Édesvízi halak növekedési teljesítménye és vízminőség-ellenőrzési technológiája recirkulációs akvakultúra rendszerben
Az akvakultúra-ipar intenzifikációjának folyamatos javulásával és az egyre szigorodó környezetvédelmi követelményekkel a hagyományos akvakultúra modellek számos problémával szembesülnek, mint például a környezetszennyezés, a vízkészlet-pazarlás és a termékminőség romlása. A Recirkulációs Akvakultúra Rendszer (RAS), mint egy új típusú akvakultúra-módszer, előnyei közé tartozik a vízvédelem, a talajtakarékosság, a nagy állománysűrűség, a környezeti szabályozhatóság és a csökkentett talajvíz-kibocsátás. Ez igazodik a körforgásos gazdaság, valamint az energiatakarékosság és a kibocsátáscsökkentés jelenlegi nemzeti stratégiai követelményeihez, fontos irányt képvisel az akvakultúra-ágazat átalakulásában és fejlesztésében, és a modern halászat fenntartható fejlődésének kulcsfontosságú modelljévé vált. A RAS-ban az akvakultúra-vizet fizikai szűrés, biológiai tisztítás, levegőztetés, fertőtlenítés és egyéb kezelések után visszavezetik, ami megköveteli, hogy a rendszer folyamatosan fenntartsa a halnövekedéshez alkalmas vízminőségi feltételeket. A halak túlélésének közvetlen környezeteként a különféle vízminőségi paraméterek ingadozása közvetlenül befolyásolja a halak élettani funkcióit, anyagcsere-hatékonyságát és betegségekkel szembeni ellenálló képességét, ami végső soron a növekedési teljesítmény különbségeiben nyilvánul meg. Ezért a vízminőség-ellenőrzés és az édesvízi halak növekedési teljesítménye közötti összefüggés mélyreható feltárása a RAS-ben jelentős elméleti és gyakorlati jelentőséggel bír az akvakultúra hatékonyságának javítása és az egészséges ipar fejlődésének elősegítése szempontjából.
1 A recirkulációs akvakultúra rendszer áttekintése
A recirkulációs akvakultúra-modell egy olyan gazdálkodási módszer, amelyben a kultúrvizet a kezelés után fizikai, kémiai és biológiai szűrőfolyamatokon keresztül visszavezetik. A recirkulációs akvakultúra-technológiával kapcsolatos kutatások már korábban elkezdődtek külföldön. Az 1960-as években olyan országok, mint az Egyesült Államok, Hollandia és Dánia kezdeményeztek megfelelő tanulmányokat. Az Egyesült Államok elsősorban szivárványos pisztráng, csíkos sügér és fekete tengeri sügér tenyésztésére használta; Hollandia főleg európai angolnához és afrikai harcsához használta; Dánia recirkulációs akvakultúra-eljárási rendszere egy kültéri, félig{4}}zárt rendszer volt, amelyet főként szivárványos pisztrángtermelésre használtak.
Kína az 1980-as években vezette be a külföldi recirkulációs akvakultúra technológiáját és létesítményeit. A magas beruházási és üzemeltetési költségek miatt a bevezetett létesítmények nagy része gyorsan elhagyásra került. 1988-ban a Kínai Halászati Tudományos Akadémia Halászati Gép- és Eszközkutató Intézete a nyugatnémet technológiára támaszkodva megtervezte és megépítette Kína első recirkulációs akvakultúra-termelő műhelyét. Az elmúlt években a kínai tudósok, például Qu Keming magas, közepes és alacsony szintű recirkulációs akvakultúra-technológiai modelleket javasoltak a különféle típusú akvakultúra-vállalkozások eltérő igényei alapján, és népszerűsítették ezeket a tengerparti területeken; Liu Bo, a Heilongjiang Tartományi Halászati Technológiai Bővítő Állomás munkatársa „konténeres” recirkulációs akvakultúra technológiát és modelleket javasolt; He Xugang professzor, a Huazhong Mezőgazdasági Egyetemről egy „nulla -kibocsátású” zöld és hatékony „fogságban tartott” akvakultúra-modellt javasolt.
