Makean veden kalojen kasvuteho- ja vedenlaadun valvontatekniikka kierrätysvesiviljelyjärjestelmässä
Vesiviljelyalan tehostumisen jatkuvan parantamisen ja yhä tiukentuvien ympäristönsuojeluvaatimusten myötä perinteiset vesiviljelymallit kohtaavat lukuisia ongelmia, kuten ympäristön saastumista, vesivarojen hukkaa ja tuotteiden laadun heikkenemistä. Uudenlaisena vesiviljelymenetelmänä Recirculating Aquaculture System (RAS) tarjoaa etuja, kuten veden suojelun, maan säästämisen, korkean eläintiheyden, ympäristön hallittavuuden ja vähäisemmän jäteveden päästön. Se vastaa nykyisiä kansallisia kiertotalouden ja energiansäästön sekä päästöjen vähentämisen strategisia vaatimuksia, ja se on tärkeä suunta vesiviljelyteollisuuden muuttamisessa ja kehityksessä ja siitä on tullut keskeinen malli nykyaikaisen kalastuksen kestävälle kehitykselle. RAS:ssa vesiviljelyvesi kierrätetään fyysisen suodatuksen, biologisen puhdistuksen, ilmastuksen, desinfioinnin ja muiden käsittelyjen jälkeen, mikä edellyttää järjestelmän jatkuvan ylläpitämisen kalankasvulle sopivia vedenlaatua. Kalojen selviytymisen välittömänä ympäristönä erilaisten vedenlaatuparametrien vaihtelut vaikuttavat suoraan kalojen fysiologisiin toimintoihin, aineenvaihdunnan tehokkuuteen ja tautien kestävyyteen, mikä lopulta ilmenee eroina kasvusuorituskyvyssä. Siksi vedenlaadun valvonnan ja makean veden kalojen kasvukyvyn välisen suhteen syvällisellä tutkimisella RAS:ssa on merkittävä teoreettinen ja käytännöllinen merkitys vesiviljelyn tehokkuuden parantamiseksi ja terveen teollisuuden kehityksen edistämiseksi.
1 Yleiskatsaus kierrättävästä vesiviljelyjärjestelmästä
Kierrättävä vesiviljelymalli on viljelymenetelmä, jossa viljelyvettä kierrätetään käsittelyn jälkeen fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten suodatusprosessien kautta. Kierrätettävän vesiviljelyteknologian tutkimus aloitettiin aiemmin ulkomailla. 1960-luvulla maat, kuten Yhdysvallat, Alankomaat ja Tanska, aloittivat asiaankuuluvat tutkimukset. Yhdysvallat käytti sitä ensisijaisesti kirjolohen, basson ja mustaahven viljelyyn; Alankomaat käytti sitä pääasiassa eurooppalaisen ankeriaan ja afrikkalaisen monniin; Tanskan kiertovesiviljelyprosessijärjestelmä oli ulkokäyttöinen puolisuljettu järjestelmä, jota käytettiin pääasiassa kirjolohen tuotantoon.
Kiina esitteli ulkomaisen kierrätettävän vesiviljelyteknologian ja -laitteet 1980-luvulla. Korkeiden investointi- ja käyttökustannusten vuoksi suurin osa käyttöön otetuista tiloista hylättiin nopeasti. Vuonna 1988 Kiinan kalataloustieteiden akatemian kalastuskoneiden ja -instrumenttien tutkimuslaitos suunnitteli ja rakensi Länsi-Saksan teknologiaa hyödyntäen Kiinan ensimmäisen kierrätettävän vesiviljelyn tuotantopajan. Viime vuosina kiinalaiset tutkijat, kuten Qu Keming, ovat ehdottaneet korkean, keskitason ja matalan tason{5}}kiertovesiviljelyteknologian malleja, jotka perustuvat erityyppisten vesiviljelyyritysten erilaisiin tarpeisiin, ja edistäneet niitä rannikkoalueilla; Liu Bo Heilongjiangin maakunnan kalastusteknologian laajennusasemalta ehdotti "konttia" kierrätettäväksi vesiviljelyteknologiaksi ja -malleiksi; Professori He Xugang Huazhongin maatalousyliopistosta ehdotti "nolla-purkauksen" vihreää ja tehokasta "vankeudessa tapahtuvaa" vesiviljelymallia.
