12.6.1 Utangulizi

Teknolojia ya Biofloc (BFT) inachukuliwa kuwa mpya ‘mapinduzi ya bluu’ katika ufugaji wa maji (Stokstad 2010) kwani virutubisho vinaweza kuendelea kutumika tena na kutumika tena katika utamaduni wa kati, kunufaika na uzalishaji wa vimelea wa situ na kwa kiwango cha chini au sifuri kubadilishana maji (Avnimelech 2015). Mbinu hizi zinaweza kukabiliana na changamoto kubwa katika sekta kama vile ushindani wa ardhi na maji na majivu yaliyotolewa na mazingira ambayo yana ziada ya vitu hai, misombo ya nitrojeni na metabolites nyingine za sumu.

BFT ilianzishwa kwanza katika miaka ya 1970 na timu ya Aquacop katika Ifremer-Cop (Taasisi ya Utafiti wa Kifaransa ya Unyonyaji wa Bahari, Kituo cha Oceanic cha Pasifiki) na aina tofauti za penaeid za uduvi ikiwa ni pamoja na Litopenaeus vannamei, L. stylirostris na Penaeus monodon (Emerenaeus et al. 2011). Katika kipindi hicho, Ralston Purina (kampuni binafsi ya Marekani) kuhusiana na Aquacop alitumia teknolojia katika Crystal River (USA) na Tahiti, ambayo inaongoza kwa ufahamu mkubwa wa faida za biofloc kwa utamaduni wa shrimp. Masomo mengine kadhaa yaliwezesha mbinu kamili ya BFT na kutafiti mahusiano kati ya maji, wanyama na bakteria, kulinganisha BFT na ‘rumen nje’ lakini sasa inatumika kwa shrimp. Katika miaka ya 1980 na mwanzoni mwa miaka ya 1990, Israeli na Marekani (Waddell Mariculture Center) ilianza R\ &D katika BFT na Tilapia na Pacific nyeupe shrimp L. vannamei, kwa mtiririko huo, ambapo wasiwasi wa mazingira, kiwango cha maji na gharama za ardhi walikuwa mawakala causative kuu ambayo ilikuza utafiti ( Emerenciano et al. 2013).

Kielelezo 12.5 Biofloc teknolojia (BFT) kutumika kwa ajili ya utamaduni wa bahari shrimp nchini Brazil (a) na kwa Tilapia utamaduni nchini Mexico (b) (Chanzo: EMA-FURG, Brazil na Maurício G.

Shughuli za kwanza za kibiashara za BFT na pengine maarufu zaidi zilianza miaka ya 1980 katika shamba la ‘Sopomer’ huko Tahiti, Polynesia ya Kifaransa, na mwanzoni mwa miaka ya 2000 katika shamba la Belize Aquaculture au ‘BAL’, lililoko Belize, Amerika ya Kati. Mazao yaliyopatikana kwa kutumia mizinga ya saruji ya msup2/sup 1000 na mabwawa ya ukuaji wa 1.6 ha yalikuwa takribani tani 20—25/ha/mwaka na mazao mawili huko Sopomer na mzunguko wa tani 11—26/ha/ katika BAL, kwa mtiririko huo. Hivi karibuni, BFT imefanikiwa kupanuliwa katika kilimo kikubwa cha uduvi huko Asia, Amerika ya Kusini na ya Kati na vilevile katika greenhouses ndogo ndogo nchini Marekani, Ulaya na maeneo mengine. Angalau katika awamu moja (kwa mfano kitalu awamu) BFT imekuwa kutumika kwa mafanikio makubwa katika México, Brazil, Ecuador na Peru. Kwa utamaduni wa kibiashara Tilapia, mashamba nchini Mexico, Colombia na Israeli yanatumia BFT na uzalishaji wa karibu 7 hadi 30 kg/msup3/sup (Avnimelech 2015) (Mchoro 12.5b). Zaidi ya hayo, teknolojia hii imetumika (kwa mfano nchini Brazil na Colombia) kuzalisha vijana wa tilapia (\ ~30 g) kwa hisa zaidi katika mabwawa au mabwawa ya udongo (Durigon et al. 2017). BFT ina hasa imekuwa kutumika kwa utamaduni uduvi na kwa kiasi fulani na tilapia. Aina nyingine zimejaribiwa na kuonyesha ahadi, kama ilivyoelezwa kwa catfish fedha (Rhamdia quelen) (Poli et al., 2015), carp (Zhao et al., 2014), piracanjuba (Brycon orbignyanus) (Sgnaulin et al., 2018), cachama (Colossoma macropomum) (Polossoma macropomum_) (Polossoma macropomum_) (et al., 2011) na aina nyingine crustacean kama vile Macrobrachium rosenbergii (Crab et al., 2010), Farfantepenaeus brasiliensis (Emerenciano et al., 2012), F. paulensis (Ballester et al., 2010), Penaeus semisulcatus (Megahed, 2010), L. stylirostris et al., 2011) na P. monodon (Arnold et al., 2006). Maslahi ya BFT yanaonekana kwa kuongezeka kwa idadi ya vyuo vikuu na vituo vya utafiti vinavyofanya utafiti hasa katika nyanja muhimu za usimamizi wa ukuaji, lishe, uzazi, mazingira ya microbial, bioteknolojia na uchumi.

