تقنية زراعة المياه العميقة
تتضمن طريقة DWC تعليق النباتات في صفائح البوليسترين، مع تعليق جذورها في الماء (الشكلان 4.68 و 4.69). هذه الطريقة هي الأكثر شيوعا في أكوابونيكش التجارية الكبيرة التي تنمو محصول معين واحد (عادة الخس، أوراق السلطة أو الريحان، الشكل 4.70)، وأكثر ملاءمة للميكنة. و هذه التقنية, على نطاق صغير, أكثر تعقيدا من أسرة الوسائط, وقد لا تكون مناسبة لبعض المواقع, لا سيما عندما يكون الوصول إلى المواد محدودا.
ديناميات تدفق المياه
ديناميات تدفق المياه في DWC هي تقريبا مماثلة لتلك التي من خلال NFT. يتدفق الماء عن طريق الجاذبية من خزان السمك، من خلال المرشح الميكانيكي، وفي الفلتر الحيوي/الحوض. من الحوض، يتم ضخ الماء في اتجاهين من خلال موصل وصمامات «Y». يتم ضخ بعض المياه مباشرة مرة أخرى إلى خزان الأسماك. يتم ضخ المياه المتبقية في المشعب، الذي يوزع المياه بالتساوي من خلال القنوات. يتدفق الماء، مرة أخرى عن طريق الجاذبية، من خلال قنوات النمو حيث توجد النباتات والمخارج على الجانب البعيد. عند الخروج من القنوات، يتم إرجاع الماء إلى المرشحة الحيوية/الحوض، حيث يتم ضخه مرة أخرى إما في خزان السمك أو القنوات. تتسبب المياه التي تدخل خزان السمك في تجاوز خزان السمك من خلال أنبوب الخروج والعودة إلى مرشح ميكانيكي، وبالتالي استكمال الدورة.
يصف هذا التكوين «الشكل 8» مسار المياه المشاهدة في نظام DWC. وكما هو الحال في NFT، يتدفق الماء من خلال المرشح الميكانيكي والمرشح الحيوي قبل أن يتم ضخه مرة أخرى إلى خزان السمك وقنوات النبات. أحد العيب في هذا التكوين هو أن مجمع المركب/مرشح بيولوجي يعود جزء من المياه السائلة من قنوات النبات مرة أخرى إلى النباتات. ومع ذلك، على عكس ما هو الحال في NFT حيث المواد الغذائية في فيلم صغير من المياه المتدفقة على مستوى الجذر سرعان ما تصبح نضوب، فإن الحجم الكبير من المياه الموجودة في قنوات DWC يسمح باستخدام كميات كبيرة من المواد الغذائية من قبل النباتات. ومن شأن توافر المغذيات هذا أن يشير أيضاً إلى تصميمات مختلفة للنظم. ويمكن بناء توزيع تسلسلي للمياه على طول قنوات DWC ببساطة باستخدام تكوين «سلسلة» مع مدخل واحد فقط يخدم أبعد خزان. وفي هذه الحالة، يكون مخرج خزان واحد هو مدخل الخزان المتعاقب، ومن شأن زيادة تدفق المياه أن تساعد الجذور على الوصول إلى تدفق أعلى من المواد الغذائية.
في نظام DWC الموضح في الشكل 4.68، يتم ضخ المياه من حاوية الفلتر الحيوي إلى قنوات تحتوي على صفائح بوليسترين تطفو على القمة تدعم النبات. معدل تدفق المياه التي تدخل كل قناة منخفض نسبيا. بشكل عام، كل قناة لديها 1-4 ساعات من وقت الاحتفاظ. وقت الاحتفاظ هو مفهوم مماثل لمعدل دوران, ويشير إلى مقدار الوقت الذي يستغرقه لاستبدال كل المياه في حاوية. على سبيل المثال، إذا كان حجم المياه في قناة واحدة هو 600 لتر ومعدل تدفق المياه التي تدخل الحاوية هو 300 لتر/ساعة، فإن وقت الاحتفاظ سيكون ساعتين (600 لتر ÷ 300 لتر/ساعة).
