Rendiment de creixement i tecnologia de control de la qualitat de l'aigua de peixos d'aigua dolça en sistema d'aqüicultura de recirculació
Amb la millora contínua de la intensificació de la indústria de l'aqüicultura i els requisits de protecció del medi ambient cada cop més estrictes, els models d'aqüicultura tradicionals s'enfronten a nombrosos problemes com ara la contaminació ambiental, el malbaratament dels recursos hídrics i la disminució de la qualitat del producte. El sistema d'aqüicultura de recirculació (RAS), com a nou tipus de mètode d'aqüicultura, té avantatges que inclouen la conservació d'aigua, l'estalvi de terra, una alta densitat d'emmagatzematge, control ambiental i una descàrrega reduïda d'aigua de cua. S'alinea amb les actuals demandes estratègiques nacionals d'economia circular i conservació d'energia i reducció d'emissions, representant una direcció important per a la transformació i desenvolupament de la indústria de l'aqüicultura i s'ha convertit en un model crucial per al desenvolupament sostenible de la pesca moderna. A RAS, l'aigua d'aqüicultura es recircula després de sotmetre's a filtració física, purificació biològica, aireació, desinfecció i altres tractaments, que requereixen que el sistema mantingui contínuament les condicions de qualitat de l'aigua adequades per al creixement dels peixos. Com a entorn directe per a la supervivència dels peixos, les fluctuacions en diversos paràmetres de qualitat de l'aigua afecten directament les funcions fisiològiques, l'eficiència metabòlica i la resistència a les malalties dels peixos, manifestant-se finalment com a diferències en el rendiment del creixement. Per tant, l'exploració-en profunditat de la relació intrínseca entre el control de la qualitat de l'aigua i el rendiment del creixement dels peixos d'aigua dolça a RAS té una importància teòrica i pràctica important per millorar l'eficiència de l'aqüicultura i promoure un desenvolupament saludable de la indústria.
1 Visió general del sistema d'aqüicultura de recirculació
El model d'aqüicultura amb recirculació és un mètode de cultiu en el qual l'aigua de cultiu es recircula després del tractament mitjançant processos de filtre físic, químic i biològic. La investigació sobre la tecnologia de recirculació de l'aqüicultura va començar abans a l'estranger. A la dècada de 1960, països com els Estats Units, els Països Baixos i Dinamarca van iniciar estudis rellevants. Els Estats Units l'utilitzaven principalment per a la cria de truites arc de Sant Martí, llobarros i llobarros negres; els Països Baixos l'utilitzaven principalment per a l'anguila europea i el bagre africà; El sistema de procés d'aqüicultura de recirculació de Dinamarca era un sistema semi-tancat a l'aire lliure utilitzat principalment per a la producció de truita arc de Sant Martí.
La Xina va introduir tecnologia i instal·lacions d'aqüicultura de recirculació estrangera als anys vuitanta. A causa de l'elevada inversió i costos d'explotació, la majoria de les instal·lacions introduïdes es van abandonar ràpidament. El 1988, l'Institut d'Investigació de Maquinària i Instruments Pesquers de l'Acadèmia Xinesa de Ciències de la Pesca, aprofitant la tecnologia d'Alemanya Occidental, va dissenyar i construir el primer taller de producció d'aqüicultura de recirculació de la Xina. En els darrers anys, estudiosos xinesos com Qu Keming van proposar models tecnològics d'aqüicultura de recirculació d'alt, mitjà i baix-nivell basats en les diferents necessitats de diversos tipus d'empreses aqüícoles i els van promoure a les zones costaneres; Liu Bo, de l'estació d'extensió de tecnologia pesquera provincial de Heilongjiang, va proposar tecnologia i models d'aqüicultura de recirculació de "contenidor"; El professor He Xugang de la Universitat Agrícola de Huazhong va proposar un model d'aqüicultura "captiva" verd i eficient de "descàrrega zero-de l'estany".
