Технологія контролю ефективності росту та якості води прісноводної риби в рециркуляційній системі аквакультури
З постійним удосконаленням інтенсифікації в галузі аквакультури та дедалі суворішими вимогами до захисту навколишнього середовища, традиційні моделі аквакультури стикаються з численними проблемами, такими як забруднення навколишнього середовища, відходи водних ресурсів та зниження якості продукції. Рециркуляційна система аквакультури (RAS), як новий тип методу аквакультури, має переваги, включаючи збереження води, економію землі, високу щільність поголів’я, контроль навколишнього середовища та зменшений скид хвостової води. Він узгоджується з поточними національними стратегічними вимогами до економіки замкнутого циклу, енергозбереження та скорочення викидів, представляючи важливий напрямок для трансформації та розвитку галузі аквакультури та став вирішальною моделлю для сталого розвитку сучасного рибальства. У RAS вода для аквакультури рециркулює після проходження фізичної фільтрації, біологічного очищення, аерації, дезінфекції та інших обробок, що вимагає від системи постійної підтримки умов якості води, придатних для росту риби. Будучи безпосереднім середовищем для виживання риби, коливання різних параметрів якості води безпосередньо впливають на фізіологічні функції, ефективність метаболізму та стійкість риби до захворювань, що в кінцевому підсумку проявляється як відмінності в продуктивності росту. Таким чином,-поглиблене дослідження внутрішнього зв’язку між контролем якості води та продуктивністю росту прісноводної риби в RAS має важливе теоретичне та практичне значення для підвищення ефективності аквакультури та сприяння здоровому розвитку промисловості.
1 Огляд рециркуляційної системи аквакультури
Модель рециркуляційної аквакультури — це метод вирощування, за якого культурна вода рециркулює після обробки за допомогою процесів фізичного, хімічного та біологічного фільтрування. Дослідження технології рециркуляційної аквакультури почалися раніше за кордоном. У 1960-х роках такі країни, як США, Нідерланди та Данія, почали відповідні дослідження. Сполучені Штати переважно використовували його для вирощування райдужної форелі, смугастого окуня та чорноморського окуня; Нідерланди в основному використовували його для європейського вугра та африканського сома; Данська рециркуляційна система аквакультури була відкритою напів-закритою системою, яка в основному використовувалася для виробництва райдужної форелі.
У 1980-х роках Китай представив іноземну технологію та обладнання для рециркуляційної аквакультури. Через високі інвестиції та експлуатаційні витрати більшість введених об’єктів були швидко залишені. У 1988 році Науково-дослідний інститут рибного обладнання та приладів Китайської академії рибальських наук, спираючись на технології Західної Німеччини, спроектував і побудував перший у Китаї цех з рециркуляційного виробництва аквакультури. Останніми роками китайські вчені, такі як Цюй Кемін, запропонували моделі технології рециркуляційної аквакультури високого, середнього й-низького рівня на основі різних потреб різних типів підприємств аквакультури та просували їх у прибережних районах; Лю Бо з провінційної станції розвитку рибальства Хейлунцзян запропонував «контейнерну» рециркуляційну технологію та моделі аквакультури; Професор He Xugang з сільськогосподарського університету Huazhong запропонував ставкову «нульову-скидну» екологічну та ефективну модель аквакультури «в неволі».
