مستويات الأمونيا في الزيادة. الأسماك لديها نطاق تحمل الأس الهيدروجيني من حوالي 6.0 إلى 8.5. من أجل تلبية احتياجات جميع الكائنات الثلاثة (النباتات والأسماك والبكتيريا)، ينبغي أن تبقى درجة الحموضة في نظام أكوابونك في مكان ما بين 6 و 7.

بعض الأحداث أو العمليات في نظام أكوابونك سوف تؤثر على الرقم الهيدروجيني، لذلك لن تبقى ثابتة وسوف تحتاج إلى مراقبة بانتظام. و هذه العمليات هي النترجة, و كثافة تخزين الأسماك, و تلوث العوالق النباتية. في عملية النتريكاتيون، تنتج البكتيريا تركيزات صغيرة من حمض النيتريك ويتم خفض درجة الحموضة في نظام أكوابونك. تؤثر كثافة تخزين الأسماك أيضًا على درجة الحموضة في النظام. عندما تستمتع الأسماك فإنها تنتج ثاني_أكسيد الكربون الذي يطلق في الماء. عند ملامسة الماء، يتم تحويل ثاني_أكسيد الكربون إلى حمض كربوني (H₂ CO₃ )، مما يقلل أيضًا من درجة الحموضة في الماء. ويكون هذا التأثير أكبر في كثافات تخزين الأسماك الأعلى. العوالق النباتية موجودة دائما في نظام أكوابونك، على الرغم من أن كميات كبيرة غير مرغوب فيها، لأنها تتنافس مع النباتات على العناصر الغذائية. لأن العوالق النباتية، الذي يستخدم ما يصل ثاني_أكسيد الكربون في الماء، وهذا يثير درجة الحموضة، وخاصة خلال النهار عندما يكون التمثيل الضوئي في الحد الأقصى. وبشكل عام، فإن الماء المائي المائي يحمض بشكل عام وسيلزم رصد الرقم الهيدروجيني وتعديله بانتظام (Somerville et al. 2014a؛ Thorarinsdottir et al. 2015).

الرصد: هناك عدة طرق لمراقبة الأس الهيدروجيني. أبسط هو استخدام شرائط اختبار درجة الحموضة، وهي أرخص طريقة، ولكنها دقيقة إلى حد ما فقط. وينطوي المستوى التالي من الدقة على استخدام مجموعات اختبار المياه؛ ومع ذلك، فإن الطريقة الموصى بها والأكثر دقة هي استخدام أجهزة القياس الرقمية مع مسابير الأس الهيدروجيني والمراصد على الخط من أجل الرصد المستمر. ومن الناحية المثالية، ينبغي رصد مستوى الأس الهيدروجيني بشكل مستمر أو على الأقل يوميا وتعديله بشكل صحيح.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: هناك عدة طرق لرفع درجة الحموضة في النظام. وتشمل الطرق الأكثر شيوعًا ما يلي:

• إضافة NAHCO₃ كلما دعت الحاجة. حل ناهكو₃ في بعض الماء، إضافته تدريجيا إلى الخزان، وقياس درجة الحموضة. قد تحتاج إلى ما يصل إلى 20 غرام لكل 100 لتر. لا تضيف الكثير في وقت واحد لأن هذا يمكن أن يقتل الأسماك.

• إضافة قواعد قوية، مثل هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH)₂)، أو هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). حل الكريات أو مسحوق في الماء وإضافته تدريجيا إلى خزان السمك.

وفي بعض الحالات، يمكن أن تكون المياه في النظام صعبة مع ارتفاع درجة الحموضة، وعادة في المناطق ذات الحجر الجيري أو حجر الأساس الطباشير. ويمكن أن ترتفع درجة الحموضة أيضا إذا كان هناك معدل تبخر ونتح مرتفع، أو إذا كانت كثافة تخزين الأسماك إذا لم تكن كافية لإنتاج ما يكفي من النفايات لدفع النتريكتيون. في هذه الحالات، سوف تحتاج إلى خفض درجة الحموضة بإضافة حمض في خزان المياه قبل خزان السمك. في هذه الحالة، يمكن إضافة حمض الفوسفوريك (H₃PO₄)، وهو حمض خفيف نسبيا، إلى مياه الخزان (أبدا مباشرة إلى خزان السمك!) (Thorarinsdottir *وآخرون 2015).

درجة حرارة الماء

درجة حرارة الماء تؤثر على جميع جوانب أنظمة أكوابونك. كل كائن حي داخل النظام لديه نطاق درجة حرارة المياه المثلى الخاصة به، والتي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار أنواع الأسماك ونوع المحاصيل. وعلاوة على ذلك، ينبغي اختيار مزيج من الأسماك والنباتات التي تتطابق مع درجة الحرارة المحيطة لموقع النظام، حيث أن تغيير درجة حرارة الماء يمكن أن يكون شديد الاستخدام للطاقة. درجة الحرارة لها تأثير على DO وكذلك على سمية الأمونيا؛ الماء يحتوي على كميات أقل من DO في درجات الحرارة المرتفعة والأمونيا (السامة). ارتفاع درجات الحرارة يمكن أيضا تقييد امتصاص الكالسيوم في النباتات.

الرصد: يمكن مراقبة درجة حرارة الماء باستخدام موازين الحرارة التناظرية أو الرقمية، أو مع تحقيقات درجة الحرارة. في حالة استخدام جهاز قياس على الخط، عادة ما يتم تضمين مراقبة درجة الحرارة في النظام.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: يجب حماية أسطح المياه الموجودة في خزانات الأسماك والوحدات المائية والمرشحات الحيوية من الشمس باستخدام هياكل التظليل. وبالمثل، يمكن حماية الوحدة حراريًا باستخدام العزل ضد درجات الحرارة الليلية الباردة أينما تحدث. وبدلاً من ذلك، هناك طرق لتسخين الوحدات المائية بشكل سلبي باستخدام البيوت البلاستيكية أو الطاقة الشمسية باستخدام أنابيب خرطوم أسود ملفوف، والتي تكون مفيدة للغاية عندما تكون درجات الحرارة المحيطة أقل من 15 درجة مئوية (Somerville et al. 2014a).