12.6.2 BFT inafanya kazi gani?

Microorganisms na jukumu muhimu katika mifumo BFT (Martinez-Cordoba et al. 2015). Matengenezo ya ubora wa maji, hasa kwa udhibiti wa jamii ya bakteria juu ya vidubini vya autotrophic, hupatikana kwa kutumia uwiano wa juu wa kaboni hadi nitrojeni (C:N) kwa kuwa bidhaa za nitrojeni zinaweza kuchukuliwa kwa urahisi na bakteria za heterotrophic. Mwanzoni mwa mizunguko ya utamaduni uwiano wa juu wa kaboni hadi nitrojeni unahitajika ili kuhakikisha ukuaji bora wa bakteria ya heterotrophic, kwa kutumia nishati hii kwa ajili ya matengenezo na ukuaji wake (Avnimelech 2015). Zaidi ya hayo, makundi mengine ya microorganism ni muhimu katika mifumo ya BFT. Jamii ya bakteria ya chemoautotrophic (yaani bakteria ya nitrifying) huimarisha baada ya takriban siku 20—40 na huenda ikawajibika kwa theluthi mbili ya assimilation ya amonia katika mfumo (Emerenciano et al. 2017). Hivyo, kuongeza ya kaboni ya nje inapaswa kupunguzwa na alkalinity inayotumiwa na microorganisms lazima kubadilishwa na vyanzo tofauti vya kabonate/bicarbonate (Furtado et al. 2011). Utulivu wa kubadilishana sifuri au kiwango cha chini cha maji hutegemea mwingiliano wa nguvu kati ya jamii za bakteria, microalgae, fungi, protozoans, nematodes, rotifers, nk ambayo yatatokea kwa kawaida (MartinezCordoba et al. 2017). Ya jumla (bioflocs) ni tajiri protini-lipid asili chanzo cha chakula kwamba kuwa inapatikana 24 h kwa siku kutokana na mwingiliano tata kati ya vitu hai, substrate kimwili na mbalimbali kubwa ya microorganisms (Kuhn na Boardman 2008; Ray et al. 2010). Uzalishaji wa asili katika mfumo wa uzalishaji wa microorganisms ‘una majukumu matatu makubwa katika mizinga, raceways au mabwawa yaliyowekwa: (1) katika matengenezo ya ubora wa maji, na matumizi ya misombo ya nitrojeni inayozalisha protini ya microbial situ; (2) katika lishe, kuongeza uwezekano wa utamaduni kwa kupunguza malisho uwiano wa uongofu na kupungua kwa gharama za kulisha; na (3) katika ushindani na vimelea (Emerenciano et al. 2013).