Els models d'aqüicultura de recirculació es divideixen principalment en tipus com ara "carrera", "contenidor" i "captiu". Prenent com a exemple el model d'aqüicultura "carrera" consisteix en un dipòsit de flux-, àrea de recollida de residus, instal·lacions d'aireació, instal·lacions de derivació, àrea de purificació, aiguamoll i altres components. La petita -aigua-aigua corporal-que impulsa l'àrea d'aqüicultura consta de dipòsits rectangulars, que ocupen entre el 2% i el 5% de la superfície de l'estany. En els darrers anys, les especificacions del flux domèstic-a través dels dipòsits són generalment de 20 m de llarg, 4 m d'ample i 2,5 m d'alçada, amb 1 o 2 dipòsits per cada 6670 m² de massa d'aigua. El component principal és l'equip d'aireació-que impulsa l'aigua. Les primeres versions utilitzaven dispositius d'impulsor per impulsar l'aigua i dispositius d'aireació per a l'oxigenació, però ara la majoria utilitzen equips d'elevació d'aire-composats per ventiladors, tubs d'aireació microporosos i deflectors. En general, es construeixen dos dipòsits de recollida de residus submergits interconnectats amb un volum de 10 m³ per cada tres dipòsits, situats a l'extrem posterior dels dipòsits de flux-per a la recollida de residus de la zona de cultiu. La gran-àrea d'aigua-depuració ecològica ocupa entre el 95% i el 98% de la superfície de l'estany, amb dics de desviació i una profunditat d'aigua superior a 2 m. En aquesta àrea principalment els cultius filtren-peixos que s'alimenten, amb una cobertura de plantes aquàtiques controlada entre el 20% i el 30% de l'àrea de purificació. Està equipat amb airejadors de rodes, airejadors d'impulsor, màquines de fer-onades, etc., i s'afegeixen preparats microbians segons correspongui.
2 Efectes del model d'aqüicultura de recirculació sobre el rendiment de creixement dels peixos d'aigua dolça
2.1 Taxa de creixement
El model d'aqüicultura de recirculació pot proporcionar un entorn de creixement relativament estable per als peixos d'aigua dolça, cosa que ajuda a millorar les taxes de creixement. En l'aqüicultura tradicional d'estanys, la qualitat de l'aigua es veu molt afectada per factors ambientals externs com la temperatura i les pluges, que poden causar fàcilment fluctuacions de la qualitat de l'aigua i afectar el creixement dels peixos. En el model d'aqüicultura de recirculació, el sistema de control de la qualitat de l'aigua pot mantenir paràmetres de qualitat de l'aigua relativament estables, com ara la temperatura de l'aigua, l'oxigen dissolt i el valor del pH, creant condicions de creixement adequades per als peixos. Per exemple, en el model d'aqüicultura "carretera", la velocitat del flux d'aigua al tanc de flux-a través del tanc es pot ajustar mitjançant l'equip d'aireació que impulsa l'aigua-. La velocitat de flux adequada pot promoure el moviment dels peixos, millorar la forma física, augmentar la ingesta d'aliments i accelerar el creixement.
2.2 Taxa d'utilització del pinso
El model d'aqüicultura de recirculació pot millorar la taxa d'utilització de l'alimentació dels peixos d'aigua dolça. En l'aqüicultura tradicional, després de dispensar el pinso, alguns pinsos s'enfonsen al fons sense consumir-se, provocant malbaratament. Mentrestant, el pinso que s'enfonsa al fons es descompone produint substàncies nocives que afecten la qualitat de l'aigua. En el model d'aqüicultura de recirculació, a causa de l'efecte del flux d'aigua, el pinso es pot dispersar millor a l'aigua, facilitant el consum dels peixos, reduint així els residus de pinsos. A més, les unitats de tractament com els biofiltres en el sistema d'aqüicultura de recirculació poden eliminar la matèria orgànica com ara pinsos residuals i femta de l'aigua de cultiu, reduint el contingut de substàncies nocives com el nitrogen amoníac i el nitrogen de nitrits a l'aigua. Això redueix l'impacte d'aquestes substàncies nocives en les funcions digestives i d'absorció dels peixos, millorant així la taxa d'utilització del pinso.
2.3 Qualitat del producte
El model d'aqüicultura amb recirculació ajuda a millorar la qualitat del producte dels peixos d'aigua dolça. En l'aqüicultura tradicional, els peixos són susceptibles a la infecció per patògens com ara paràsits i bacteris, cosa que provoca l'aparició de malalties i afecta la qualitat del producte. En el model d'aqüicultura de recirculació, mesures com el control de la qualitat de l'aigua i la desinfecció poden reduir de manera efectiva el nombre de patògens a l'aigua, reduint el risc de malalties dels peixos. Al mateix temps, l'entorn de creixement relativament net dels peixos en el model d'aqüicultura de recirculació redueix la producció d'olors no desitjades, com ara l'olor de fang, millorant el gust i la qualitat del producte.