الترشيح الميكانيكي والبيولوجي
الترشيح الميكانيكي والبيولوجي في وحدات DWC هو نفسه كما هو الحال في وحدات NFT الموصوفة في القسم 4-4-2.
DWC تنمو القنوات والبناء والزرع
يمكن أن تكون القنوات ذات أطوال متغيرة، من واحد إلى عشرات الأمتار (الشكل 4.71). بشكل عام، طولها ليس مشكلة، كما رأينا في NFT، لأن الحجم الكبير من المياه يتيح إمدادات كافية من المغذيات. وينبغي أن تسمح التغذية النباتية المثلى في القنوات الطويلة جداً دائماً بتدفق الماء الكافي وإعادة الأوكسجين لضمان عدم استنفاد المغذيات وتمكن الجذور من التنفس. بقدر ما يتعلق العرض، فمن المستحسن عموما أن يكون العرض القياسي لورقة من البوليسترين، ولكن يمكن أن يكون مضاعفات هذا. ومع ذلك، فإن القنوات الأضيق والأطول تتيح سرعة مياه أعلى يمكن أن تصيب الجذور بتدفقات أكبر من المغذيات بشكل مفيد. يجب أن يكون اختيار العرض أيضًا
النظر في إمكانية الوصول من قبل المشغل. العمق الموصى به هو 30 سم للسماح لمساحة جذر النبات كافية. على غرار خزانات الأسماك، يمكن أن تكون القنوات مصنوعة من أي مادة خاملة قوية يمكن أن تحمل المياه. أما بالنسبة لل وحدات الصغيرة الحجم, فتشمل المواد الشائعة حاويات بلاستيكية ملفقة أو الألياف الزجاجية. يمكن بناء قنوات أكبر بكثير باستخدام أطوال خشبية أو كتل خرسانية مبطنة بأغطية مقاومة للماء من الدرجة الغذائية. إذا كنت تستخدم الخرسانة، تأكد من أنها مختومة مع غير سامة، سداده للماء لتجنب احتمال تسرب المعادن السامة من الخرسانة إلى المياه النظام.
وكما ذكر أعلاه، فإن وقت الاحتفاظ لكل قناة في وحدة هو 1-4 ساعات، بغض النظر عن حجم القناة الفعلي. وهذا يسمح لتجديد كاف من المواد الغذائية في كل قناة، على الرغم من أن حجم المياه وكمية المواد الغذائية في القنوات العميقة كافية لتغذية النباتات على مدى فترات أطول. ومن المؤكد أن نمو النبات سوف يستفيد من معدلات التدفق المتسارع والمياه المضطربة لأن الجذور ستتأثر بالعديد من الأيونات؛ في حين أن التدفقات البطيئة والمياه الراكدة تقريبا سيكون لها تأثير سلبي على نمو النبات.
تهوية وحدات DWC أمر حيوي. في القناة المزروعة بكثافة، يمكن أن يؤدي الطلب على الأكسجين للنباتات إلى انخفاض مستويات DO إلى أقل من الحد الأدنى. وأي نفايات صلبة متحللة موجودة في القناة من شأنه أن يؤدي إلى تفاقم هذه المشكلة، مما يزيد من تقليل DO. وبالتالي، مطلوب التهوية. أبسط طريقة هي وضع عدة حجارة الهواء الصغيرة في القنوات (الشكل 4.72).
