Výkonnost růstu a technologie řízení kvality vody sladkovodních ryb v recirkulačním systému akvakultury
S neustálým zlepšováním intenzifikace v odvětví akvakultury a stále přísnějšími požadavky na ochranu životního prostředí čelí tradiční modely akvakultury mnoha problémům, jako je znečištění životního prostředí, plýtvání vodními zdroji a klesající kvalita produktů. Systém recirkulace akvakultury (RAS), jako nový typ metody akvakultury, má výhody včetně ochrany vody, úspory půdy, vysoké hustoty osazení, ovladatelnosti prostředí a snížení vypouštění odpadních vod. Je v souladu se současnými národními strategickými požadavky na oběhové hospodářství a úspory energie a snižování emisí, což představuje důležitý směr pro transformaci a rozvoj odvětví akvakultury a stalo se zásadním modelem pro udržitelný rozvoj moderního rybolovu. V RAS je voda z akvakultury recirkulována po fyzické filtraci, biologickém čištění, provzdušňování, dezinfekci a dalších úpravách, které vyžadují, aby systém neustále udržoval podmínky kvality vody vhodné pro růst ryb. Jako přímé prostředí pro přežití ryb, kolísání různých parametrů kvality vody přímo ovlivňuje fyziologické funkce, metabolickou účinnost a odolnost ryb vůči chorobám, což se nakonec projeví jako rozdíly v růstové výkonnosti. Hloubkové zkoumání vnitřního vztahu mezi kontrolou kvality vody a růstovou výkonností sladkovodních ryb v RAS má proto významný teoretický a praktický význam pro zlepšení účinnosti akvakultury a podporu zdravého rozvoje průmyslu.
1 Přehled recirkulačního systému akvakultury
Recirkulační model akvakultury je způsob hospodaření, při kterém se kultivační voda po úpravě pomocí fyzikálních, chemických a biologických filtračních procesů recirkuluje. Výzkum technologie recirkulace akvakultury začal dříve v zahraničí. V 60. letech zahájily příslušné studie země jako Spojené státy, Nizozemsko a Dánsko. Spojené státy jej primárně používaly pro chov pstruha duhového, okouna pruhovaného a okouna černého; Nizozemsko ho používalo hlavně pro úhoře evropského a sumce afrického; Dánský recirkulační procesní systém akvakultury byl venkovní částečně{4}}uzavřený systém používaný hlavně pro produkci pstruhů duhových.
Čína zavedla zahraniční technologii a zařízení pro recirkulaci akvakultury v 80. letech 20. století. Kvůli vysokým investičním a provozním nákladům byla většina zavedených zařízení rychle opuštěna. V roce 1988 Výzkumný ústav rybářských strojů a přístrojů Čínské akademie rybářských věd, čerpající ze západoněmecké technologie, navrhl a postavil první čínskou výrobní dílnu pro recirkulační akvakulturu. V posledních letech čínští učenci, jako je Qu Keming, navrhli technologické modely recirkulace akvakultury na vysoké, střední a{5}}úrovni založené na různých potřebách různých typů podniků akvakultury a propagovaly je v pobřežních oblastech; Liu Bo z rozšiřující stanice technologie provinčního rybolovu Heilongjiang navrhl „kontejnerovou“ technologii a modely akvakultury s recirkulací; Profesor He Xugang z Huazhong Agricultural University navrhl ekologický model akvakultury s „nulovým-vypouštěním“ a účinný „v zajetí“.