3 Paràmetres i mètodes clau de control de la qualitat de l'aigua en el model d'aqüicultura en recirculació
3.1 Paràmetres clau
3.1.1 Oxigen dissolt
L'oxigen dissolt és un dels paràmetres importants de la qualitat de l'aigua que afecta el creixement dels peixos. Els peixos necessiten suficient oxigen per respirar durant el creixement. La manca d'oxigen dissolt pot provocar un creixement lent, una disminució de la immunitat i fins i tot la mort. En general, l'oxigen dissolt en els sistemes d'aqüicultura de recirculació s'ha de mantenir per sobre de 5 mg/L.
3.1.2 Nitrogen amoníac
El nitrogen amoníac és un dels principals contaminants de l'aigua d'aqüicultura, originat principalment dels excrements de peixos i de la descomposició dels pinsos residuals. El nitrogen amoníac és altament tòxic per als peixos, perjudicant el teixit branquial, el sistema nerviós i el sistema immunitari, afectant el creixement i la supervivència. La concentració de nitrogen amoníac en els sistemes d'aqüicultura de recirculació s'ha de controlar per sota de 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitrit Nitrogen
El nitrogen de nitrit és un producte intermedi produït durant la nitrificació del nitrogen d'amoníac i té una certa toxicitat. El nitrogen de nitrits es combina amb l'hemoglobina de la sang dels peixos, reduint la seva capacitat de transport d'oxigen-i provocant hipòxia i asfixia en els peixos. La concentració de nitrogen de nitrits en sistemes d'aqüicultura de recirculació s'ha de controlar per sota de 0,1 mg/L.
3.1.4 Valor pH
El valor del pH és un indicador important que reflecteix l'acidesa o l'alcalinitat de l'aigua i té efectes significatius sobre el creixement dels peixos i les funcions fisiològiques. El valor del pH en els sistemes d'aqüicultura de recirculació s'ha de controlar entre 7,0 i 8,5.
3.2 Mètodes de control de la qualitat de l'aigua
3.2.1 Control físic
El control físic inclou principalment mesures com ara la filtració, la sedimentació i l'aireació. La filtració és un mètode eficaç per eliminar sòlids en suspensió i partícules de l'aigua. Els equips de filtració d'ús habitual inclouen filtres de micropantalla i filtres de sorra. La sedimentació utilitza la gravetat per assentar partícules sòlides de l'aigua al fons, purificant així la qualitat de l'aigua. L'aireació és un mitjà important per augmentar l'oxigen dissolt a l'aigua. Els equips d'aireació que s'utilitzen habitualment inclouen ventiladors, airejadors de rodes i airejadors d'impulsor.
3.2.2 Control químic
El control químic consisteix principalment en afegir agents químics a l'aigua per regular la qualitat de l'aigua. Per exemple, quan les concentracions de nitrogen amoníac i nitrogen de nitrit a l'aigua són massa altes, es poden afegir preparats de bacteris nitrificants per promoure reaccions de nitrificació i reduir el contingut de nitrogen amoníac i nitrogen de nitrit; quan el valor del pH de l'aigua és massa baix, es pot aplicar calç viva per augmentar el valor del pH.
3.2.3 Control biològic
El control biològic utilitza microorganismes, plantes aquàtiques i altres organismes per purificar la qualitat de l'aigua. Els microorganismes poden descompondre la matèria orgànica a l'aigua, convertint substàncies nocives com el nitrogen amoníac i el nitrogen de nitrits en substàncies inofensives. Els preparats microbians utilitzats habitualment inclouen bacteris fotosintètics, bacils i bacteris nitrificants. Les plantes aquàtiques poden absorbir nutrients com el nitrogen i el fòsfor de l'aigua, reduint l'aparició d'eutrofització, alhora que proporcionen hàbitats i ombra als peixos. Les plantes aquàtiques comunes inclouen jacint d'aigua, males herbes caimans i elodea.
4 Correlació entre el rendiment del creixement dels peixos d'aigua dolça i el control de la qualitat de l'aigua en el model d'aqüicultura en recirculació
4.1 Oxigen dissolt i rendiment de creixement
Quan l'oxigen dissolt a l'aigua és suficient, la respiració dels peixos funciona amb normalitat, el metabolisme és vigorós, la ingesta d'aliments augmenta i la velocitat de creixement s'accelera. Per contra, el metabolisme s'alenteix i la taxa de creixement disminueix. En el model d'aqüicultura de recirculació, les mesures d'aireació raonables mantenen nivells estables d'oxigen dissolt a l'aigua, proporcionant un bon ambient respiratori per als peixos i afavorint el seu creixement i desenvolupament.