مجموع النيتروجين (الأمونيا والنتريت والنترات)

النيتروجين هو معلمة نوعية المياه حاسمة. ويسمى مجموع الشكل السمي غير المؤين والشكل الأيوني غير السام من الأمونيا مجموع النيتروجين الأمونيا (TAN). تان هو ما تقوم به معظم مجموعات اختبار الأمونيا التجارية. وينبغي أن تكون مستويات الأمونيا والنتريت قريبة من الصفر، أو 0.25 إلى 1.0 ملغم/لتر على الأكثر (انظر الفصل 5) في وحدة أكوابونية تعمل بكامل طاقتها مع الترشيح الأحيائي الكافي.

إجراءات التشغيل: يجب إجراء تحليل المياه لمركبات النيتروجين (تان، نو ^{-، نو -}) يوميا أو أسبوعيا على الأقل من أجل إبقاء العين على قمم الأمونيوم والنتريت (الجدول 4).

الجدول 4: البارامترات ذات القيم المستهدفة، القصوى، والحد الأدنى لمركبات النيتروجين في مياه النظام

الرصد: مجموعات حوض السمك لقياس الأمونيا والنتريت والنترات دقيقة جدا وفعالة من حيث التكلفة. يمكن استخدام التحليل الطيفي لقياس أكثر دقة. وهناك مجموعات اختبار الطيف المتاحة لقياس الأمونيا والنتريت والنترات.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: في حالة حدوث قمم النتريت أو الأمونيا، لا تطعم الأسماك لعدة أيام، ولكن لا تتوقف عن إطعامها بالكامل لأن ذلك سيضطر أيضًا إلى تجويع الكائنات الحية الدقيقة في المرشح الحيوي (Klinger-Bowen et al. 2011) (انظر أيضًا إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها للترشيح الحيوي في القسم 9.2.1).

الفوسفور والمواد المغذية الأخرى

تلعب التغذية دورًا حاسمًا في صحة النبات، وأحد الطرق للتحقق من هذه المعلمة هو مراقبة حالة الأنسجة النباتية من خلال ملاحظة الحالة العامة للنبات. ويمكن أن تكون التغييرات في شكل الورقة ولونها، وكذلك ذبول النبات، مؤشرا على بعض أوجه النقص في المغذيات، وسيلزم إجراء تحقيق فوري لضمان بقاء المحصول. وفيما يلي وصف للعلامات التي قد تظهر النباتات إذا كان وجود أهم العناصر الغذائية لها يصبح محدودا. تختلف النطاقات المثلى للمغذيات من محصول لآخر، لذلك من المهم أن يكون المشغل على دراية بنطاق المغذيات الأمثل للمحصول المختار (Thorarinsdottir et al. 2015).

الفوسفور (P)

وتتميز أوجه القصور بضعف نمو الجذور، واحمرار الأوراق، وكذلك الأوراق الخضراء الداكنة وتأخر النضج. قد تظهر نصائح أوراق النبات أيضا محترقة (Thorarinsdottir et al. 2015).

البوتاسيوم (K)

سيؤدي النقص إلى انخفاض امتصاص الماء وسيضعف مقاومة المرض. وتشمل مؤشرات نقص البوتاسيوم البقع المحترقة على الأوراق القديمة، والذبول، وفشل الزهور والفواكه في التطور السليم (Thorarinsdottir et al. 2015).

الكالسيوم (كاليفورنيا)

أوجه القصور شائعة جدا في أكوابونيكش، وتشمل العلامات حرق طرف على النباتات الورقية، تعفن نهاية زهر على النباتات المثمرة، والنمو غير السليم للطماطم (Thorarinsdottir et al. 2015).

المغنيسيوم (مغ)

وعادة ما تنطوي أوجه القصور على تغييرات في لون الأوراق القديمة، مع تحول المنطقة الواقعة بين الأوردة إلى اللون الأصفر، وقاسية، وهشة قبل سقوطها. ونادرا ما تصادف في أكوابونيكش (ثورارينسدوتير *وآخرون 2015).

الكبريت (S)

وعادة ما تنطوي أوجه القصور على تغييرات في لون الأوراق الجديدة، مع تحول المنطقة الواقعة بين الأوردة إلى اللون الأصفر، وقاسية، وهشة قبل سقوطها. وهي مشكلة نادرا ما تواجه في أكوابونيكش (ثورارينسدوتير *وآخرون 2015).

الحديد (الحديد)

نقص الحديد في نظام يقدم نفسه بصريا، من خلال تحويل نصائح من النباتات وأوراق كاملة من النباتات الشباب الأصفر. هذا سوف يتغير في نهاية المطاف إلى الأبيض مع بقع نخرية. ويمكن بسهولة التعرف على النقص من خلال ملاحظة التغييرات في الأوراق الجديدة مقارنة بالأوراق القديمة. سوف تنمو الأوراق الجديدة وتظهر بيضاء، في حين أن الأوراق القديمة ستبقى خضراء. من أجل تسهيل امتصاص النباتات، وغالبا ما يضاف الحديد في شكله المخلب، بتركيزات تصل إلى 2 ملغم/لتر، ويمكن أيضا تطبيق الحديد مباشرة على الأوراق، مع رذاذ. ومن المهم أيضا رصد الرقم الهيدروجيني عند الاشتباه في نقص الحديد، لأنه عند درجة الحموضة أقل من 8 الحديد قد يعجل من الماء ويمنع امتصاص النباتات. وهناك قاعدة جيدة لمتابعة هو إضافة 5 مل من الحديد لكل 1 م² من النباتات المزروعة. تركيز عال من الحديد لن يضر النظام المائي، على الرغم من أنه قد يعطي لونا أحمر طفيف للمياه (Roosta & Hamidpour 2011؛ Thorarinsdottir *وآخرون 2015).