Recirkulační modely akvakultury se dělí hlavně na typy, jako je „oběhová dráha“, „kontejner“ a „v zajetí“. Vezmeme-li jako příklad model akvakultury „raceway“, skládá se z průtokové-nádrže, oblasti pro sběr odpadu, provzdušňovacích zařízení, zařízení na odklonění, oblasti čištění, mokřadů a dalších součástí. Malá -vodní-telesná vodní plocha- se skládá z obdélníkových nádrží, které zabírají 2–5 % plochy rybníka. V posledních letech jsou specifikace domácího průtoku-nádrže obecně 20 m dlouhé, 4 m široké a 2,5 m vysoké, s 1–2 nádržemi nastavenými na 6670 m² vodního útvaru. Hlavní součástí je provzdušňovací-zařízení, které tlačí vodu. Dřívější verze používaly zařízení s oběžným kolem pro tlačení vody a provzdušňovací zařízení pro okysličování, ale nyní většina používá zařízení pro zdvihání vzduchu{19}} složené z dmychadel, mikroporézních provzdušňovacích trubic a přepážek. Obecně jsou na každé tři nádrže vybudovány dvě propojené ponorné sběrné nádrže na odpad o objemu 10 m³, umístěné na zadním konci průtočných- nádrží pro sběr odpadu z kulturního areálu. Velká oblast ekologického čištění-vodní{25}}tělesa zabírá 95 %–98 % plochy rybníka, s přehradními hrázemi a hloubkou vody nad 2 m. Tato oblast primárně kultivuje-krmící se ryby, přičemž pokrytí vodními rostlinami je řízeno na 20–30 % oblasti čištění. Je vybaven lopatkovými provzdušňovači, provzdušňovači s oběžnými koly, stroji na výrobu-vln atd. a podle potřeby jsou přidávány mikrobiální přípravky.
2 Účinky modelu recirkulující akvakultury na výkonnost růstu sladkovodních ryb
2.1 Rychlost růstu
Recirkulační model akvakultury může poskytnout relativně stabilní růstové prostředí pro sladkovodní ryby, což pomáhá zlepšit rychlost růstu. V tradiční rybniční akvakultuře je kvalita vody značně ovlivněna vnějšími faktory prostředí, jako je teplota a srážky, které mohou snadno způsobit kolísání kvality vody a ovlivnit růst ryb. V modelu recirkulační akvakultury může systém řízení kvality vody udržovat relativně stabilní parametry kvality vody, jako je teplota vody, rozpuštěný kyslík a hodnota pH, a vytvářet tak vhodné podmínky pro růst ryb. Například v modelu akvakultury „raceway“ lze rychlost proudění vody v-nádrži upravit pomocí provzdušňovacího zařízení-protlačujícího vodu. Vhodná rychlost proudění může podpořit pohyb ryb, zlepšit fyzickou kondici, zvýšit příjem krmiva a urychlit růst.
2.2 Míra využití zdroje
Recirkulační model akvakultury může zlepšit míru využití krmiva sladkovodními rybami. V tradiční akvakultuře po výdeji krmiva některé krmivo klesá ke dnu, aniž by bylo spotřebováno, což způsobuje odpad. Mezitím se krmivo, které klesá ke dnu, rozkládá za vzniku škodlivých látek, které ovlivňují kvalitu vody. V recirkulačním modelu akvakultury může být díky efektu proudění vody lépe rozptýleno krmivo ve vodě, což rybám usnadní konzumaci, čímž se sníží plýtvání krmivem. Kromě toho mohou čisticí jednotky, jako jsou biofiltry v recirkulačním systému akvakultury, odstraňovat organickou hmotu, jako je zbytkové krmivo a výkaly, z kultivační vody, čímž se snižuje obsah škodlivých látek, jako je amoniakální dusík a dusitanový dusík ve vodě. Tím se snižuje dopad těchto škodlivých látek na trávicí a vstřebávací funkce ryb, čímž se zlepšuje využití krmiva.
2.3 Kvalita produktu
Recirkulační model akvakultury pomáhá zlepšit kvalitu produktů sladkovodních ryb. V tradiční akvakultuře jsou ryby náchylné k infekci patogeny, jako jsou paraziti a bakterie, což vede k výskytu onemocnění a ovlivňuje kvalitu produktů. V modelu recirkulační akvakultury mohou opatření, jako je kontrola kvality vody a dezinfekce, účinně snížit počet patogenů ve vodě a snížit riziko onemocnění ryb. Relativně čisté růstové prostředí ryb v recirkulačním modelu akvakultury zároveň snižuje produkci nežádoucích pachů, jako je zápach bahna, zlepšuje chuť a kvalitu produktu.