Kuhusu ubora wa maji kwa ajili ya viumbe utamaduni, badala ya oksijeni, ziada ya chembechembe hai na misombo ya nitrojeni sumu ni wasiwasi mkubwa katika mifumo biofloc. Katika muktadha huu, njia tatu hutokea kwa ajili ya kuondolewa kwa nitrojeni amonia: kwa kiwango cha chini (1) photoautotrophic kuondolewa kwa mwani na kwa kiwango cha juu (2) heterotrophic bakteria kubadilika ya nitrojeni amonia moja kwa moja kwa biomasi microbial na (3) autotrophic bakteria kubadilika kutoka amonia kwa nitrati ( MartinezCordoba et al. 2015). Nitrati inapatikana katika mifumo pamoja na virutubisho vingine vidogo na vikubwa vilivyokusanywa juu ya mzunguko inaweza kutumika kama substrate kwa ukuaji wa mimea katika mifumo ya aquaponic (Pinho et al. 2017).

12.6.3 BFT katika Aquaponics

Matumizi ya BFT katika mifumo ya aquaponic ni mpya, ingawa Rakocy (2012) anataja mradi wa majaribio ya kibiashara na tilapia. Jedwali 12.2 muhtasari masomo muhimu ya hivi karibuni ambayo wametumia BFT katika mifumo ya aquaponic.

Kwa ujumla, matokeo yanaonyesha kuwa teknolojia ya biofloc inaweza kutumika na kuunganishwa katika uzalishaji wa samaki au mimea ya uduvi. BFT ikilinganishwa na mifumo mingine ya kawaida ya ufugaji wa samaki (kama vile RAS) kweli kuboresha kupanda na samaki mavuno na kukuzwa bora kupanda Visual quality (Pinho et al. 2017), lakini si katika kesi zote (Rahman 2010; Pinho 2018). Pinho et al. (2017) aliona kwamba lettuce huzaa na mfumo wa BFT ulikuwa mkubwa zaidi ikilinganishwa na mfumo wa kusafisha maji ya wazi (Mchoro 12.6). Hii ni uwezekano kutokana na upatikanaji wa virutubisho juu zinazotolewa na

Jedwali 12.2 tafiti za hivi karibuni duniani kote kutumia BFT katika mifumo ya aquaponic kwa aina mbalimbali za majini na mimea

meza thead tr darasa=“header” Aina ya Thamajini/th th Aina za mimea /th th Matokeo makuu /th th Marejeo /th /tr /thead tbody tr darasa=“isiyo ya kawaida” Tdtilapia/Td td Lettuce /td td Teknolojia ya Biofloc haikuboresha uzalishaji wa lettuce ikilinganishwa na ufumbuzi wa kawaida wa hydroponic /td td Rahman (2010) /td /tr tr darasa=“hata” Tdtilapia/Td td Lettuce /td td Mazao na Visual ubora wa lettuce mara kuboreshwa kwa kutumia BFT ikilinganishwa na mfumo wazi-maji recirculation /td td Pinho et al. (2017) /td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” TDTilapia (kitalu) /td td Lettuce /td td Utendaji wa mimea (lettuce) kwa kutumia Tilapia katika awamu ya kitalu (1—30 g) uliathiriwa vibaya na maji machafu ya biofloc ikilinganishwa na maji machafu ya RAS baada ya mizunguko miwili ya mimea (siku 13 kila mmoja). Plant mambo Visual walikuwa bora katika RAS ikilinganishwa na BFT /td td Pinho (2018) /td /tr tr darasa=“hata” Tdtilapia/Td td Lettuce /td td Uwepo wa vipengele vya kuchuja (chujio cha mitambo na chujio cha kibaiolojia) uliathiri uzalishaji wa lettuce katika mifumo ya maji ya maji ikilinganishwa na matibabu bila filters kutumia BFT /td td Barbosa (2017) /td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” Tdtilapia/Td td Lettuce /td td Salinity ya chini (3 ppt) inaweza kufanywa katika aquaponics kwa kutumia BFT. Vigezo vya Visual na utendaji vilionyesha kuwa aina ya rangi ya zambarau ilikuwa na utendaji bora zaidi kuliko aina za laini na za /td td Lenz et al. (2017) /td /tr tr darasa=“hata” TDSilver catfish/td td Lettuce /td td Matumizi ya bioflocs katika mfumo wa aquaponic inaweza kuboresha uzalishaji wa lettuce katika utamaduni jumuishi na samaki wa fedha /td td Rocha et al. (2017) /td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” TdilitOpenaeus vannamei/i/td td Isarcocornia utata/i /td td Utendaji wa ishrimp ya baharini L. vannamei/i haukuathiriwa na IS. utata/i jumuishi uzalishaji wa aquaponics na pia kuboresha matumizi ya virutubisho (k.m. nitrojeni) katika mfumo wa utamaduni /td td Pinheiro et al. (2017) /td /tr /tbody /meza