الزنك (الزنك)

نتيجة لنقص الزنك، سيتم توقف نمو النباتات، وتقديم كما internodes تقصير وأوراق أصغر. وبشكل عام، فإن إحدى المشاكل الرئيسية في علم الأحياء المائية هي سمية الزنك، لأنه في حين أن النباتات يمكن أن تتسامح مع وجود فائض، فإن الأسماك لا يمكنها، ويمكن أن تسبب الوفيات. يستخدم الزنك كجزء من عملية تعبئة خزانات الأسماك والمكسرات والمسامير وما إلى ذلك، وهو موجود في نفايات الأسماك. ول ذلك نادرا ما تكون أوجه القصور مشكلة. يجب الحفاظ على مستويات الزنك بين 0.03 و0.05 ملغم/لتر، حيث أن معظم الأسماك سوف تصبح متوترة عند 0.1 إلى 1 ملغم/لتر، وسوف تبدأ في الموت عند 4-8 ملغم/لتر، وحيث يتم إدخال الزنك إلى النظام بشكل رئيسي من خلال الطلاء على المعدات، فإن أفضل طريقة للحفاظ على مستويات الزنك ضمن النطاق هي استخدام بدائل للمجلفن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك (Storey 2018) (للاطلاع على معلومات مفصلة، انظر أيضاً الجدول 9 في الفصل 5).

الرصد: على الرغم من أن رصد الأنسجة النباتية يعطي مؤشرا على حالة المغذيات للمياه، إلا أنه يكشف عن نفسه فقط بعد أن يصل النقص إلى المرحلة التي ظهرت فيها قضية ما داخل المحصول. ولذلك فإن أفضل حل هو الرصد المستمر للمياه (انظر نوعية المياه في 9-2-2.).

صلابة الماء

هناك نوعان من صلابة المياه، والتي هي ذات أهمية خاصة لأكوابونيكش: صلابة عامة (غ) وصلابة كربونات (خ). يمكن وصف GH بشكل أساسي بأنه كمية الكالسيوم (Ca⁺) والمغنيسيوم (Mg⁺)، وبدرجة أقل، أيونات الحديد (Fe⁺) الموجودة في الماء. وعادة ما يحدث GH بشكل طبيعي في المناطق التي تتدفق فيها المجاري المائية عبر المناطق ذات التركيزات العالية من رواسب الحجر الجيري. GH مهم لكل من النباتات والأسماك داخل النظم المائية، حيث أن Ca⁺ و Mg⁺ هما من العناصر الغذائية النباتية الأساسية وبالتالي فهي مطلوبة لإنتاج النباتات الصحية. ^{كما يمكن أن يكون مصدراً مفيداً للمغذيات الدقيقة للأسماك داخل النظام؛ فعلى سبيل المثال، يمكن أن يمنع الأسماك من فقدان أملاح أخرى، مما يزيد من الإنتاجية الإجمالية للنظام.}

KH مهم في المقام الأول كعامل تخزين مؤقت. يمكن وصف KH بأنه إجمالي كمية الكربونات (CO ^2-) والبيكربونات (HCO ^-) داخل نظام، مما يعطي قلوية المياه. ولذلك فإن KH له تأثير على مستويات الأس الهيدروجيني، ويعمل بمثابة حاجز لزيادة الحموضة التي يمكن أن تنشأ عن بعض العمليات الفسيولوجية. وعلى سبيل المثال، فإن عملية النتريك، التي تحوّل الأمونيوم من نفايات الأسماك إلى النترات التي تستخدمها النباتات، تولد حمض النيتريك كمنتج ثانوي. وهذا يمكن أن يتراكم ويخفض في نهاية المطاف درجة الحموضة بما فيه الكفاية حتى يسبب الإجهاد للكائنات الحية. أيونات H⁺ من الأحماض المضافة إلى الماء سوف ترتبط بالكربونات (CO^2- ) وبيكربونات (HCO^- )، والتخزين المؤقت ضد زيادة الحموضة (Sallenave 2016؛ Somerville et al. 2014a؛ Thorarinsdottir *وآخرون. 2015).

المراقبة: غالبا ما لا يكون من الضروري رصد صلابة المياه باستمرار داخل نظام التدفق من خلال إذا تم التأكد من أن مصادر مدخلات المياه لديها مستويات كافية من GH لتعزيز صحة النباتات والأسماك، وكذلك KH لتحييد حمض النتريك الذي تم تراكمه أثناء عملية النتريك. مستوى الصلابة الأمثل (الجدول 5) لأنظمة أكوابونك هو ما بين 60-120 ملغ/لتر (من الصعب معتدل). ومع ذلك، في نظم RAS، ينبغي رصد ذلك مرة واحدة في الأسبوع. يمكن تصنيف صلابة المياه المعبر عنها بالملليغرام من مكافئ كربونات الكالسيوم لكل لتر على النحو التالي:

الجدول 5: تصنيف صلابة المياه على أساس التركيزات المقابلة لكربونات الكالسيوم

يمكن قياس الصلابة باستخدام شرائط اختبار بسيطة. يمكن قياس الصلابة الكلية بمغ/لتر أو° dH (درجة الصلابة الألمانية). كما سيعطي الرقم الهيدروجيني مقياسًا للصلابة، مع وجود المزيد من المياه القلوية أكثر صعوبة.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا وجد أن الماء ليس على مستوى مناسب من الصلابة، فمن الممكن في كثير من الأحيان لإصلاح هذا مع إضافات لزيادة المستوى. ويمكن أيضا إضافة الحجر الجيري أو المرجان المسحوق إلى الماء لزيادة صلابة (Sallenave 2016؛ سومرفيل *وآخرون 2014a؛ Thorarinsdottir et al. 2015).

تلوث الطحالب، المواد الصلبة القابلة للاستيطان

نمو الطحالب في نظام أكوابوني يمكن أن يكون لها آثار سلبية على أدائها. الطحالب هي كائنات اصطناعية ضوئية وسوف تنمو بسرعة وسهولة في الماء إذا تعرضت للضوء. وبما أنها تحدث بشكل طبيعي في جميع مصادر المياه، فمن الحتمي تقريبا أنها سوف تحدث داخل نظام أكوابونك. وتتراوح مورفولوجيا الطحالب بين الكائنات الحية وحيدة الخلية، والمعروفة باسم العوالق النباتية، وأنواع متعددة الخلايا، المعروفة باسم العوالق النباتية الكبيرة، يمكن أن تتكاثر بسرعة، وتحول المياه الخضراء، في حين أن الطحالب الماكروية تشكل خيوط خيطية طويلة، والتي يمكن أن تعلق على قاع الخزانات. نمو الطحالب يمكن أن يؤثر على الخصائص الكيميائية للمياه ويمكن أن يتداخل مع ميكانيكا المرشحات والمضخات. تتنافس الطحالب مع الكائنات الحية الأخرى للحصول على المغذيات. أنها تنتج الأكسجين خلال النهار، وتستهلك في الليل. وفي الحالات الخطيرة، يمكن أن يؤدي استهلاك الطحالب للأكسجين أثناء الليل إلى تحول الماء إلى نقص الأوكسجين، مما يتسبب في موت الأسماك. يمكن أن تنمو الطحالب الخيطية أيضًا إلى أحجام كبيرة جدًا، وغالبًا ما تكون صعبة التحلل. وهذا يعني أن تراكم الطحالب يمكن أن يسبب ضررا للمرشحات والمضخات التي قد تكون مكلفة لإصلاح والتي يمكن أن تضر أداء النظام.