Моделі рециркуляційної аквакультури в основному поділяються на такі типи, як «контейнери», «контейнери» та «невільні». Візьмемо як приклад модель аквакультури «рейс-трейл», вона складається з-проточного резервуару, зони збору відходів, засобів аерації, засобів водовідведення, зони очищення, водно-болотних угідь та інших компонентів. Невелика-водо-водооб’єкт-територія аквакультури складається з прямокутних резервуарів, які займають 2–5% площі ставка. В останні роки специфікації-наскрізних резервуарів внутрішнього потоку зазвичай становлять 20 м у довжину, 4 м у ширину та 2,5 м у висоту, із встановленням 1–2 резервуарів на 6670 м² водойми. Основним компонентом є водо-аераційне обладнання. У ранніх версіях використовувалися робочі колеса для проштовхування води та аераційні пристрої для оксигенації, але зараз більшість використовує повітря-підйомне обладнання, що складається з повітродувок, мікропористих аераційних трубок і перегородок. Як правило, два з’єднані занурені резервуари для збору відходів об’ємом 10 м³ будуються на кожні три резервуари, розташовані в задній частині проточного-наскрізного резервуару для збору відходів із культурної зони. Велика зона екологічного очищення-водо-тіла займає 95–98% площі ставка з водовідвідними дамбами та глибиною води понад 2 м. У цій зоні здебільшого вирощують фільтрувальну-рибу, причому покриття водних рослин контролюється на 20–30% площі очищення. Він оснащений аераторами з лопатевими колесами, аераторами з крильчаткою, хвиль-машинами для створення хвиль тощо, а також додаються мікробні препарати, якщо це необхідно.
2 Вплив моделі рециркуляційної аквакультури на продуктивність росту прісноводної риби
2.1 Швидкість зростання
Модель рециркуляційної аквакультури може забезпечити відносно стабільне середовище для росту прісноводних риб, що сприяє покращенню темпів росту. У традиційній ставковій аквакультурі якість води значною мірою залежить від зовнішніх факторів навколишнього середовища, таких як температура та кількість опадів, які можуть легко спричинити коливання якості води та вплинути на ріст риби. У моделі рециркуляційної аквакультури система контролю якості води може підтримувати відносно стабільні параметри якості води, такі як температура води, розчинений кисень і значення pH, створюючи відповідні умови для росту риб. Наприклад, у моделі аквакультури "рейс-рейс" швидкість потоку води в проточному-баку можна регулювати за допомогою водо-аераційного обладнання. Відповідна швидкість потоку може сприяти руху риби, підвищити фізичну форму, збільшити споживання корму та прискорити ріст.
2.2 Коефіцієнт використання корму
Модель рециркуляційної аквакультури може покращити коефіцієнт використання корму прісноводною рибою. У традиційній аквакультурі після видачі корму частина корму опускається на дно, не споживаючись, спричиняючи відходи. Тим часом корм, який опускається на дно, розкладається з утворенням шкідливих речовин, що впливає на якість води. У моделі рециркуляційної аквакультури завдяки впливу водного потоку корм може краще розподілятися у воді, полегшуючи його споживання рибою, таким чином зменшуючи відходи корму. Крім того, очисні установки, такі як біофільтри в рециркуляційній системі аквакультури, можуть видаляти органічні речовини, такі як залишки корму та фекалії, з культурної води, зменшуючи вміст шкідливих речовин, таких як аміачний азот і нітритний азот у воді. Це зменшує вплив цих шкідливих речовин на травні та поглинальні функції риб, тим самим покращуючи швидкість використання корму.
2.3 Якість продукції
Модель рециркуляційної аквакультури допомагає покращити якість продукції прісноводної риби. У традиційній аквакультурі риба сприйнятлива до зараження патогенами, такими як паразити та бактерії, що призводить до виникнення захворювань і впливає на якість продукції. У моделі рециркуляційної аквакультури такі заходи, як контроль якості води та дезінфекція, можуть ефективно зменшити кількість патогенів у воді, знижуючи ризик захворювань риб. У той же час відносно чисте середовище зростання риби в моделі рециркуляційної аквакультури зменшує утворення небажаних запахів, таких як каламутний запах, покращуючи смак і якість продукту.
3 ключові параметри та методи контролю якості води в моделі рециркуляційної аквакультури
3.1 Основні параметри
3.1.1 Розчинений кисень
Розчинений кисень є одним із важливих параметрів якості води, що впливає на ріст риб. Риби потребують достатньої кількості кисню для дихання під час росту. Недостатня кількість розчиненого кисню може призвести до уповільнення росту, зниження імунітету і навіть смерті. Як правило, розчинений кисень у рециркуляційних системах аквакультури повинен підтримуватися вище 5 мг/л.