mtini. 12.6 Majaribio aquaponics chafu kulinganisha teknolojia biofloc na RAS maji machafu katika Santa Catarina State University (UDESC), Brazil. (Chanzo: Pinho et al. 2017)

juu microbial shughuli. Hata hivyo, hali hii haikuonekana katika utafiti wa Rahman (2010), ambaye alilinganisha majivu kutoka kwa utamaduni wa samaki katika mfumo wa BFT kwa suluhisho la kawaida la hydroponic katika uzalishaji wa lettuce. Aidha, Pinho

Mtini. 12.7 High salinity halophyte Sarcocornia ambigua aquaponics uzalishaji kuunganishwa na Pasifiki nyeupe uduvi Litopenaeus vannamei mafanikio kutumia teknolojia biofloc katika Chuo Kikuu cha Santa Catarina Federal (UFSC), Brazil. (Chanzo: LCM-UFSC, Brazil)

mtini. 12.8 Aquaponics lettuce uzalishaji jumuishi na Tilapia kutumia teknolojia biofloc (kushoto) na mkusanyiko wa yabisi suspended katika saladi (kulia). Barbosa (2017)

(2018) katika utafiti wa hivi karibuni uliona kwamba utendaji wa uzalishaji wa lettuce katika mfumo wa aquaponic ukitumia Tilapia katika awamu ya kitalu (1—30 g) uliathiriwa vibaya na maji machafu ya biofloc ikilinganishwa na maji machafu ya RAS zaidi ya siku 46. Tofauti katika matokeo hufafanua haja ya masomo ya ziada katika eneo hili.

BFT inaweza kutumika kwa maji ya chini ya chumvi, kwa mfano na aina fulani za lettuce (Lenz et al. 2017), na maji ya juu ya salinity yanaweza kutumika, kwa mfano na aina za mimea ya halophyte kama vile Sarcocornia ambigua ushirikiano utamaduni na Pacific nyeupe shrimp Litopenaeus vannamei (Pinheiro et al. 2017) (Pinheiro. 2017) (Kielelezo 12.7). Silver catfish Rhamdia quelen pia imeonyesha uwezekano mzuri wa ushirikiano wa aquaponics na BFT (Rocha et al. 2017).

Kwa BFT, mkusanyiko wa yabisi unaweza kuathiri sana mizizi na athari za ngozi ya virutubisho na upatikanaji wa oksijeni. Matokeo yake, mavuno yanaweza kuathiriwa lakini pia ubora wa kuona wa mimea (k.mf. lettuces) ambayo ni kigezo muhimu kwa watumiaji. Kwa hili akilini, usimamizi wa yabisi ni somo muhimu kwa masomo zaidi ambapo athari za yabisi (sehemu ya chembechembe na pia sehemu iliyoharibiwa) katika mifumo ya aquaponic wakati wa kutumia BFT inachukuliwa (Mchoro 12.8). Aidha, tafiti za kiuchumi zinahitajika kufanywa ili kulinganisha gharama zinazohusika na mifumo mbalimbali ya kupanda maji na kupanda mimea na kutambua kufaa jamaa na maeneo tofauti na hali.