يجب أن تطلق حجارة الهواء حوالي 4 لترات من الهواء في الدقيقة الواحدة، ويتم ترتيبها كل 2-4 م2 من منطقة القناة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة شفرات فينتوري (انظر القسم 4.2.5) إلى أنابيب تدفق المياه لتهوية المياه أثناء دخولها إلى القناة. وأخيرا، يمكن استخدام طريقة Kratky من DWC (الشكل 4.73). في هذه الطريقة، يتم ترك مساحة من 3-4 سم بين البوليسترين والجسم المائي داخل القناة. هذا يسمح للهواء بالتداول حول الجزء العلوي من جذور النبات. هذا النهج يزيل الحاجة إلى الحجارة الهوائية في القناة حيث يتم توفير كميات كافية من الأكسجين في الهواء للجذور. ميزة أخرى لهذه الطريقة هي تجنب الاتصال المباشر للسيقان النبات بالماء، مما يقلل من مخاطر الأمراض النباتية في منطقة الياقة. وعلاوة على ذلك، فإن زيادة التهوية نتيجة لزيادة المساحة الجوية تفضل تبديد الحرارة من الماء، وهو مثالي في المناخات الحارة
لا تضيف أي أسماك إلى القنوات التي يمكن أن تأكل جذور النباتات، مثل الأسماك العاشبة مثل البلطي والكارب. ومع ذلك، يمكن استخدام بعض أنواع الأسماك الصغيرة آكلة اللحوم، مثل الغوبي أو الموليس أو أسماك البعوض، بنجاح لإدارة يرقات البعوض، التي يمكن أن تصبح مصدر إزعاج كبير للعمال والجيران في بعض المناطق.
يجب أن تحتوي صفائح البوليسترين على عدد معين من الثقوب المحفورة لتناسب الكؤوس الصافية (أو مكعبات الإسفنج) المستخدمة لدعم كل مصنع (الشكل 4.74). يتم إملاء كمية وموقع الثقوب بواسطة نوع الخضار والمسافة المطلوبة بين النباتات، حيث يمكن أن تتباعد النباتات الصغيرة بشكل أوثق. يتضمن الملحق 8 تفاصيل محددة وتلميحات مفيدة حول كيفية حفر الثقوب.
يمكن بدء الشتلات في حضانة نباتات مخصصة (انظر القسم 8.3) في كتل التربة أو وسط أقل تربة. وبمجرد أن تكون هذه الشتلات كبيرة بما يكفي للتعامل معها، يمكن نقلها إلى أكواب صافية وزرعها في وحدة DWC (الشكل 4.75). يجب ملء المساحة المتبقية في الكأس الصافي بالوسائط المائية، مثل الحصى البركاني أو الصوف الصخري أو LECA، لدعم الشتلات. ومن الممكن أيضا ببساطة زرع البذور مباشرة في أكواب الشبكة على رأس وسائل الإعلام. ينصح بهذه الطريقة في بعض الأحيان إذا كانت بذور الخضروات يمكن الوصول إليها لأنها تتجنب صدمة الزرع أثناء إعادة الزراعة. عند الحصاد، تأكد من إزالة النبات بأكمله، بما في ذلك الجذور والأوراق الميتة، من القناة. بعد الحصاد يجب تنظيف الطوافات ولكن لا تترك لتجف لتجنب قتل البكتيريا النتريفينغ على سطح الطوافة المغمورة. يجب على الوحدات الكبيرة تنظيف الطوافات بالماء لإزالة الأوساخ وبقايا النباتات وإعادة وضعها على الفور في القنوات لتجنب أي إجهاد للبكتيريا النتريفينغ.
حالة خاصة DWC: كثافة سمك منخفضة، بدون فلاتر
يمكن تصميم وحدات Aquaponic DWC التي لا تتطلب ترشيح إضافي خارجي (الشكل 4.76). وتحمل هذه الوحدات كثافة تخزين منخفضة جدا من الأسماك (أي 1-1.5 كجم من الأسماك لكل مترمكعب من خزان الأسماك)، ثم تعتمد بشكل رئيسي على مساحة جذر النبات والمساحة الداخلية للقنوات كمساحة سطحية لإيواء البكتيريا النتريفيجة. شاشات شبكة بسيطة التقاط النفايات الصلبة الكبيرة، والقنوات بمثابة صهاريج تسوية للنفايات الدقيقة. وتتمثل ميزة هذه الطريقة في انخفاض الاستثمارات الاقتصادية الأولية والتكاليف الرأسمالية، بينما تلغي في الوقت نفسه الحاجة إلى حاويات ومواد تصفية إضافية، مما قد يكون من الصعب ومكلفة المصدر في بعض المواقع. ومع ذلك، فإن انخفاض كثافة التخزين سيؤدي إلى انخفاض إنتاج الأسماك. وفي الوقت نفسه، فإن العديد من المشاريع المائية تحقق الغالبية العظمى من أرباحها على محصول النبات بدلا من إنتاج الأسماك، ولا تستخدم في الأساس سوى الأسماك كمصدر للمغذيات. في كثير من الأحيان، تتطلب هذه الطريقة مكملات غذائية لضمان نمو النبات. في حالة النظر في هذه الطريقة، يجدر تقييم الأسماك والإنتاج النباتي المطلوب والنظر في التكاليف والمكاسب النسبية.