3.1.2 Амоніачний азот
Аміачний азот є одним із основних забруднювачів води аквакультури, головним чином походить від рибних екскрементів і розкладання залишків корму. Аміачний азот дуже токсичний для риб, пошкоджуючи тканини зябр, нервову систему та імунну систему, впливаючи на ріст і виживання. Концентрацію аміачного азоту в рециркуляційних системах аквакультури слід контролювати на рівні нижче 0,5 мг/л.
3.1.3 Нітритний азот
Нітритний азот є проміжним продуктом, що утворюється при нітрифікації аміачного азоту і має певну токсичність. Нітритний азот поєднується з гемоглобіном у крові риб, зменшуючи її здатність-переносити кисень і спричиняючи гіпоксію та задуху у риб. Концентрацію нітритного азоту в рециркуляційних системах аквакультури слід контролювати на рівні нижче 0,1 мг/л.
3.1.4 Значення pH
Значення рН є важливим показником, що відображає кислотність або лужність води і має значний вплив на ріст риб і фізіологічні функції. Значення pH у рециркуляційних системах аквакультури слід контролювати між 7,0 і 8,5.
3.2 Методи контролю якості води
3.2.1 Фізичний контроль
Фізичний контроль в основному включає такі заходи, як фільтрація, осадження та аерація. Фільтрація є ефективним методом видалення з води зважених твердих речовин і твердих частинок. Зазвичай використовуване обладнання для фільтрації включає мікросітові фільтри та піщані фільтри. Седиментація використовує силу тяжіння для осідання твердих частинок у воді на дно, тим самим очищаючи якість води. Аерація є важливим засобом збільшення вмісту розчиненого у воді кисню. Устаткування для аерації, що зазвичай використовується, включає повітродувки, аератори з гребними колесами та аератори з робочим колесом.
3.2.2 Хімічний контроль
Хімічний контроль в основному передбачає додавання хімічних речовин у воду для регулювання якості води. Наприклад, коли концентрації аміачного азоту та нітритного азоту у воді занадто високі, можна додати препарати нітрифікуючих бактерій для сприяння реакцій нітрифікації та зниження вмісту аміачного та нітритного азоту; коли значення pH води занадто низьке, для підвищення значення pH можна застосувати негашене вапно.
3.2.3 Біологічний контроль
Біологічний контроль використовує мікроорганізми, водні рослини та інші організми для очищення якості води. Мікроорганізми можуть розкладати органічні речовини у воді, перетворюючи шкідливі речовини, такі як аміачний азот і нітритний азот, у нешкідливі речовини. Зазвичай використовувані мікробні препарати включають фотосинтезуючі бактерії, Bacillus і нітрифікуючі бактерії. Водні рослини можуть поглинати такі поживні речовини, як азот і фосфор, з води, зменшуючи виникнення евтрофікації, а також забезпечуючи середовище існування та затінення для риб. До поширених водних рослин належать водяний гіацинт, алігатор та елодея.
4 Кореляція між продуктивністю росту прісноводної риби та контролем якості води в моделі рециркуляційної аквакультури
4.1 Розчинений кисень і продуктивність росту
Коли у воді достатньо розчиненого кисню, дихання риби функціонує нормально, метаболізм інтенсивний, споживання корму збільшується, а швидкість росту прискорюється. І навпаки, обмін речовин сповільнюється, і швидкість росту знижується. У моделі рециркуляційної аквакультури розумні заходи аерації підтримують стабільний рівень розчиненого кисню у воді, забезпечуючи хороше респіраторне середовище для риб і сприяючи їх росту та розвитку.
