Aqu @teach: مقدمة في المراقبة

المعلمات العلمية

المعلمة العلمية** هي خاصية أو قيمة يمكن تحديدها أو قياسها، يتم اختيارها من مجموعة من البيانات. متغير هو أي عامل أو سمة أو شرط يمكن أن يكون موجودًا بمبالغ أو أنواع مختلفة. في العلوم التجريبية، هناك عادة ثلاثة أنواع من المتغيرات: 1) مستقلة، 2) تعتمد، و 3) تسيطر عليها. المتغير المستقبل** هو المتغير الذي يتغير المجرب من أجل قياس أو مراقبة استجابة أو تأثير. المتغير الذي يعتمد** هو الاستجابة المقيسة للتغييرات التي تم إجراؤها على المتغير المستقل. المتغيرات التي يتم التحكم فيها ** هي المتغيرات التي يتم الاحتفاظ بها ثابتة في التجربة.

دعونا نوضح هذه المتغيرات مع تجربة وهمية باستخدام نظام أكوابوني. نحن مهتمون بكيفية تأثير الكتلة الإجمالية للأسماك على إنتاج الأمونيا في خزان السمك المتصل بالوحدة المائية. وسيقاس تركيز الأمونيا بالجم/لتر في خزان السمك وكذلك في الوحدة المائية. وستظل كمية العلف ونسبه ثابتين، في حين أن الكتلة الإجمالية للأسماك ستختلف مع إضافة الأسماك إلى خزان السمك. في هذه التجربة الخيالية، فإن الكتلة الإجمالية للأسماك هي المتغير المستقل (هذا ما نقوم بتغييره)، وتركيز الأمونيا هو المتغير المعتمد (هذا هو ما نهتم به - هو ما نقوم بقياسه كرد فعل على تغيير كتلة الأسماك). المتغيرات، مثل كمية العلف، ومعدل التغذية، والفترات الزمنية بين التغذية وتغيير الكتلة الكلية للأسماك، ودرجة حرارة الماء في خزان السمك والوحدة المائية، ومساحة سطح المرشح الحيوي، وعدد النباتات في وحدة المياه المائية، وما إلى ذلك، كلها يجب أن تبقى ثابتة من أجل مجرد قياس تأثير تغيير الكتلة الكلية للأسماك على إنتاج الأمونيا، وبالتالي فهي هي المتغيرات الخاضعة للرقابة.

من المهم ملاحظة أن التجارب العلمية (أو قياسات نفس المعلمة في الرصد) تتم في مضاعفات، عادة ثلاث مرات، من أجل التحقق من صحة البيانات التجريبية أو النتائج الملاحظة. وعادة ما تكون ثلاثة النسخ المتماثلة كافية لاستبعاد أي القيم المتطرفة المحتملة (إذا اتفق القياسان الآخران). ثم يتم أخذ متوسط (في الإحصاءات تسمى المتوسط الحسابي) من هذه القياسات من أجل تحسين دقة النتيجة. و ينبغي أيضا حساب الانحراف المعياري لل نسخ الثلاثة المتماثلة من أجل الإبلاغ عن التباين فيما بين البيانات. من الأفضل أن يكون الانحراف المعياري المنخفض. لا تنسى تضمين وحدات في القياسات الخاصة بك. وفيما يلي معادلات حساب الوسط الحسابي والانحراف المعياري:

حيث: $\ بار {س} $ = المتوسط الحسابي

$ _1، _2، _3، _n $ = القيم الفردية في مجموعة البيانات = عدد نقاط البيانات في المجموعة (عدد القيم ‘x’)

حيث:

= الانحراف المعياري

= رمز الجمع

𞸎 = كل قيمة فردية في مجموعة البيانات

𞸎 = المتوسط الحسابي

= عدد نقاط البيانات في المجموعة (عدد القيم ‘x’)

لماذا المراقبة؟

وتنشأ الحاجة إلى الرصد في الأحياء المائية من وجهة نظر: ** تشريع** و** إدارة**. وتعني الطبيعة الكلية للأحياء المائية أنها تندرج في عدة فئات تشريعية مختلفة فيما يتعلق بالسياسة العامة على مستوى الاتحاد الأوروبي. سياسة مصايد الأسماك المشتركة (https://ec.europa.eu/fisheries/cfp_en) و الزراعة المشتركة السياسة (CAP)،, فضلا عن السياسات المتعلقة بسلامة الأغذية, و صحة الحيوان و رفاهه, و صحة النبات, و التشريعات البيئية, من بين أمور أخرى, يمكن أن تطبق جميعها, تبعا لل خصائص التشغيلية لل نظام. وتشمل التشريعات واللوائح التي يجب مراعاتها أثناء الإنتاج المائي، على سبيل المثال لا الحصر، ما يلي:

• التوجيه الإطاري للمياه (2000/60/EC) (WFD) - يضع الصندوق، في جملة أمور، قواعد الرصد وأخذ العينات وتحليل تصريف النفايات السائلة في المجاري المائية. كما يتطلب من الدول الأعضاء وضع نظم رصد داخل بلدانها تشمل في كثير من الأحيان عمليات تفتيش في مواقع التصريف لتحليل النفايات السائلة