الرصد: رصد نمو الطحالب هو في الغالب بسيط، ويعتمد عادة على الفحص البصري للمناطق مثل جدران خزانات الأسماك، وحول المضخات والمرشحات، وحول جذور النباتات.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: يمكن منع نمو الطحالب عن طريق حجب الضوء باستخدام الشاشات (Somerville et al. 2014a).

يمكن تصنيف المواد الصلبة المعلقة إلى مواد صلبة قابلة للتسوية وغير قابلة للتسوية. المواد الصلبة القابلة للتسوية هي تلك التي تستقر على قاع خزان السمك. و أكبر مساهم هو النفايات الصلبة لل أسماك, التي تتكون من البراز, و الأغذية غير المأكل, و غيرها من المواد البيولوجية. وتشير التقديرات إلى أن 0.45 كجم من علف الأسماك تنتج 0.11 إلى 0.13 كجم من النفايات الصلبة (سالينافي 2016). تراكم المواد الصلبة الزائدة القابلة للتسوية سيكون له تأثير سلبي على نظام أكوابونك لعدة أسباب. أولا، زيادة الحمل العضوي سوف يقلل دو لأنها تتحلل. وسيؤثر ذلك على الكائنات الحية الأخرى في النظام، مثل البكتيريا النتروية التي تحتاج إلى أكسجين من أجل تحويل الأمونيا إلى نترات. ثانيا، يمكن للجسيمات التمسك الجذور النباتية، مما يقلل من كفاءتها.

المراقبة: لقياس المواد الصلبة القابلة للتسوية، خذ 1 لتر من عينة ماء مختلطة جيدا، وضعه في مخروط Imhoff (الشكل 3)، وترك لمدة ساعة واحدة للاستقرار. يتم تخرج المخروط إلى ملم، لذلك يمكن استنتاج القراءة المباشرة لـ mm/L مباشرة من عمق المواد المستقرة (Madecivileasy 2016).

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: تتم إزالة المواد الصلبة القابلة للتسوية عن طريق الترشيح، ولذلك فمن الضروري التأكد من أن جميع الفلاتر ذات الحجم الصحيح، وفي حالة عمل جيدة.

الشكل 3: المخاريط Imhoff لقياس المواد الصلبة القابلة للتسوية.

صحة النبات

ومن شأن الظروف غير المواتية (مثل درجة الحرارة دون المستوى الأمثل، وعدم كفاية كثافة الضوء، ونقص المغذيات، أو الآفات والأمراض) أن تقلل من الأداء العام للمحاصيل.

الرصد: من المهم للغاية ضمان وضع البارامترات ضمن النطاق الأمثل للأنواع والأصناف التي يجري زراعتها.

إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها: في مثل هذه الحالات، سيساعد الرصد الدقيق لظهور النباتات على تحديد السبب الأساسي (Somerville et al. 2014b).

المرض

واحدة من الفوائد الرئيسية للأنظمة المائية هي المرونة النسبية للنباتات تجاه الأمراض. تعفن الجذور هو مرض يصيب العديد من أنواع النباتات التي تنمو في النظم المائية. ومع ذلك، فقد تبين أن المحاصيل التي تزرع في النظم المائية لها مقاومة متزايدة للعوامل المسببة، مثل * Pythium aphanidermatum* (Stouvenakers et al. 2018).

إجراءات التشغيل: يجب أن يكون المشغلون الدؤوب عندما يتعلق الأمر بمراقبة المرض. الإلمام بالنظام أمر بالغ الأهمية من أجل التمكن من مراقبة أي تغييرات. والأهم من ذلك هو السيطرة على نوعية المياه والمعلمات المادية. بسبب الطبيعة الخاضعة للرقابة من أكوابونيكش، فمن الممكن لوضع المعلمات في مثل هذه الطريقة التي يتم تقليل إدخال وانتشار المرض.

المراقبة: على سبيل المثال، بما أن تعفن الجذور لا يكون إلا ضارباً في درجات الحرارة تتراوح بين 20-30 درجة مئوية، فإن التحكم في درجة الحرارة هو إجراء فعال ضد انتشاره (Grosch & Kofoet 2003؛ Sirakov et al. 2016). وهناك اعتبار آخر مهم هو النباتات الميكروبية: البكتيريا المفيدة والميكروبات الأخرى تلعب دورا هاما في صحة النبات، لذلك فمن المهم أن يتم استخدام اللقاحات من هذه الكائنات، والتحقق من وجودها أحيانا لاستخدام الثقافات؛ ومع ذلك، فإن هذا ليس سهلا ويتطلب خبرة.

إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها: يجب مراعاة صحة النبات ولون الورقة يومياً. شكل ورقة يمكن أن يخبرنا أيضا ما إذا كان النبات على ما يرام. الذبول وعلامات الإجهاد يمكن أن تكون مؤشرات مفيدة لقضايا صحة النبات (جذور، طوق، أو مشاكل الأوعية الدموية) فضلا عن الاختلالات الغذائية.

الرطوبة النسبية

يمكن وصف الرطوبة النسبية بأنها كمية الرطوبة في الهواء، بالنسبة إلى السعة الاستيعابية الإجمالية للهواء للمياه؛ على سبيل المثال، 75٪ الرطوبة النسبية تساوي 75٪ من إجمالي محتوى الماء الذي يمكن أن يكون موجودًا في الهواء. يعتمد مستوى الماء الذي يمكن أن يحمله الهواء على درجة الحرارة، لذلك يمكن أن تحتوي الغرفة في 30 درجة مئوية على ماء أكبر بكثير من نفس الغرفة عند 25 درجة مئوية، وتعرف النقطة التي تصل فيها الرطوبة النسبية إلى 100% بنقطة الندى.