4.2 Амоніачний азот, нітритний азот і показники росту
Аміачний азот і нітритний азот є токсичними речовинами у воді аквакультури, які серйозно шкодять росту та виживанню риб. Високі концентрації аміачного азоту пошкоджують тканини зябр риб, впливаючи на дихальну функцію; вони також пошкоджують нервову систему та імунну систему риб, знижуючи їх стійкість до хвороб. У моделі рециркуляційної аквакультури очисні установки, такі як біофільтри, можуть швидко видаляти з води аміачний і нітритний азот, зменшуючи їх токсичний вплив на рибу та забезпечуючи здоровий ріст риби.
4.3 Значення pH і продуктивність росту
Значення pH має важливий вплив на ріст і фізіологічні функції риб. Різні види риб мають різні діапазони адаптації до значення pH. У моделі рециркуляційної аквакультури значення pH води регулярно перевіряється, і на основі результатів тесту вживаються відповідні заходи з коригування.
5 Тенденції розвитку та проблеми моделі рециркуляційної аквакультури
5.1 Інтелектуальний і точний напрям розвитку
З розвитком Інтернету речей, великих даних і технологій штучного інтелекту модель рециркуляційної аквакультури розвивається в бік інтелекту і точності. Інтегруючи такі системи, як онлайн-моніторинг якості води, автоматичне годування та керування обладнанням, можна досягти -регулювання культурного середовища в режимі реального часу та автоматизованого керування виробничим процесом.
5.2 Охорона навколишнього середовища з низьким-викидом вуглецю та шлях сталого розвитку
Модель рециркуляційної аквакультури відповідає вимогам захисту навколишнього середовища з низьким-вуглецем і сталого розвитку завдяки збереженню води, енергозбереженню та зменшенню забруднення. Майбутні зусилля потребують подальшої оптимізації процесів очищення води, зменшення споживання енергії та витрат, а також підвищення стабільності та працездатності системи. Наприклад, відновлювані джерела енергії, такі як сонячна та вітрова енергія, можна використовувати для постачання електроенергії, зменшуючи викиди вуглецю; технологію мікробних паливних елементів можна використовувати для досягнення енергетичного використання органічних речовин у стічних водах, створюючи інтегровану систему «аквакультури-енергії-захисту довкілля».
5.3 Виклики та заходи протидії
Поточна модель рециркуляційної аквакультури все ще стикається з такими проблемами, як великі інвестиції, технічна складність і високі вимоги до управління. Необхідно посилити технологічні дослідження та розробки та інтегровані інновації, щоб зменшити витрати на будівництво та експлуатацію системи; вдосконалити стандартну систему та робочі специфікації для підвищення технічного рівня фермерів; посилити політичну підтримку та фінансові інвестиції для сприяння застосуванню моделей рециркуляційної аквакультури в сільській місцевості.
6 Висновок і прогноз
Модель рециркуляційної аквакультури завдяки розумному контролю якості води підтримує стабільні рівні ключових параметрів якості води, таких як розчинений кисень, аміачний азот, нітритний азот і значення pH. Це забезпечує гарне середовище для росту прісноводної риби, покращуючи швидкість її росту, швидкість використання корму та якість продукції. В даний час у практичному застосуванні моделі рециркуляційної аквакультури все ще існують такі проблеми, як низька ефективність збору відходів через вплив структури резервуара для культур на гідродинамічні характеристики та нестабільна ефективність очищення біофільтрів. Майбутні дослідження повинні додатково оптимізувати структуру резервуара для культур, щоб підвищити ефективність збирання відходів; посилити дослідження регулювання росту біоплівки та оптимізації циркуляції води для підвищення ефективності очищення біофільтрів; одночасно об’єднайте інтелектуальні технології для досягнення-моніторингу в реальному часі та автоматичного контролю параметрів якості води, подальшого підвищення науковості та точного характеру моделі рециркуляційної аквакультури та сприяння сталому розвитку індустрії прісноводної аквакультури.