Kierrättävät vesiviljelymallit jaetaan pääasiassa tyyppeihin, kuten "kilparata", "kontti" ja "vankeudessa". Esimerkkinä "kilparata"-vesiviljelymallista, se koostuu läpivirtaussäiliöstä-, jätteenkeräysalueesta, ilmastustiloista, kiertotiloista, puhdistusalueesta, kosteikosta ja muista osista. Pieni-vettä-vettä työntävä vesi-vesiviljelyalue koostuu suorakaiteen muotoisista säiliöistä, jotka kattavat 2–5 % lammen pinta-alasta. Viime vuosina kotimaan virtaus-säiliön läpi ovat yleensä 20 m pitkät, 4 m leveät ja 2,5 m korkeat, ja 1–2 säiliötä on asetettu 6 670 m² vesistöä kohti. Ydinkomponentti on vettä{17}}työntävä ilmastuslaitteisto. Varhaisissa versioissa käytettiin siipipyörälaitteita veden työntämiseen ja ilmastuslaitteita hapetukseen, mutta nykyään useimmat käyttävät ilma{19}}nostinlaitteita, jotka koostuivat puhaltimista, mikrohuokoisista ilmastusputkista ja ohjauslevyistä. Yleensä jokaista kolmea säiliötä kohti rakennetaan kaksi toisiinsa kytkettyä upotettua jätteenkeräyssäiliötä, joiden tilavuus on 10 m³ ja jotka sijoitetaan läpivirtaussäiliöiden takapäähän viljelyalueen jätteiden keräämiseksi. Suuri-vesimuodostumien-ekologinen puhdistusalue kattaa 95–98 % lammen pinta-alasta, ja siinä on kiertopatoja ja veden syvyys yli 2 metriä. Tällä alueella viljellään pääasiassa suodatin{30}ruokkivia kaloja, ja vesikasvien peittoalue on 20–30 % puhdistusalueesta. Se on varustettu siipipyöräilmastimilla, siipipyöräilmastimilla, aallon-muodostuskoneilla jne., ja mikrobivalmisteita lisätään tarpeen mukaan.
2 Kierrättävän vesiviljelymallin vaikutukset makean veden kalojen kasvukykyyn
2.1 Kasvuvauhti
Kierrättävä vesiviljelymalli voi tarjota suhteellisen vakaan kasvuympäristön makean veden kaloille, mikä auttaa parantamaan kasvua. Perinteisessä lampivesiviljelyssä veden laatuun vaikuttavat suuresti ulkoiset ympäristötekijät, kuten lämpötila ja sateet, jotka voivat helposti aiheuttaa veden laadun vaihteluita ja vaikuttaa kalojen kasvuun. Kierrättävässä vesiviljelymallissa veden laadunvalvontajärjestelmä voi ylläpitää suhteellisen vakaat veden laatuparametrit, kuten veden lämpötila, liuennut happi ja pH-arvo, luoden sopivat kasvuolosuhteet kaloille. Esimerkiksi "kilparata"-vesiviljelymallissa veden virtausnopeutta virtaus-läpisäiliössä voidaan säätää vettä-työntävien ilmastuslaitteiden avulla. Sopiva virtausnopeus voi edistää kalojen liikkumista, parantaa fyysistä kuntoa, lisätä rehun saantia ja nopeuttaa kasvua.