A recirkulációs akvakultúra-modelleket főként olyan típusokra osztják, mint a "versenypálya", "konténer" és "fogságban". A „versenypálya” akvakultúra-modellt példának vesszük, amely egy átfolyó-tartályból, hulladékgyűjtő területből, levegőztető létesítményekből, elterelő létesítményekből, tisztító területből, vizes élőhelyből és egyéb összetevőkből áll. A kis-víz-víztest-nyomó akvakultúra-terület négyszögletes tartályokból áll, amelyek a tó területének 2–5%-át foglalják el. Az elmúlt években a belföldi átfolyási-tartályok jellemzői általában 20 m hosszúak, 4 m szélesek és 2,5 m magasak, 6670 m² víztestenként 1–2 tartályt helyeztek el. Az alapelem a víz{17}}levegőztető berendezés. A korai változatok járókerekes eszközöket használtak a víz nyomásához és levegőztető eszközöket az oxigénellátáshoz, de most a legtöbben légfúvóból, mikroporózus levegőztető csövekből és terelőlapokból álló{19}}levegős emelőberendezéseket használnak. Általában minden három tartályhoz két, egymással összekapcsolt, 10 m³ térfogatú süllyesztett hulladékgyűjtő tartályt építenek, amelyeket az átfolyó-tartályok hátsó végén helyeznek el a tenyészterületről származó hulladék összegyűjtésére. A nagy-víztest-ökológiai tisztító terület a tó területének 95–98%-át foglalja el, elterelő töltésekkel és 2 méter feletti vízmélységgel. Ezen a területen elsősorban szűrőtáplálék{30}halakat tenyésztenek, és a vízinövény-borítást a tisztítási terület 20–30%-án szabályozzák. Fel van szerelve lapátkerekes levegőztetőkkel, járókerekes levegőztetőkkel, hullámkeltő gépekkel stb., és adott esetben mikrobiális készítményeket is adnak hozzá.
2 A recirkulációs akvakultúra modell hatása az édesvízi halak növekedési teljesítményére
2.1 Növekedési ráta
A recirkulációs akvakultúra-modell viszonylag stabil növekedési környezetet biztosíthat az édesvízi halak számára, ami segít a növekedési ütem javításában. A hagyományos tavi akvakultúrában a víz minőségét nagymértékben befolyásolják a külső környezeti tényezők, mint például a hőmérséklet és a csapadék, amelyek könnyen vízminőségi ingadozásokat okozhatnak, és befolyásolhatják a halak növekedését. A recirkulációs akvakultúra modellben a vízminőség-ellenőrző rendszer viszonylag stabil vízminőségi paramétereket képes fenntartani, mint például a víz hőmérséklete, oldott oxigénje és pH-értéke, megfelelő növekedési feltételeket teremtve a halak számára. Például a "versenypálya" akvakultúra-modellben a víz áramlási sebessége az átfolyó tartályban-beállítható a vizet-toló levegőztető berendezésen keresztül. A megfelelő áramlási sebesség elősegítheti a halak mozgását, javíthatja a fizikai erőnlétet, növelheti a takarmányfelvételt és felgyorsíthatja a növekedést.
2.2 Takarmánykihasználási arány
A recirkulációs akvakultúra modell javíthatja az édesvízi halak takarmányfelhasználási arányát. A hagyományos akvakultúrában a takarmány kiadagolása után néhány takarmány a fenékre süllyed anélkül, hogy elfogyna, és pazarlást okoz. Eközben a fenékre süllyedő takarmány lebomlik, és káros anyagokat termel, ami befolyásolja a víz minőségét. A recirkulációs akvakultúra modellben a vízáramlás hatására a takarmány jobban eloszlatható a vízben, így a halak könnyebben fogyaszthatnak, így csökken a takarmányhulladék. Ezenkívül a kezelőegységek, például a recirkulációs akvakultúra-rendszerben lévő bioszűrők képesek eltávolítani a szerves anyagokat, például a maradék takarmányt és az ürüléket a tenyészvízből, csökkentve a káros anyagok, például az ammónia-nitrogén és a nitrit-nitrogén tartalmát a vízben. Ez csökkenti ezeknek a káros anyagoknak a halak emésztési és felszívódási funkcióira gyakorolt hatását, ezáltal javul a takarmányfelhasználás.
2.3 Termékminőség
A recirkulációs akvakultúra modell segít javítani az édesvízi halak termékminőségét. A hagyományos akvakultúrában a halak érzékenyek a kórokozók, például paraziták és baktériumok által okozott fertőzésekre, ami betegségek előfordulásához vezet, és befolyásolja a termék minőségét. A recirkulációs akvakultúra modellben az olyan intézkedések, mint a vízminőség-ellenőrzés és a fertőtlenítés, hatékonyan csökkenthetik a kórokozók számát a vízben, csökkentve ezzel a halbetegségek kockázatát. Ugyanakkor a recirkulációs akvakultúra-modellben a halak viszonylag tiszta növekedési környezete csökkenti a nemkívánatos szagok, például sárszag kialakulását, javítva a termék ízét és minőségét.
3 A vízminőség-ellenőrzés legfontosabb paraméterei és módszerei a recirkulációs akvakultúra modellben
3.1 Kulcsparaméterek
3.1.1 Oldott oxigén
Az oldott oxigén az egyik fontos vízminőségi paraméter, amely befolyásolja a halak növekedését. A halak növekedése során elegendő oxigént igényelnek a légzéshez. Az elégtelen oldott oxigén lassú növekedéshez, csökkent immunitáshoz és akár halálhoz is vezethet. Általában az oldott oxigén mennyiségét a recirkulációs akvakultúra-rendszerekben 5 mg/l felett kell tartani.