إجراءات التشغيل: هذه المعلمة هي اعتبار مهم في أكوابونيكش، لأن السيطرة على الرطوبة في النطاق المطلوب يمكن أن تمنع المرض، وكذلك درء الطفيليات. مثل معظم الكائنات الحية، الطفيليات لديها عتبة مثالية يمكن أن تعمل بكفاءة تحت؛ على سبيل المثال، يمكن لعث العنكبوت أن يسبب ضررا للنباتات عن طريق ثقب الخلايا النباتية أثناء التغذية. وبما أنهم لا يستطيعون تحمل الظروف الرطبة والرطبة، فغالبًا ما يستخدم السادة لزيادة الرطوبة ومنع حدوث مثل هذا الضرر. يمكن للكائنات الدقيقة مثل العفن والفطريات أن تسبب مشكلة في أنظمة الأكوابونية، وبما أنه يصعب إزالتها عن طريق الترشيح، يمكن استخدام الرطوبة للتحكم في الجراثيم (Brown 2006؛ Storey 2016). يتم تكييف بعض أنواع النباتات للبقاء على قيد الحياة في ظروف رطبة، في حين أن العكس صحيح بالنسبة للنباتات من المناطق الأكثر اعتدالا. ولذلك فمن المهم أن نفهم ما هي الظروف التي تناسب أفضل النباتات التي يجري زراعتها.

الرصد: حالما يتم تحديد الرطوبة النسبية المثلى للمحصول، ينبغي رصدها باستمرار لضمان عدم وقوعه خارج هذا النطاق لفترات طويلة. قياس الرطوبة هو إجراء مباشر، وذلك باستخدام متر يعرف باسم الرطوبة. وهذا يعطي الرطوبة النسبية للمنطقة كنسبة مئوية.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا سقطت الرطوبة النسبية خارج النطاق المطلوب، يمكن تغيير درجة الحرارة، لأن الرطوبة النسبية هي دالة درجة الحرارة، وبالتالي إذا كانت الرطوبة النسبية منخفضة للغاية، فإن الزيادة في درجة الحرارة ستسمح للمياه التي تكثف بالتبخر. على العكس من ذلك، إذا كانت الرطوبة عالية جدا، وخفض درجة الحرارة سوف يقلل من الرطوبة في الهواء. يمكن للمرء أيضا التعامل مع تدفق الهواء. التهوية، على سبيل المثال، سوف يخفف بخار الماء في الهواء، وبالتالي تقليل الرطوبة. وهناك أيضا أجهزة تعرف باسم مزيلات الرطوبة التي يمكن تعيينها لتنشيط في نقطة معينة لسحب المياه من الهواء. ويمكن أن تكون هذه الأدوات مفيدة بشكل خاص في أتمتة العملية، وبالتالي خفض التكاليف التشغيلية (العمالة) (براون 2006؛ سومرفيل *وآخرون. 2014b؛ https://learn.farmhub.ag/resources/small-scale-aquaponic-food-production/ طابق 2016).

درجة حرارة الهواء

درجة حرارة الهواء المحيط سيكون لها تأثير على مدى نمو النباتات. تنمو معظم الخضروات في نطاق يتراوح بين 18-30 درجة مئوية، على الرغم من وجود بعض الأنواع التي يتم تكييفها إما إلى عتبات أعلى أو أقل. فالسلق السويسري والخيار، على سبيل المثال، سوف يؤدي أداءً جيداً بين 8-20 درجة مئوية، بينما تفضل الأنواع الاستوائية مثل البامية درجات الحرارة بين 17-30 درجة مئوية، ويمكن أن تؤثر درجة الحرارة على قدرة النبات على درء المرض، عن طريق التسبب في الإجهاد، وعن طريق السماح للآفات والطفيليات بالازدهار. وهناك اعتبار آخر هو استجابة النبات الفسيولوجية لدرجة الحرارة. الخضر الورقية، على سبيل المثال، تبدأ في الزهور والبذور في درجات حرارة أعلى، مما يؤثر على ذوقها، مما يجعلها مريرة وغير مستساغة.

إجراءات التشغيل: من المهم مراقبة درجة حرارة الهواء باستمرار في وحدة أكوابونك، وينبغي أن تؤخذ القياسات في مواقع مختلفة.

الرصد: يمكن أن يتم إما باستخدام ميزان الحرارة الرقمي أو مع ميزان الحرارة التناظرية. وينبغي ملاحظة أي تغييرات في درجة الحرارة.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا سقطت درجة الحرارة خارج النطاق المطلوب، فيمكن زيادتها أو تقليلها باستخدام معدات متخصصة (مثل سخانات الهواء ووحدات تكييف الهواء). أفضل طريقة لضمان الحفاظ على درجة الحرارة المثلى على مدار السنة هي ضمان تكييف المحصول المستزرع مع المناخ المحلي (Leaffin 2017).

كثافة الضوء

في ظل ظروف النمو العادية، تتلقى النباتات الضوء اللازم لعملية التمثيل الضوئي من الشمس. مثل المتغيرات الأخرى في الطبيعة، وهذا يعتمد على الموقع الجغرافي، والوقت من اليوم، والظروف البيئية المحلية. الضوء هو شرط أساسي لنمو النبات، ولذلك فمن الضروري توفير المستويات الصحيحة للمحصول المختار، من أجل ضمان الغلة المثلى (Chen Lopez 2018). يمكن قياس الضوء من خلال شدته (لوكس)، وهو عدد الفوتونات التي تصل إلى سطح بحجم محدد. الوحدة المترية لشدة الضوء هي التجويف (lm)، و lumen يساوي واحد لكل متر مربع. في أكوابونيكش ما يهم هو عدد الفوتونات التي تصل إلى سطح ورقة. الفوتونات هي نوع من الجسيمات الأولية، وهي في الأساس حزم من الطاقة التي تشكل تيار من الضوء. عدد الفوتونات المحاصرة بواسطة ورقة هو العامل الحاسم في معدل نمو النبات (Badgery-Parker 1999).