2.2 Syötteen käyttöaste
Kierrättävä vesiviljelymalli voi parantaa makean veden kalojen rehun käyttöastetta. Perinteisessä vesiviljelyssä rehun annostelun jälkeen osa rehusta uppoaa pohjaan kulumatta, mikä aiheuttaa hukkaa. Samaan aikaan pohjalle uppoava rehu hajoaa tuottaen haitallisia aineita, jotka vaikuttavat veden laatuun. Kierrättävässä vesiviljelymallissa vesivirtauksen vaikutuksesta rehu voi hajota paremmin veteen, mikä helpottaa kalojen kuluttamista ja vähentää siten rehuhävikkiä. Lisäksi kierrättävän vesiviljelyjärjestelmän käsittelyyksiköt, kuten biosuodattimet, voivat poistaa viljelyvedestä orgaanista ainesta, kuten rehujäämiä ja ulosteita, mikä vähentää haitallisten aineiden, kuten ammoniakkitypen ja nitriittitypen pitoisuutta vedessä. Tämä vähentää näiden haitallisten aineiden vaikutusta kalojen ruoansulatus- ja imeytymistoimintoihin ja parantaa siten rehun käyttöastetta.
2.3 Tuotteen laatu
Kierrättävä vesiviljelymalli auttaa parantamaan makean veden kalojen tuotteiden laatua. Perinteisessä vesiviljelyssä kalat ovat alttiita patogeenien, kuten loisten ja bakteerien, tartunnalle, mikä johtaa sairauksien esiintymiseen ja vaikuttaa tuotteiden laatuun. Kierrättävässä vesiviljelymallissa veden laadun valvonnan ja desinfioinnin kaltaisilla toimenpiteillä voidaan tehokkaasti vähentää patogeenien määrää vedessä, mikä pienentää kalatautien riskiä. Samalla kalojen suhteellisen puhdas kasvuympäristö kierrätysvesiviljelymallissa vähentää ei-toivottujen hajujen, kuten mutahajujen, muodostumista, mikä parantaa tuotteen makua ja laatua.
3 Veden laadunvalvonnan avainparametrit ja menetelmät kierrätysvesiviljelymallissa
3.1 Avainparametrit
3.1.1 Liuennut happi
Liuennut happi on yksi tärkeimmistä kalojen kasvuun vaikuttavista veden laatuparametreista. Kalat tarvitsevat kasvun aikana riittävästi happea hengitykseen. Riittämätön liuennut happi voi johtaa kasvun hidastumiseen, vastustuskyvyn heikkenemiseen ja jopa kuolemaan. Yleensä liuenneen hapen määrä kierrätetyissä vesiviljelyjärjestelmissä on pidettävä yli 5 mg/l.
3.1.2 Ammoniakkityppi
Ammoniakkityppi on yksi vesiviljelyveden tärkeimmistä saasteista, ja se on peräisin pääasiassa kalojen ulosteista ja rehujäämien hajoamisesta. Ammoniakkityppi on erittäin myrkyllistä kaloille ja vahingoittaa kidusten kudosta, hermostoa ja immuunijärjestelmää, mikä vaikuttaa kasvuun ja selviytymiseen. Kierrätysvesiviljelyjärjestelmien ammoniakkitypen pitoisuus tulisi kontrolloida alle 0,5 mg/l.
3.1.3 Nitriittityppi
Nitriittityppi on ammoniakkitypen nitrifikaation aikana syntyvä välituote, jolla on tietty myrkyllisyys. Nitriittityppi yhdistyy kalan veren hemoglobiiniin vähentäen sen hapen{1}}kuljetuskykyä ja aiheuttaen kalojen hypoksiaa ja tukehtumista. Kierrätysvesiviljelyjärjestelmissä nitriittityppipitoisuus tulisi kontrolloida alle 0,1 mg/l.
3.1.4 pH-arvo
pH-arvo on tärkeä indikaattori, joka heijastaa veden happamuutta tai emäksisyyttä, ja sillä on merkittäviä vaikutuksia kalojen kasvuun ja fysiologisiin toimintoihin. Kierrätysvesiviljelyjärjestelmien pH-arvo tulee olla 7,0 ja 8,5 välillä.