3 Klíčové parametry a metody řízení kvality vody v modelu recirkulační akvakultury
3.1 Klíčové parametry
3.1.1 Rozpuštěný kyslík
Rozpuštěný kyslík je jedním z důležitých parametrů kvality vody ovlivňující růst ryb. Ryby potřebují během růstu dostatek kyslíku pro dýchání. Nedostatek rozpuštěného kyslíku může vést ke zpomalení růstu, snížení imunity a dokonce i smrti. Obecně by měl být rozpuštěný kyslík v recirkulačních systémech akvakultury udržován nad 5 mg/l.
3.1.2 Amoniak Dusík
Amoniakální dusík je jednou z hlavních znečišťujících látek ve vodách akvakultury, pocházející především z rybích exkrementů a rozkladu zbytkového krmiva. Amoniakální dusík je pro ryby vysoce toxický, poškozuje žaberní tkáň, nervový systém a imunitní systém a ovlivňuje růst a přežití. Koncentrace amoniakálního dusíku v recirkulačních systémech akvakultury by měla být kontrolována pod 0,5 mg/l.
3.1.3 Dusitan Dusík
Dusitanový dusík je meziprodukt vznikající při nitrifikaci amoniakálního dusíku a má určitou toxicitu. Dusitanový dusík se slučuje s hemoglobinem v rybí krvi, snižuje její kyslíkovou-kapacitu a způsobuje u ryb hypoxii a dušení. Koncentrace dusitanového dusíku v recirkulačních systémech akvakultury by měla být kontrolována pod 0,1 mg/l.
3.1.4 Hodnota pH
Hodnota pH je důležitým ukazatelem odrážejícím kyselost nebo zásaditost vody a má významný vliv na růst ryb a fyziologické funkce. Hodnota pH v recirkulačních systémech akvakultury by měla být řízena mezi 7,0 a 8,5.
3.2 Metody kontroly kvality vody
3.2.1 Fyzická kontrola
Fyzická kontrola zahrnuje především opatření, jako je filtrace, sedimentace a provzdušňování. Filtrace je účinný způsob odstraňování suspendovaných pevných látek a částic z vody. Mezi běžně používané filtrační zařízení patří mikrosítové filtry a pískové filtry. Sedimentace využívá gravitace k usazování pevných částic ve vodě na dně, čímž dochází k čištění kvality vody. Provzdušňování je důležitým prostředkem pro zvýšení rozpuštěného kyslíku ve vodě. Běžně používaná provzdušňovací zařízení zahrnují dmychadla, lopatkové provzdušňovače a provzdušňovače s oběžným kolem.
3.2.2 Chemická kontrola
Chemická kontrola zahrnuje především přidávání chemických látek do vody pro regulaci kvality vody. Například, když jsou koncentrace amoniakálního dusíku a dusitanového dusíku ve vodě příliš vysoké, lze přidat přípravky nitrifikačních bakterií, aby se podpořily nitrifikační reakce a snížil obsah amoniakálního dusíku a dusitanového dusíku; když je hodnota pH vody příliš nízká, lze ke zvýšení hodnoty pH použít nehašené vápno.
3.2.3 Biologická kontrola
Biologická kontrola využívá mikroorganismy, vodní rostliny a další organismy k čištění kvality vody. Mikroorganismy dokážou rozkládat organické látky ve vodě a přeměňovat škodlivé látky, jako je amoniakální dusík a dusitanový dusík, na neškodné látky. Mezi běžně používané mikrobiální přípravky patří fotosyntetické bakterie, Bacillus a nitrifikační bakterie. Vodní rostliny mohou z vody absorbovat živiny, jako je dusík a fosfor, čímž snižují výskyt eutrofizace a zároveň poskytují stanoviště a stínění rybám. Mezi běžné vodní rostliny patří vodní hyacint, aligátor plevel a elodea.
4 Korelace mezi růstovou výkonností sladkovodních ryb a kontrolou kvality vody v modelu recirkulační akvakultury
4.1 Rozpuštěný kyslík a výkonnost růstu
Když je ve vodě dostatek rozpuštěného kyslíku, dýchání ryb funguje normálně, metabolismus je energický, zvyšuje se příjem krmiva a zrychluje se rychlost růstu. Metabolismus se naopak zpomaluje a rychlost růstu se snižuje. V modelu akvakultury s recirkulací udržují přiměřená opatření provzdušňování stabilní hladiny rozpuštěného kyslíku ve vodě, poskytují rybám dobré dýchací prostředí a podporují jejich růst a vývoj.