• توجيه النترات (91/676/EEC) يحدد حدود بارامترات النفايات السائلة التي يمكن تصريفها

• لوائح سلامة الأغذية، التي سيتم تغطيتها بمزيد من التفصيل في الفصل 10 من هذا الكتاب المدرسي

• لوائح رعاية الحيوان وصحة الأسماك، مثل التوجيه 91/496/EEC، الذي يضع المبادئ التي تحكم تنظيم الفحوص البيطرية على الحيوانات التي تدخل إلى الاتحاد الأوروبي من بلدان ثالثة

في معظم البلدان، ستكون المساعدة متاحة من الوكالات الحكومية للحفاظ على تماشي مزارعي الأحياء المائية مع القانون، ولذلك يجب عليهم طلب معلومات شاملة من السلطات المختصة فيما يتعلق بأوضاعهم الخاصة (Joly 2018).

الرصد المنتظم للمعلمات هو جزء لا غنى عنه من إدارة وتشغيل وصيانة نظام أكوابونك. وسيشير رصد نوعية المياه وصحة الأسماك والنباتات إلى مدى أداء النظام وفوائد كبيرة من حيث التكلفة. حفظ سجلات جيدة للقياسات الخاصة بك يمكن أن يساعد كثيرا في مراقبة الاتجاهات وتشخيص المشاكل المستقبلية. من المهم تسجيل كل قراءاتك. المعلمات مثل الأمونيا والنتريت والأكسجين المذاب ودرجة الحموضة يمكن أن تعطي مؤشرا على ما إذا كان النظام هو ضعف الأداء.

تحديد المعلمة التي هي إشكالية (أي خارج النطاق المطلوب) يساعد المشغل على إصلاح المشكلة بسرعة واستعادة أداء نظام أكوابونك مرة أخرى إلى المستويات المثلى، مما سيؤدي إلى أعلى غلة من الأسماك والنباتات.

نُهج رصد مختلفة

وتتراوح نهج الرصد لاختبار نوعية المياه المائية من بسيطة جدا ورخيصة إلى معقدة وتشمل معدات تحليلية باهظة الثمن. النهج الأبسط والأرخص هو استخدام شرائط الاختبار، والتي تغمر في الماء. تحتوي هذه المواد على كاشف يتغير لونها عندما يتعلق الأمر بملامسة الماء. ويمكن مقارنة شدة هذا التفاعل مع الرسم البياني الألوان المقدم مع المجموعة، والتي سوف تعطي بعد ذلك قياسا دقيقا نسبيا لما يجري اختباره. هذه المجموعات غالبا ما تكون رخيصة وسهلة الاستخدام، على الرغم من أنها مادة قابلة للاستهلاك، وسوف تحتاج المخزونات إلى تجديد باستمرار. ومع ذلك، لا يمكن عادة استخدامها إلا في نطاق محدود. على سبيل المثال، تعمل بعض شرائط اختبار الأس الهيدروجيني فقط ضمن نطاق الأس الهيدروجيني من 5 إلى 8. إذا كان الرقم الهيدروجيني في نظام أكوابوني يقع خارج هذا النطاق (أقل من 5 أو أعلى من 8)، ثم شرائط الاختبار قد تعطي نتائج كاذبة.

المستوى التالي من حيث التعقيد والتكلفة هي الاختبارات باستخدام الكواشف الكيميائية ورسم بياني بالألوان. هنا يتم وضع العينة في أنبوب اختبار صغير ويتم إضافة قطرات من الكواشف وفقا للتعليمات. يحدث رد فعل ويتم مقارنة لون المحلول في أنبوب الاختبار مع مخطط الألوان الذي يأتي مع المجموعة. سعر هذه الاختبارات يختلف. وهناك نسخة أكثر دقة ومتقدمة من هذه الاختبارات تقيس اللون باستخدام أجهزة قياس الطيف الضوئي.

القياس الطيفي هو طريقة للتحليل الكمي تستخدم امتصاص الضوء. وعادة ما يتم طرد عينة من الماء لإزالة المواد الصلبة المعلقة ويتم إضافة كاشف محدد للاختبار المطلوب. ثم يتم وضع هذا داخل مقياس الطيف الضوئي للتحليل. ثم يمكن أن تكون القراءة التي يعطيها مقياس الطيف الضوئي مرتبطة بمنحنيات قياسية معروفة لتلك المعلمة الكيميائية المعينة لإعطاء تركيز. كما توفر بعض الشركات المصنعة مجموعات اختبار لإجراء تحليل أسرع، دون الحاجة إلى استخدام منحنيات المعايرة، وهي متاحة لمجموعة واسعة من معايير جودة المياه.

و ينطوي النهج الأكثر تقدما و تكلفة لل رصد على استخدام المجسات و العدادات الإلكترونية. هذه موجودة في تكوينات المعلمة المفردة، أو في تكوينات متر واحد متعددة. يتم توصيل المسابير إلى عداد إلكتروني رقمي ومغمورة في الماء. ويمكن أيضا تركيب شاشات مستمرة عبر الإنترنت داخل خزان السمك، مع التحقيق باستمرار في اتصال مع الماء. وهي تكلف أكثر مقارنة بالاختبارات الموصوفة سابقا، إلا أنها أكثر الأدوات دقة للرصد، ولها أكبر نطاق للقياس (Klinger-Bowen et al. 2011).