3.1.2 Ammónia-nitrogén
Az ammónia-nitrogén az akvakultúra-vizek egyik fő szennyezője, főként a halak ürülékéből és a maradék takarmány lebomlásából származik. Az ammónia-nitrogén rendkívül mérgező a halakra, károsítja a kopoltyúszövetet, az idegrendszert és az immunrendszert, befolyásolja a növekedést és a túlélést. A recirkulációs akvakultúra-rendszerekben az ammónia-nitrogén koncentrációját 0,5 mg/L alá kell szabályozni.
3.1.3 Nitrit-nitrogén
A nitrit-nitrogén egy köztes termék, amely az ammónia-nitrogén nitrifikációja során keletkezik, és bizonyos toxicitású. A nitrit-nitrogén a halvérben lévő hemoglobinnal egyesül, csökkentve annak oxigénszállító képességét{1}}, hipoxiát és fulladást okozva a halakban. A recirkulációs akvakultúra-rendszerekben a nitrit nitrogénkoncentrációját 0,1 mg/L alá kell szabályozni.
3.1.4 pH-érték
A pH-érték fontos mutató, amely tükrözi a víz savasságát vagy lúgosságát, és jelentős hatással van a halak növekedésére és élettani funkcióira. A recirkulációs akvakultúra-rendszerekben a pH-értéket 7,0 és 8,5 között kell szabályozni.
3.2 Vízminőség-ellenőrzési módszerek
3.2.1 Fizikai ellenőrzés
A fizikai ellenőrzés főként olyan intézkedéseket foglal magában, mint a szűrés, ülepítés és levegőztetés. A szűrés hatékony módszer a lebegő szilárd anyagok és szilárd részecskék vízből történő eltávolítására. Az általánosan használt szűrőberendezések közé tartoznak a mikroszűrők és a homokszűrők. Az ülepítés a gravitáció segítségével a vízben lévő szilárd részecskéket a fenékre ülepíti, ezáltal megtisztítja a víz minőségét. A levegőztetés fontos eszköze a vízben oldott oxigén növelésének. Az általánosan használt levegőztető berendezések közé tartoznak a fúvók, a lapátkerekes levegőztetők és a járókerekes levegőztetők.
3.2.2 Kémiai kontroll
A kémiai védekezés főként abból áll, hogy vegyi anyagokat adnak a vízhez a vízminőség szabályozása érdekében. Például, ha a víz ammónia-nitrogén- és nitrit-nitrogén-koncentrációja túl magas, nitrifikáló baktériumkészítményeket lehet hozzáadni a nitrifikációs reakciók elősegítésére és az ammónia-nitrogén- és nitrit-nitrogén-tartalom csökkentésére; ha a víz pH-értéke túl alacsony, égetett mész alkalmazható a pH-érték növelésére.
3.2.3 Biológiai védekezés
A biológiai védekezés során mikroorganizmusokat, vízinövényeket és más szervezeteket használnak a vízminőség tisztítására. A mikroorganizmusok le tudják bontani a vízben lévő szerves anyagokat, így az olyan káros anyagokat, mint az ammónia-nitrogén és a nitrit-nitrogén ártalmatlan anyagokká alakítják. Az általánosan használt mikrobiális készítmények közé tartoznak a fotoszintetikus baktériumok, a Bacillus és a nitrifikáló baktériumok. A vízi növények tápanyagokat, például nitrogént és foszfort képesek felvenni a vízből, csökkentve az eutrofizáció előfordulását, ugyanakkor élőhelyet és árnyékot is biztosítanak a halaknak. A gyakori vízinövények közé tartozik a vízi jácint, az aligátorfű és az elodea.
4 Az édesvízi halak növekedési teljesítménye és a vízminőség-ellenőrzés közötti összefüggés a recirkulációs akvakultúra modellben
4.1 Oldott oxigén és növekedési teljesítmény
Ha elegendő a vízben oldott oxigén, a halak légzése normálisan működik, az anyagcsere élénk, a takarmányfelvétel nő, a növekedés üteme felgyorsul. Ezzel szemben az anyagcsere lelassul, és a növekedés üteme csökken. A recirkulációs akvakultúra modellben az ésszerű levegőztetési intézkedések stabil oldott oxigénszintet tartanak fenn a vízben, jó légzési környezetet biztosítva a halak számára, és elősegítik növekedésüket és fejlődésüket.