إجراءات التشغيل: بدون كثافة الضوء المناسبة، لا يمكن للنباتات أن تنمو أو تؤدي كما ينبغي. وتُعرف النقطة التي يكون فيها التمثيل الضوئي مساوياً للتنفس باسم نقطة التعويض. هذه هي الكثافة التي تسمح للنباتات بالبقاء على قيد الحياة، ولكن ليس للنمو، وتختلف من نبات لآخر. على العكس من ذلك، فإن النقطة التي كثافة الضوء لا تزيد التمثيل الضوئي، وبالتالي تتوقف عن الحد من النمو، تعرف باسم نقطة التشبع. عموما، سيتم تشبع الأوراق العليا في حوالي 32،000 لوكس. بسبب التظليل، لن تتلقى الأوراق السفلية الكثير من الضوء مثل الأوراق العلوية. لكي يصبح النبات بأكمله مشبعًا، يجب أن تكون مستويات الضوء حوالي 100،000 لوكس. الإشعاع النشط من الناحية الضوئية (PAR) هو جزء من الطيف الضوئي الذي تستخدمه النباتات في عملية التمثيل الضوئي، ويشمل أطوال موجية تتراوح بين 400 و 700 نانومتر، وهو ما يمثل كل الضوء المرئي تقريبا (Badgery-Parker 1999؛ Chen لوبيز 2018).

الرصد: هناك عدة طرق لقياس الضوء، وهناك حتى التطبيقات التي يمكن شراؤها للهواتف الذكية (على الرغم من أن مراجعات هذه يجب أن يتم فحصها بعناية، لأنها يمكن أن تكون في بعض الأحيان أقل من دقيقة). لأن كثافة الضوء تعتمد على قوتها، يمكن استقراء الطاقة المستخدمة لتشغيل الأضواء لإعطاء قدر من التلألؤ بالواط، أو واط لكل متر مربع (Wm^-2). وبالمثل، يمكننا قياس كمية الطاقة المنبعثة من مصدر، مثل المصباح، من مسافة بعيدة. مقياس الإشعاع هو جهاز يقيس قوة مصدر الضوء، ويمكن استخدام مقياس بيرانومتر لقياس الكمية الإجمالية للإشعاع الموجة القصيرة. وتشمل الأشعة القصيرة الموجة الضوء الضوئي، فضلا عن الطاقة من الأشعة فوق البنفسجية وضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (الأشعة تحت الحمراء). النباتات والناس تجربة ضوء الأشعة تحت الحمراء والحرارة. هذه العدادات رخيصة لشراء واستخدام، على الرغم من أنها لديها قيود، وأكبرها هو أن استخدامها تحت الأضواء الكهربائية يمكن أن تعطي قراءات خاطئة، وخاصة عندما يكون مصدر الضوء مستويات عالية في الطيف الأزرق أو الأحمر. أجهزة استشعار الكم هي طريقة أكثر دقة لقياس الضوء؛ ومع ذلك، فهي أكثر تكلفة من عدادات شمعة القدم. وعادة ما تكون هذه الأجهزة المحمولة باليد، التي تعمل بالبطارية، والتي تقيس PAR. فهي تعرض قراءتها رقميا، وبعضها يأتي مع قدرات تسجيل البيانات لتمكين نقل البيانات بسهولة إلى الكمبيوتر. ثالثا، يمكن استخدام أدوات قياس التدفق الإشعاعي، وهي كمية الطاقة لكل وحدة زمنية، لقياس شدة الضوء.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: بما أن نمو النبات غير موحد، يجب أخذ القراءات من مواقع مختلفة - مظلمة وخفيفة - لضمان عدم وجود مناطق تعاني من أوجه قصور شديدة. إذا، على سبيل المثال، انخفضت الأجزاء السفلية من النباتات إلى ما دون المستويات المثلى، فسيتم تقليل الإنتاجية (Runkle 2009؛ Runkle 2012). تصحيح شدة الضوء عندما يقع تحت النطاق الأمثل هو عادة عملية بسيطة جدا. إذا كانت هناك مشكلات واضحة، مثل المصابيح المنفوخة، فيجب استبدالها. يمكن إضافة المزيد من الأضواء إلى المناطق الأكثر قتامة، ويمكن تغيير وضع الأضواء لضمان حصول جميع مناطق النباتات على المستوى الأمثل.

صحة الأسماك

مراقبة صحة الأسماك هي أحد الجوانب الرئيسية للحفاظ على نظام صحي للأكوابونك.

إجراءات التشغيل: يتم تحقيق ذلك عادة من خلال مراقبة السلوك والمظهر المادي للمخزونات، وفهم ما يشكل «طبيعيا». وتحقيقا لهذه الغاية، من المهم فهم أنماط السلوك النموذجية والمظاهر المادية لأنواع الأسماك المعنية. وتلعب نوعية المياه دورا هاما في صحة الأسماك، والحفاظ على نوعية جيدة متسقة تمكن من بقاء الأسماك في حالة خالية من الإجهاد. الحفاظ على نظام مناعي صحي سيسمح لهم بدرء المضاعفات الناجمة عن إدخال المرض والطفيليات.

المراقبة: بصفة عامة، ينبغي ملاحظة الأسماك على أساس يومي، وينبغي ملاحظة حالتها، وكذلك أي تغييرات،؛ العلامات السريرية للإجهاد والمرض والإصابة الطفيلية.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: هناك اعتبار مهم آخر هو كثافة التخزين ومعدلات التغذية. ويمكن تجنب إمكانية إدخال الإجهاد والمرض في نظام ما من خلال ضمان الاحتفاظ بالأسماك بكثافة تخزين مناسبة، والحفاظ على التغذية عند مستويات مناسبة (Somerville et al. 2014c).

معدلات التغذية

ومن المهم رصد معدلات التغذية لعدة أسباب. يمكن أن يؤدي الكثير من الطعام إلى زيادة المعروض من المواد الغذائية في الماء، مما يؤدي إلى مضاعفات في المعلمات الكيميائية والصغيرة (البيولوجية).

إجراءات التشغيل: يمكن أن يسبب تغذية الأسماك القليل جدا توقف النمو، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية في النظام، فضلا عن زيادة التوتر والعدوان، مما يمكن أن يسبب الأسماك لمهاجمة بعضها البعض، مما يؤدي إلى الجروح والقروح التي قد تصبح مصابة.