3.2 Veden laadunvalvontamenetelmät
3.2.1 Fyysinen valvonta
Fyysinen valvonta sisältää pääasiassa sellaisia toimenpiteitä kuin suodatus, sedimentaatio ja ilmastus. Suodatus on tehokas menetelmä suspendoituneiden kiintoaineiden ja hiukkasten poistamiseen vedestä. Yleisesti käytettyjä suodatuslaitteita ovat mikroseulasuodattimet ja hiekkasuodattimet. Sedimentaatio käyttää painovoimaa laskemaan kiinteitä hiukkasia vedessä pohjaan, mikä puhdistaa veden laatua. Ilmastus on tärkeä keino lisätä veteen liuennutta happea. Yleisesti käytettyjä ilmastuslaitteita ovat puhaltimet, siipipyöräilmastimet ja siipipyöräilmastimet.
3.2.2 Kemiallinen kontrolli
Kemiallinen valvonta sisältää pääasiassa kemiallisten aineiden lisäämisen veteen veden laadun säätelemiseksi. Esimerkiksi kun ammoniakki- ja nitriittityppipitoisuudet vedessä ovat liian korkeita, voidaan lisätä nitrifikaatiobakteerivalmisteita edistämään nitrifikaatioreaktioita ja vähentämään ammoniakkitypen ja nitriittitypen pitoisuutta; kun veden pH-arvo on liian alhainen, voidaan käyttää poltettua kalkkia pH-arvon nostamiseksi.
3.2.3 Biologinen torjunta
Biologisessa torjunnassa käytetään mikro-organismeja, vesikasveja ja muita organismeja veden laadun puhdistamiseen. Mikro-organismit voivat hajottaa vedessä olevaa orgaanista ainetta ja muuttaa haitallisia aineita, kuten ammoniakkitypen ja nitriittitypen vaarattomiksi aineiksi. Yleisesti käytettyjä mikrobivalmisteita ovat fotosynteettiset bakteerit, Bacillus ja nitrifioivat bakteerit. Vesikasvit voivat imeä vedestä ravinteita, kuten typpeä ja fosforia, vähentäen rehevöitymistä ja samalla tarjota kaloille elinympäristöjä ja varjoa. Yleisiä vesikasveja ovat vesihyasintti, alligaattoririkkakasvit ja elodea.
4 Makean veden kalojen kasvukyvyn ja veden laadun valvonnan välinen korrelaatio kierrätysvesiviljelymallissa
4.1 Liuennut happi ja kasvukyky
Kun veteen on riittävästi liuennutta happea, kalojen hengitys toimii normaalisti, aineenvaihdunta on vilkas, rehun saanti lisääntyy ja kasvuvauhti kiihtyy. Toisaalta aineenvaihdunta hidastuu ja kasvunopeus hidastuu. Kierrättävässä vesiviljelymallissa kohtuulliset ilmastustoimenpiteet ylläpitävät vakaat liuenneen hapen tasot vedessä, tarjoten kaloille hyvän hengitysympäristön ja edistäen niiden kasvua ja kehitystä.
4.2 Ammoniakkityppi, nitriittityppi ja kasvukyky
Ammoniakkityppi ja nitriittityppi ovat myrkyllisiä aineita vesiviljelyvesissä, jotka vahingoittavat vakavasti kalojen kasvua ja selviytymistä. Korkeat ammoniakkityppipitoisuudet vahingoittavat kalan kidusten kudosta ja vaikuttavat hengitystoimintoihin; ne myös vahingoittavat kalojen hermostoa ja immuunijärjestelmää vähentäen niiden taudinvastustuskykyä. Kierrättävässä vesiviljelymallissa käsittelyyksiköt, kuten biosuodattimet, voivat nopeasti poistaa vedestä ammoniakkitypen ja nitriittitypen, mikä vähentää niiden myrkyllisiä vaikutuksia kaloille ja varmistaa kalojen terveen kasvun.