4.2 Amoniakový dusík, dusitanový dusík a výkonnost růstu
Amoniakální dusík a dusitanový dusík jsou toxické látky ve vodě akvakultury, které vážně poškozují růst a přežití ryb. Vysoké koncentrace amoniakálního dusíku poškozují tkáň rybích žáber a ovlivňují dýchací funkce; poškozují také nervový systém a imunitní systém ryb a snižují jejich odolnost vůči chorobám. V recirkulačním modelu akvakultury mohou čisticí jednotky, jako jsou biofiltry, rychle odstranit amoniakální dusík a dusitanový dusík z vody, snížit jejich toxické účinky na ryby a zajistit zdravý růst ryb.
4.3 Hodnota pH a výkonnost růstu
Hodnota pH má důležitý vliv na růst ryb a fyziologické funkce. Různé druhy ryb mají různé adaptivní rozsahy pro hodnotu pH. V modelu recirkulační akvakultury je pravidelně testována hodnota pH vody a na základě výsledků testů jsou přijímána odpovídající opatření pro úpravu.
5 Vývojové trendy a výzvy modelu recirkulační akvakultury
5.1 Inteligentní a přesný směr vývoje
S rozvojem internetu věcí, velkých dat a technologií umělé inteligence se model recirkulace akvakultury vyvíjí směrem k inteligenci a přesnosti. Integrací systémů, jako je online sledování kvality vody, automatické krmení a ovládání zařízení, lze dosáhnout regulace prostředí kultury v reálném čase{1} a automatizované řízení výrobního procesu.
5.2 Nízkouhlíkové-ochrany životního prostředí a cesta udržitelného rozvoje
Recirkulační model akvakultury splňuje požadavky na nízkouhlíkovou{0}}ochranu životního prostředí a udržitelný rozvoj prostřednictvím úspor vody, úspory energie a snižování znečištění. Budoucí úsilí vyžaduje další optimalizaci procesů úpravy vody, snížení spotřeby energie a nákladů a zlepšení stability a provozuschopnosti systému. Například obnovitelné zdroje energie, jako je solární a větrná energie, mohou být použity k dodávání elektřiny, čímž se snižují emise uhlíku; technologii mikrobiálních palivových článků lze použít k dosažení energetického využití organických látek v odpadních vodách, čímž se vytvoří integrovaný systém „akvakultury-energetické-ochrany životního prostředí“.
5.3 Výzvy a protiopatření
Současný model recirkulace akvakultury stále čelí výzvám, jako jsou vysoké investice, technická složitost a vysoké požadavky na řízení. Je nutné posílit technologický výzkum a vývoj a integrované inovace, aby se snížily náklady na výstavbu a provoz systému; zlepšit standardní systém a provozní specifikace s cílem zvýšit technickou úroveň zemědělců; a posílit politickou podporu a finanční investice na podporu používání modelů recirkulace akvakultury ve venkovských oblastech.
6 Závěr a výhled
Recirkulační model akvakultury prostřednictvím rozumné kontroly kvality vody udržuje stabilní úrovně klíčových parametrů kvality vody, jako je rozpuštěný kyslík, amoniakální dusík, dusitanový dusík a hodnota pH. To poskytuje sladkovodním rybám dobré růstové prostředí, zlepšuje jejich rychlost růstu, míru využití krmiva a kvalitu produktu. V současné době v praktických aplikacích recirkulačního modelu akvakultury stále existují problémy, jako je špatná účinnost sběru odpadu v důsledku dopadu struktury kultivační nádrže na hydrodynamické vlastnosti a nestabilní účinnost čištění biofiltrů. Budoucí výzkum by měl dále optimalizovat strukturu kultivačních nádrží, aby se zlepšila účinnost sběru odpadu; posílit výzkum regulace růstu biofilmu a optimalizace cirkulace vody s cílem zlepšit účinnost čištění biofiltrů; současně kombinovat inteligentní technologie k dosažení-monitorování a automatické kontroly parametrů kvality vody v reálném čase, dále posílit vědeckou a přesnou povahu recirkulačního modelu akvakultury a podporovat udržitelný rozvoj odvětví akvakultury sladkovodních ryb.