ديناميات تدفق المياه
والفرق الرئيسي بين التصميمين (تخزين الأسماك المرتفع مقابل تخزين الأسماك المنخفض) هو أن التصميم المنخفض الكثافة لا يستخدم أي من حاويات الترشيح الخارجية، الميكانيكية أو البيولوجية. يتدفق الماء عن طريق الجاذبية من خزان السمك مباشرة إلى قنوات DWC، ويمر عبر شاشة شبكة بسيطة للغاية. ثم يعاد الماء إما إلى مستنقع و يتم ضخه مرة أخرى إلى صهاريج الأسماك, أو مباشرة إلى صهاريج الأسماك دون مستنقع. يتم تهوية المياه في كل من خزانات الأسماك والقنوات باستخدام مضخة الهواء. يتم تقسيم النفايات السمكية عن طريق النتريفينغ وتمعدن البكتيريا التي تعيش على سطح جذور النبات وجدران القناة.
كثافة تخزين الأسماك هي سلسلة متصلة، تمتد من الكثافات المنخفضة جدا التي لا تحتاج إلى مرشحات على طول الطريق حتى الكثافات العالية جدا التي تحتاج إلى مرشحات خارجية مخصصة. حل واحد بسيط لشراء المزيد من التمعدن والترشيح الحيوي وتجنب تراكم النفايات من المواد الصلبة في الجزء السفلي من القنوات يتكون من الجمع بين شاشة شبكة بسيطة مع سلة من الحصى البازلاء أو كرات الطين وضعت فوق مستوى المياه حيث يخرج الماء من خزان السمك. وسوف تكون السلة بمثابة مرشح هزيلة مع محاصرة وسائل الإعلام وتمعدن المواد الصلبة. كما أن الماء الذي يسقط من السلة سيضيف الأكسجين من خلال تأثيره. وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الحصى البازلاء يكون لها عمل التخزين المؤقت ضد تحمض المياه بعد النتروية. يمكن أن يشمل خيار آخر فلتر بيولوجي داخلي داخل خزان السمك، يتكون من كيس شبكي بسيط من مادة الترشيح الحيوي بالقرب من حجر الهواء. وهذا يمكن أن يساعد على ضمان الترشيح الحيوي كافية دون إضافة إلى تكلفة المرشحات الحيوية الخارجية. وأخيرا، فإن زيادة الحجم الكلي للمياه دون زيادة كثافة تخزين الأسماك، وذلك أساسا باستخدام صهاريج الأسماك الكبيرة لعدد قليل من الأسماك، يمكن أن تساعد على التخفيف من مشاكل نوعية المياه عن طريق تخفيف النفايات وضمان الوقت الكافي للمزارع للاستجابة للتغيرات قبل أن تصبح الأسماك مجهدة، على الرغم من أن ذلك يمكن أن يؤدي تمييع المواد الغذائية المتاحة وتعوق نمو الخضار.
كما أن انخفاض كثافة الأسماك يعني أن معدل تدفق المياه يمكن أن يكون أقل. يمكن استخدام مضخة أصغر، مما يقلل من التكلفة، ولكن تأكد من أن ما لا يقل عن نصف إجمالي حجم خزان الأسماك يتم تبادله في الساعة. في الواقع، نجح بعض الباحثين في إزالة المضخة الكهربائية معًا والاعتماد على العمل اليدوي لركوب الماء مرتين في اليوم. ومع ذلك، فإن هذه الأنظمة تعتمد اعتمادا كليا على التهوية الكافية. و بخلاف هذه الاختلافات, تنطبق التوصيات المتعلقة بصهاريج الأسماك و بناء قناة DWC على طريقة الكثافة المنخفضة لل تخزين.