وعادة ما يرتبط نهج الرصد المختار بحجم النظام المائي ومستوى الإنتاجية. تستخدم الأنظمة التجارية الاحترافية عادة شاشات مستمرة عبر الإنترنت للأكسجين المذاب (DO) ومنسوب المياه والإمدادات الكهربائية. من ناحية أخرى، تعتمد أنظمة الفناء الخلفي للهواية في كثير من الأحيان على أبسط وأرخص الأساليب، مثل شرائط الاختبار، أو حتى مجرد عمليات تفتيش بصرية للتعكر المائي، والأكسجين في المرشحات الحيوية، وصحة النباتات والأسماك.

تصنيف بارامترات الرصد

المعلمات التي تحتاج إلى مراقبة في نظام أكوابوني هي نوعية المياه، وصحة الأسماك، وصحة النباتات، ويمكن تصنيفها إلى الأنواع التالية: 1) الكيميائية، 2) الفيزيائية، 3) البيولوجية. المعلمات الكيميائية لها علاقة بنوعية المياه وتشمل درجة الحموضة، DO، الأمونيا، النتريت، النترات، الفوسفور، وصلابة المياه. وتشمل المعلمات الفيزيائية درجة حرارة الماء والهواء والرطوبة النسبية وكثافة الأشعة فوق البنفسجية. توفر المعايير البيولوجية رؤية مباشرة لأداء النظام، وتشمل كل شيء من كتلة وصحة الأسماك والنباتات، ونقص المغذيات في النباتات، وتلوث الطحالب، وغيرها من المعلمات الميكروبيولوجية. كل كائن حي في وحدة أكوابونيك- الأسماك والنباتات والبكتيريا في المرشح الحيوي - له نطاق تسامح محدد لكل معلمة فيزيائية كيميائية (الجدول 1). ونطاقات التسامح متشابهة نسبياً بالنسبة للكائنات الثلاثة جميعها، ولكن هناك حاجة إلى حل وسط، وبالتالي فإن بعض الكائنات قد لا تعمل على مستواها الأمثل (Somerville et al. 2014a).

الجدول 1: النطاقات المثلى للبارامترات الفيزيولوجية - الكيميائية للأسماك (الماء الدافئ والبارد) والنباتات والبكتيريا النتريفينغ

والهدف من ذلك هو الحفاظ على نظام بيئي صحي مع الفيزيائية الكيميائية فضلا عن غيرها من المعايير التي تلبي متطلبات زراعة الأسماك والخضروات والبكتيريا في وقت واحد. هناك مناسبات تحتاج فيها نوعية المياه إلى التلاعب بنشاط من أجل تلبية هذه المعايير والحفاظ على عمل النظام بشكل صحيح.

تواتر الرصد

و يختلف تواتر الرصد تبعا لل معلمة التي يجري رصدها. وكقاعدة عامة، ينبغي اختبار نظم بدء التشغيل (عند التخزين الأولي للنباتات والحيوانات) يوميا بحيث يمكن إجراء التعديلات بسرعة عند الحاجة. على سبيل المثال، يمكن خفض مستويات التغذية، ويمكن زيادة التهوية، أو يمكن تخفيف المياه استجابة لمستويات الأمونيا العالية. وبمجرد موازنة دورات المغذيات (بعد 4 أسابيع على الأقل دون حدوث تقلبات كبيرة في البارامترات)، يكون الرصد الأسبوعي كافياً عادة للحفاظ على نوعية المياه الجيدة. بيد أنه إذا كان هناك اشتباه في وجود مشكلة) تغير في مظهر أو سلوك اﻷسماك، ومؤشرات النقص في النباتات (، ينبغي عندئذ استئناف رصد نوعية المياه على نحو أكثر تواترا. ولذلك، فإن الرصد اليومي لصحة الأسماك والنباتات أمر ضروري لاكتشاف المشاكل المحتملة في وقت مبكر. ومن المهم جدا أيضا الاحتفاظ بسجل جيد من بارامترات الرصد، مثل مظهر وسلوك الأسماك (عادي/خارج المعتاد)، ومظهر النباتات (نظرة عادية/غير صحية)، وبارامترات كيمياء المياه (الرقم الهيدروجيني، DO، الأمونيا، النتريت، النترات). وبهذه الطريقة، يمكن تحديد سبب المشكلة المحتملة بسهولة أكبر، وفي حالة ظهور المشكلة مرة أخرى، يمكن تنفيذ التعديل الذي كان يعمل بشكل جيد في السابق (Sallenave 2016؛ Somerville et al. 2014a). يظهر مثال على دفتر سجل البيانات في الشكل 1.

الشكل 1: مثال لرصد جدول سجل البيانات. SS في الجدول لتقف على «موقع العينة»

*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) . *