4.2 Nitrogen d'amoníac, nitrogen de nitrit i rendiment de creixement
El nitrogen d'amoníac i el nitrogen de nitrit són substàncies tòxiques a l'aigua d'aqüicultura que perjudiquen greument el creixement i la supervivència dels peixos. Les altes concentracions de nitrogen amoníac danyen el teixit de les brànquies dels peixos, afectant la funció respiratòria; també danyen el sistema nerviós i el sistema immunitari dels peixos, reduint la seva resistència a les malalties. En el model d'aqüicultura de recirculació, les unitats de tractament com els biofiltres poden eliminar ràpidament el nitrogen amoníac i el nitrogen de nitrit de l'aigua, reduint els seus efectes tòxics sobre els peixos i assegurant un creixement saludable dels peixos.
4.3 Valor de pH i rendiment de creixement
El valor del pH té un impacte important en el creixement dels peixos i les funcions fisiològiques. Les diferents espècies de peixos tenen diferents rangs d'adaptació pel valor del pH. En el model d'aqüicultura amb recirculació, el valor del pH de l'aigua es prova regularment i es prenen les mesures d'ajust corresponents en funció dels resultats de la prova.
5 Tendències de desenvolupament i reptes del model d'aqüicultura de recirculació
5.1 Direcció de desenvolupament intel·ligent i de precisió
Amb el desenvolupament de les tecnologies de l'Internet de les coses, el big data i la intel·ligència artificial, el model d'aqüicultura de recirculació està evolucionant cap a la intel·ligència i la precisió. Mitjançant la integració de sistemes com ara el control de la qualitat de l'aigua en línia, l'alimentació automàtica i el control d'equips, es pot aconseguir la regulació-en temps real de l'entorn de cultiu i la gestió automatitzada del procés de producció.
5.2 Camí de protecció del medi ambient i desenvolupament sostenible baix-carboni
El model d'aqüicultura de recirculació compleix els requisits de protecció del medi ambient amb baixes{0}}emissions de carboni i desenvolupament sostenible mitjançant la conservació de l'aigua, l'estalvi d'energia i la reducció de la contaminació. Els esforços futurs han d'optimitzar encara més els processos de tractament d'aigua, reduir el consum i els costos d'energia i millorar l'estabilitat i l'operativitat del sistema. Per exemple, les fonts d'energia renovables com l'energia solar i eòlica es poden utilitzar per subministrar electricitat, reduint les emissions de carboni; La tecnologia de piles de combustible microbiana es pot utilitzar per aconseguir l'aprofitament energètic de la matèria orgànica a les aigües residuals, construint un sistema integrat de "protecció del medi ambient-energètica-d'aqüicultura".
5.3 Reptes i contramesures
L'actual model d'aqüicultura de recirculació encara s'enfronta a reptes com ara una inversió elevada, complexitat tècnica i alts requisits de gestió. Cal reforçar la investigació i desenvolupament tecnològic i la innovació integrada per reduir els costos de construcció i operació del sistema; millorar el sistema estàndard i les especificacions operatives per millorar el nivell tècnic dels agricultors; i reforçar el suport polític i la inversió financera per promoure l'aplicació de models d'aqüicultura de recirculació a les zones rurals.
6 Conclusió i perspectives
El model d'aqüicultura de recirculació, mitjançant un control raonable de la qualitat de l'aigua, manté nivells estables de paràmetres clau de qualitat de l'aigua, com ara l'oxigen dissolt, el nitrogen d'amoníac, el nitrogen de nitrits i el valor del pH. Això proporciona un bon entorn de creixement per als peixos d'aigua dolça, millorant la seva taxa de creixement, la taxa d'utilització de pinsos i la qualitat del producte. Actualment, en les aplicacions pràctiques del model d'aqüicultura amb recirculació, encara hi ha problemes com ara una mala eficiència de recollida de residus a causa de l'impacte de l'estructura del dipòsit de cultiu en les característiques hidrodinàmiques i l'eficiència del tractament inestable dels biofiltres. La investigació futura hauria d'optimitzar encara més l'estructura del dipòsit de cultiu per millorar l'eficiència de la recollida de residus; reforçar la investigació sobre la regulació del creixement del biofilm i l'optimització de la circulació de l'aigua per millorar l'eficiència del tractament dels biofiltres; simultàniament, combinar tecnologies intel·ligents per aconseguir-un seguiment en temps real i un control automàtic dels paràmetres de qualitat de l'aigua, millorant encara més la naturalesa científica i precisa del model d'aqüicultura de recirculació i promoure el desenvolupament sostenible de la indústria de l'aqüicultura de peixos d'aigua dolça.