إدارة وحدة تخزين منخفضة الكثافة
والفرق الرئيسي عن إدارة الوحدات الأخرى، الذي نوقش بمزيد من التفصيل في الفصل الثامن، هو انخفاض كثافة التخزين. وكثافة التخزين المقترحة لهذه الأنواع من الأنظمة هي 1-5 كجم/م3 (مقارنة بـ 10-20 كجم/م3 للأنظمة الأخرى في هذا الدليل). في السابق، كان من المقترح أن التوازن بين الأسماك والنباتات يتبع نسبة معدل التغذية، مما يساعد على حساب كمية علف الأسماك التي تدخل النظام بالنظر إلى مساحة نمو محددة للنباتات. ولا تزال وحدات كثافة التخزين المنخفضة هذه تتبع نسبة التغذية اليومية المقترحة التي تبلغ 40-50 جم/م2، ولكن يجب أن تكون في الطرف الأدنى. وهناك تقنية مفيدة هي السماح للأسماك لتغذية لمدة 30 دقيقة، 2-3 مرات في اليوم الواحد، ومن ثم إزالة جميع المواد الغذائية غير تؤكل. وسيؤدي الإفراط في التغذية إلى تراكم النفايات في صهاريج الأسماك وقنواتها، مما يؤدي إلى وجود مناطق تعاني من نقص الأوكسجين، وسوء ظروف النمو، والأمراض، وإجهاد الأسماك والنباتات. دائما، ولكن خصوصا عند استخدام هذه الطريقة دون مرشحات، تأكد من مراقبة ظروف جودة المياه عن كثب، والحد من التغذية إذا تم الكشف عن مستويات عالية من الأمونيا أو النتريت.
مزايا وعيوب انخفاض كثافة التخزين
والميزة الرئيسية هي وحدة أبسط. وهذا النظام أسهل في البناء وأرخص للبدء، مع انخفاض التكاليف الرأسمالية. الأسماك أقل توترا لأنها تزرع في ظروف أكثر اتساعا. وعموما، يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة جدا للمشاريع الأولية ذات رأس المال المنخفض. ويمكن أن تكون هذه النظم مفيدة جدا لزراعة الأسماك ذات القيمة العالية، مثل أسماك الزينة، أو المحاصيل المتخصصة، مثل الأعشاب الطبية، حيث يتم تعويض الإنتاج الأقل بقيمة أعلى.
ومع ذلك، فإن العيب الخطير هو أن هذه الوحدات يصعب الارتقاء بها. يتم زراعة عدد أقل من النباتات والأسماك في منطقة معينة، وبالتالي فهي أقل كثافة من بعض النظم المذكورة سابقا. ومن أجل إنتاج كمية كبيرة من المواد الغذائية، ستصبح هذه النظم كبيرة إلى حد كبير. أساسا، والميكانيكية الخارجية والمرشحات الحيوية هي ما يسمح أكوابونيكش لتكون مكثفة جدا داخل منطقة صغيرة.
وعلاوة على ذلك، لا يمكن أن يعمل إنتاج الأسماك بشكل مستقل عن العنصر المائي؛ ويجب أن تكون النباتات في القنوات في جميع الأوقات. توفر جذور النباتات المنطقة لنمو البكتيريا، وبدون هذه الجذور لن يكون الترشيح الحيوي كافياً للحفاظ على المياه نظيفة للأسماك. وإذا كان من الضروري قط حصاد جميع النباتات دفعة واحدة، وهو ما يمكن أن يحدث أثناء تفشي الأمراض أو تغيرات الموسم أو الأحداث المناخية الكبرى، فإن انخفاض الترشيح الأحيائي سيسبب إجهاداً كبيراً من الأمونيا والأسماك. من ناحية أخرى، مع الميكانيكية الخارجية والمرشحات الحيوية يمكن أن يستمر إنتاج الأسماك دون الزراعة المائية كمعيار RAS.
- المصدر: منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، 2014، كريستوفر سمرفيل، موتي كوهين، إدواردو بانتانيلا، أوستن ستانكوس، أليساندرو لوفاتيلي، إنتاج الأغذية المائية الصغيرة، http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. مستنسخة بإذن *