4.3 pH-arvo ja kasvukyky
pH-arvolla on tärkeä vaikutus kalojen kasvuun ja fysiologisiin toimintoihin. Eri kalalajilla on erilaiset pH-arvon mukautumisalueet. Kierrättävässä vesiviljelymallissa veden pH-arvoa testataan säännöllisesti ja testitulosten perusteella tehdään vastaavia säätötoimenpiteitä.
5 Kierrättävän vesiviljelymallin kehitystrendit ja haasteet
5.1 Älykäs ja tarkka kehityssuunta
Esineiden Internetin, big datan ja tekoälyteknologian kehittyessä kierrättävä vesiviljelymalli on kehittymässä kohti älykkyyttä ja tarkkuutta. Integroimalla järjestelmät, kuten online-veden laadun seuranta, automaattinen ruokinta ja laitteiden ohjaus, voidaan saavuttaa reaaliaikainen-viljelyympäristön säätely ja tuotantoprosessin automatisoitu hallinta.
5.2 Vähähiilinen-ympäristönsuojelu ja kestävä kehitys
Kierrättävä vesiviljelymalli täyttää vähähiilisen{0}}ympäristönsuojelun ja kestävän kehityksen vaatimukset veden säästämisen, energiansäästön ja saastumisen vähentämisen avulla. Tulevaisuudessa on edelleen optimoitava vedenkäsittelyprosesseja, vähennettävä energiankulutusta ja kustannuksia sekä parannettava järjestelmän vakautta ja toimivuutta. Esimerkiksi uusiutuvia energialähteitä, kuten aurinko- ja tuulivoimaa, voidaan käyttää sähkön tuottamiseen, mikä vähentää hiilidioksidipäästöjä; mikrobien polttokennoteknologiaa voidaan käyttää jäteveden orgaanisen aineen energiakäyttöön rakentamalla integroitu "vesiviljely-energia-ympäristönsuojelujärjestelmä".
5.3 Haasteet ja vastatoimet
Nykyinen kierrätettävä vesiviljelymalli kohtaa edelleen haasteita, kuten suuria investointeja, teknistä monimutkaisuutta ja korkeat hoitovaatimukset. On tarpeen vahvistaa teknologista tutkimusta ja kehitystä sekä integroitua innovaatiota järjestelmien rakentamis- ja käyttökustannusten vähentämiseksi. parantaa standardijärjestelmää ja toimintaspesifikaatioita viljelijöiden teknisen tason parantamiseksi; ja vahvistaa poliittista tukea ja taloudellisia investointeja kierrätysvesiviljelymallien soveltamisen edistämiseksi maaseutualueilla.
6 Johtopäätös ja näkymät
Kierrättävä vesiviljelymalli ylläpitää kohtuullisen vedenlaadun valvonnan avulla vakaat veden laatuparametrit, kuten liuennut happi, ammoniakkityppi, nitriittityppi ja pH-arvo. Tämä tarjoaa hyvän kasvuympäristön makean veden kaloille parantaen niiden kasvunopeutta, rehun käyttöastetta ja tuotteiden laatua. Tällä hetkellä kiertovesiviljelymallin käytännön sovelluksissa on edelleen ongelmia, kuten huono jätteenkeruutehokkuus, joka johtuu viljelysäiliörakenteen vaikutuksesta hydrodynaamisiin ominaisuuksiin, sekä biosuodattimien epävakaa käsittelyteho. Tulevan tutkimuksen pitäisi edelleen optimoida viljelysäiliön rakennetta jätteenkeruutehokkuuden parantamiseksi; vahvistaa biofilmin kasvun säätelyä ja vedenkierron optimointia koskevaa tutkimusta biosuodattimien käsittelytehokkuuden parantamiseksi; Yhdistele samanaikaisesti älykkäitä teknologioita saavuttaaksesi reaaliaikaisen-tarkkailun ja vedenlaadun parametrien automaattisen hallinnan, mikä parantaa edelleen kierrätettävän vesiviljelymallin tieteellistä ja täsmällistä luonnetta ja edistää makean veden kalan vesiviljelyteollisuuden kestävää kehitystä.