4.2 Ammónia-nitrogén, nitrit-nitrogén és növekedési teljesítmény
Az ammónia-nitrogén és a nitrit-nitrogén mérgező anyagok az akvakultúra-vizekben, amelyek súlyosan károsítják a halak növekedését és túlélését. A magas koncentrációjú ammónia-nitrogén károsítja a halak kopoltyúszövetét, befolyásolva a légzésfunkciót; károsítják a halak idegrendszerét és immunrendszerét is, csökkentve a betegségekkel szembeni ellenálló képességüket. A recirkulációs akvakultúra modellben a kezelőegységek, például a bioszűrők azonnal eltávolíthatják a vízből az ammónia-nitrogént és a nitrit-nitrogént, csökkentve a halakra gyakorolt toxikus hatásukat és biztosítva az egészséges halnövekedést.
4.3 pH-érték és növekedési teljesítmény
A pH-érték fontos hatással van a halak növekedésére és élettani funkcióira. A különböző halfajok pH-értékének adaptációs tartománya eltérő. A recirkulációs akvakultúra modellben a víz pH-értékét rendszeresen tesztelik, és a vizsgálati eredmények alapján megfelelő beállítási intézkedéseket tesznek.
5 A recirkulációs akvakultúra modell fejlesztési irányai és kihívásai
5.1 Intelligens és precíziós fejlesztési irány
A dolgok internete, a big data és a mesterséges intelligencia technológiák fejlődésével a recirkulációs akvakultúra-modell az intelligencia és a pontosság irányába fejlődik. Az olyan rendszerek integrálásával, mint az online vízminőség-ellenőrzés, az automatikus etetés és a berendezések vezérlése, valós idejű-szabályozás érhető el a tenyésztési környezet és a termelési folyamat automatizált irányítása mellett.
5.2 Alacsony-szén-dioxid-kibocsátású környezetvédelem és fenntartható fejlődési út
A recirkulációs akvakultúra modell megfelel az alacsony szén-dioxid-kibocsátású környezetvédelem és a fenntartható fejlődés követelményeinek a víztakarékosság, az energiatakarékosság és a környezetszennyezés csökkentése révén. A jövőbeni erőfeszítéseknek a vízkezelési folyamatok további optimalizálására, az energiafogyasztás és a költségek csökkentésére, valamint a rendszer stabilitásának és működőképességének javítására van szükség. Például a megújuló energiaforrások, például a nap- és szélenergia felhasználható villamosenergia-ellátásra, csökkentve a szén-dioxid-kibocsátást; mikrobiális üzemanyagcellás technológiával lehet elérni a szennyvízben lévő szerves anyagok energetikai hasznosítását, integrált „akvakultúra-energia-környezetvédelmi” rendszer kiépítésével.
5.3 Kihívások és ellenintézkedések
A jelenlegi recirkulációs akvakultúra-modell továbbra is olyan kihívásokkal néz szembe, mint a magas befektetés, a műszaki összetettség és a magas gazdálkodási követelmények. A technológiai kutatás-fejlesztés és az integrált innováció erősítése szükséges a rendszerépítési és üzemeltetési költségek csökkentése érdekében; a szabványrendszer és a működési előírások javítása a gazdálkodók technikai színvonalának javítása érdekében; valamint a szakpolitikai támogatás és a pénzügyi befektetések megerősítése a recirkulációs akvakultúra-modellek vidéki területeken történő alkalmazásának előmozdítása érdekében.
6 Következtetések és kilátások
A recirkulációs akvakultúra-modell az ésszerű vízminőség-ellenőrzés révén stabil szinten tartja a legfontosabb vízminőségi paramétereket, mint például az oldott oxigén, az ammónia-nitrogén, a nitrit-nitrogén és a pH-érték. Ez jó növekedési környezetet biztosít az édesvízi halak számára, javítva növekedési ütemüket, takarmányfelhasználásukat és termékminőségüket. Jelenleg a recirkulációs akvakultúra modell gyakorlati alkalmazásaiban még mindig vannak olyan problémák, mint a rossz hulladékgyűjtési hatékonyság a tenyésztartály szerkezetének a hidrodinamikai jellemzőkre gyakorolt hatása miatt, valamint a bioszűrők instabil kezelési hatékonysága. A jövőbeli kutatásoknak tovább kell optimalizálniuk a kultúrtartály szerkezetét a hulladékgyűjtés hatékonyságának javítása érdekében; a biofilm növekedés szabályozásával és a vízkeringés optimalizálásával kapcsolatos kutatás megerősítése a bioszűrők kezelési hatékonyságának javítása érdekében; egyidejűleg kombinálja az intelligens technológiákat a vízminőségi paraméterek valós idejű monitorozása és automatikus vezérlése-értéke érdekében, tovább erősítve a recirkulációs akvakultúra-modell tudományos és precíz jellegét, és elősegítve az édesvízi halak akvakultúra ágazatának fenntartható fejlődését.