الرصد: عادة، يتم وزن كمية الأعلاف، على الرغم من أنه يمكن قياس معدلات التغذية بشكل مرئي، من خلال مراقبة الأسماك حتى تنخفض معدلات التغذية وتتوقف عن التغذية؛ ويتم ذلك في بعض الأنظمة باستخدام كاميرات تحت الماء. كما ستعطي العديد من شركات تغذية الأسماك معدلات علف موصى بها، مما يسمح للمشغلين بتقدير كمية الأعلاف التي يجب تقديمها بدقة. وينبغي ملاحظة معدلات التغذية وملاحظاتها في كل تغذية للسماح بالرصد.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا بدأت معدلات التغذية في الانخفاض، فقد يكون ذلك علامة على وجود خطأ ما في النظام، وينبغي اتخاذ الإجراء المناسب، مثل التحقيق من قبل طبيب بيطري. ويمكن أن تكون الزيادة في معدلات التغذية علامة على عدم تغذية الأسماك بما فيه الكفاية، وفي هذه الحالة ينبغي زيادة العلف (Masseret al. 2000).

النمو

ويعد النمو مقياساً هاماً لمدى أداء الأسماك في النظام، وغالباً ما تقدم شركات الأعلاف مخططات نمو تعطي تقديراً لمعدل النمو المتوقع للأسماك كدالة على معدلات التغذية.

المراقبة: يقاس النمو ماديًا، من خلال قياس الوزن أولاً وتحميل شبكة بحجم مناسب على مقياس خطافي. ثم يتم صيد الأسماك باستخدام الشبكة ويتم وزن كلاهما. طريقة أخرى لوزن الأسماك هي وضعها في دلاء من الماء على مقياس. وهذا أمر عملي بشكل خاص إذا كانت الأسماك صغيرة، وبالتالي يمكن وزن أكثر من سمكة واحدة في نفس الوقت. لاحظ أنه مع هذه الطريقة، ينبغي توخي الحذر لأن الأسماك الكبيرة المتعثرة يمكن أن تضرب بقوة جوانب الدلو، مما يسبب نفسها ضررا. من أجل قياس طول الأسماك، من المستحسن بشكل عام تخديرها باستخدام مخدر مناسب، مثل الميثانسولفونات تريكاين. يتم حل كمية مناسبة من الميثانسولفونات تريكاين في وعاء منفصل من الماء، وهو حجم مناسب للأسماك. يجب وضع الأسماك في الماء حتى تصبح عرج وآمنة للتعامل معها، ويمكن بعد ذلك وضعها على سطح مستو، قياسها باستخدام مسطرة، وإطلاقها. وينبغي أن تؤخذ هذه القياسات مرة واحدة في الأسبوع ولاحظ. وينبغي التحقيق في أي تغيير غير متوقع في الحجم والوزن.

مؤشرات لتقييم الأرصدة السمكية

وأهم مؤشرات صحة اﻷرصدة السمكية هي السلوك والحالة المادية. أي شيء خارج عن المألوف يمكن تصنيفه على أنه علامات سريرية للمرض، أو الإجهاد.

الرصد: عادة، ينبغي رصد الأسماك أثناء التغذية وبعدها مباشرة، وينبغي ملاحظة التغيرات في كمية الطعام التي تؤكل. سوف تظهر الأسماك الصحية بعض السلوكيات التالية (OIE 2018):

• السباحة بطريقة عادية هادفة

• زعانف نظيفة وسليمة، والتي يتم تمديدها واستخدامها بشكل صحيح

• بشرة نظيفة ونقية، مع موازين سليمة

• لا يتنفس على سطح الماء

السلوك غير الطبيعي والعلامات السريرية للمشاكل داخل المخزون هي عامة تماما، ويمكن أن يكون من المستحيل تحديد سبب المشكلة على أساس هذه المشاكل وحدها. وتشمل الأشياء التي يجب الانتباه إليها (Bruno et al. 2013):

العلامات السلوكية:

• التغيرات في معدلات التغذية

• الخمول والاعتلال

• التغيرات في أنماط السباحة، مثل الوميض، الحلزوني، أو الفشل في الحفاظ على الطفو

• التسكع بالقرب من منافذ المياه

• التسكع في نقاط تبادل الأوكسجين

• اختراق السطح واللهث بالقرب من السطح علامات سريرية:

• أوركولا تقصير أو مشتعل

• نزيف

• إكسوفثالوميا (رفعت، برزت عيون)

• بطانة الرحم (عيون غارقة)

• الخياشيم شاحبة، أو مخصصة، أو نخرية

• الآفات

• بقع بيضاء

• تنفيس ملته

الطريقة المثالية لقياس وتسجيل هذه العلامات هي عن طريق ورقة درجة سريرية، ويرد مثال على ذلك في الجدول 5. ورقة النقاط السريرية هي ورقة حيث يمكن تسجيل العلامات السريرية والسلوكية وملاحظاتها، بناءً على شدتها — على سبيل المثال، ضعيفة، خفيفة، وشديدة.

الجدول 5: مثال على ورقة درجة سريرية لتسجيل العلامات السريرية والسلوكية في الأسماك

الإجهاد

يمكن أن يكون الإجهاد أحد العوامل الأكثر ضررا للأسماك في النظم المائية. وقد لا يكفي القضاء على المخزونات وحدها؛ غير أن الإجهاد المزمن يمكن أن يؤدي إلى عدد من العوامل المعقدة، التي عادة ما تكون ناجمة عن قمع الجهاز المناعي. ومن المرجح أن تقع الأسماك المنقوصة المناعة ضحية للعوامل المعدية، مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات، فضلا عن الإصابة بالطفيليات. كما يمكن أن يقلل من قدرة الأسماك على مواجهة التغيرات المفاجئة في بيئتها، مما يؤدي إلى الوفيات.

الرصد: يمكن رصد الإجهاد مباشرة في الكائن الحي، من خلال الإفراج عن بعض الهرمونات، مثل الكورتيزول. بيد أن ذلك يتطلب موظفين مدربين لضمان عدم حدوث أي إجهاد إضافي. و تندرج هذه القياسات أيضا في فئة التجارب على الحيوانات, و ينبغي التقيد بالقوانين المحلية لحماية الحيوانات. أفضل طريقة هي ضمان تجنب المواقف العصيبة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال ضمان الاحتفاظ بالأسماك بكثافة تخزين مناسبة، وتغذيتها بشكل مناسب، وضمان الحفاظ على الخصائص الفيزيائية للمياه (درجة الحرارة، درجة الحموضة، DO، إلخ) في أوفيتيميمات فسيولوجية للأنواع المختارة (Rottmann et al. 1992؛ سومرفيل * وآخرون 2014c). https://learn.farmhub.ag/resources/small-scale-aquaponic-food-production/

المرض

يعتبر المرض أحد الاعتبارات الهامة في أي نظام يتم فيه الاحتفاظ بالحيوانات بكثافات تخزين أعلى مما يمكن العثور عليه في الطبيعة، وهذا ينطبق أيضًا على الأنظمة المائية. ويمكن أن تتفاقم القضايا المتعلقة بالمرض بسبب الظروف السيئة، مثل انخفاض معدلات التوليد، كما يمكن أن تسبب مسببات الأمراض الانتهازية في إدخال العدوى.

إجراءات التشغيل: عموما، يتم عزل أنظمة إعادة تدوير الواردة إلى حد ما من إدخال العوامل المسببة للمرض. بيد أن هذا يمكن أن يكون سيفا ذا حدين، إذ قد يكون من الصعب القضاء على المرض بعد إدخاله، وكلما تم تحديد المسائل، كلما كان العلاج والإجراءات العلاجية أكثر فعالية. في أنظمة التدفق من خلال، والترشيح من خلال الرمال، على سبيل المثال، أو العلاج باستخدام الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تقلل كلها من احتمال إدخال المرض. وفي كلتا الحالتين, يلزم رصد دقيق و متسق. حتى مع الوقاية الدقيقة، فمن الممكن أن يتم إدخال المرض إلى النظام، ومن المهم أن يتم الاعتراف بذلك ومعالجته بمساعدة المشورة البيطرية، إذا لزم الأمر.

الرصد: من المهم، من أجل رصد الأرصدة على النحو المناسب، أن يكون المشغلون على دراية بالعلامات السريرية والسلوكية التي قد تظهر الأسماك والتي تم تحديدها أعلاه. في نظام يحتوي على عدد كبير من الحيوانات، من المرجح أن تكون هناك حالات من الأسماك سيئة، وعلى الرغم من أنه قد لا يكون مؤشرا على وجود مرض، فمن المستحسن إجراء فحوصات يومية من أجل رصد الصحة العامة للأرصدة والوفيات؛ وينبغي إزالة الأسماك الميتة من النظام والتخلص منها بطريقة آمنة بيولوجيا. وإذا بدأ تواتر العلامات السريرية أو الوفيات في الازدياد، فمن المهم ضمان وجود إجراءات لتحديد المسألة أولاً ثم اتخاذ إجراءات علاجية.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: لهذا السبب، من المهم أن يدرك المشغلون كيفية الاتصال بأخصائي بيطري في صحة الأسماك (Martins et al. 2010؛ Somerville et al. 2014c).

بارامترات ذات أهمية خاصة

في بعض الأحيان المعلمات غير القياسية في نوعية المياه سوف تصبح ذات الصلة في نظام أكوابونك، وخاصة عند اختيار مصدر المياه الخاصة بك. يمكنك اختيار استخدام المياه من البيئة (مياه الأمطار، مياه النهر أو البحيرة، وما إلى ذلك)، أو مياه الصنبور المعالجة البلدية. اعتمادا على مصدر المياه، قد تختلف المياه في مستويات DO، وجود أو عدم وجود المعادن الثقيلة والملوثات الدقيقة الأخرى، والمواد الكيميائية النزرة، والمطهرات، وقد تكون أو لا تكون ملوثة بالبكتيريا القولونية. المياه التي تضاف إلى النظام يمكن أن تكون ذات نوعية مختلفة جدا اعتمادا على:

• موقع مصدر المياه

• الطقس الأخير (في حالة استخدام المياه من البيئة)

• معالجة المياه البلدية (في حالة استخدام مياه الصنبور)

إجراءات التشغيل: معالجة مياه الشرب غالبا ما تشمل إضافة المطهرات، مثل الكلورين والكلورامين. يجب أن يكون لها تأثير متبقي، مما يعني أنها تبقى نشطة في الماء بعد تطبيق المطهر. هذا يمكن أن يكون مشكلة في نظام أكوابونك، لأنه يعتمد بشكل كبير على المجتمعات الميكروبية في المرشح الحيوي. ومن ناحية أخرى، فإن المياه المأخوذة مباشرة من البيئة يمكن أن تكون لها مشاكل أخرى، بما في ذلك التلوث بالميكروبات غير المرغوب فيها، مثل البكتيريا القولونية، أو وجود ملوثات، مثل المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء والمعادن الثقيلة (Godfrey 2018).

الرصد: من المستحيل رصد هذه البارامترات غير القياسية دون الوصول إلى التقنيات التحليلية مثل اللوني السائل عالي الأداء (HPLC)، والقياس الطيفي الكتلي البلازمي المقترن بحثي (ICP-MS)، والنظير الطيفي للامتصاص الذري (AAS)، ومعدات ومواد مختبرات علم الأحياء المجهرية، مثل حاضنة, غطاء تدفق صفيحي, الأوتوكلاف, جهاز الترشيح فراغ, و وسائط النمو الميكروبيولوجي. وبما أن هذه المعدات مكلفة للغاية، فمن الأفضل استشارة مختبر وطني لقياسات محددة إذا كان يشتبه في وجود مشكلة مع المياه المصدر.

إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها: الحل الأكثر اقتصادا وعمليا هو تجنب المشاكل مع المياه المصدر تماما عن طريق تركيب فلتر الكربون، الذي سوف يزيل أي بقايا مطهرة والملوثات المحتملة، ومرشح الأشعة فوق البنفسجية الذي سيتم تعطيل أي ميكروبات غير مرغوب فيها في المياه المصدر.

*حقوق الطبع والنشر © شركاء مشروع Aqu @teach. Aqu @teach هي شراكة استراتيجية إيراسموس في التعليم العالي (2017-2020) بقيادة جامعة غرينتش، بالتعاون مع جامعة زيوريخ للعلوم التطبيقية (سويسرا)، والجامعة التقنية في مدريد (إسبانيا)، وجامعة ليوبليانا ومركز ناكلو التقني الحيوي (سلوفينيا) . *