يعد الاستزراع السمكى مصدر رئيسى للبروتين الحيوانى عالى القيمة. بالاضافة الى ان لحوم الاسماك تعتبر مصدر غنى بالاحماض الدهنية الاساسية و المعادن. لذا فمن الضرورى زيادة انتاجية المزارع السمكية مع مراعاة ضرورة استدامتها و عدم الاضرار بالبيئة. ومن اجل تطوير هذه الصناعة مع الحفاظ على استدامتها فقد نشأت العديد من نظم الاستزراع السمكى و التى تزيد الانتاجية دون احداث اضرار بالبيئة. ويعد نظام اعادة تدوير المياه ((RAS فى المزارع السمكية من اهم هذه الانظمة كما انه اكثرها حفاظا على البيئة.

ويعتبر الحفاظ على جودة المياة ضمن الحدود المسموحة لكل نوع من الانواع المستزرعة شرط اساسى من اجل الحفاظ على صحة الأسماك وزيادة انتاجية المزارع السمكية وبالتالى استدامتها. وتتضمن أساسيات فهم جودة المياه في نظام RAS فى المزارع السمكية الحفاظ على جودة المياة ضمن المستويات المسموحة والتي تعزز النمو مع منع حدوث الأمراض. يشمل التحليل الروتيني لجودة المياه قياس الأكسجين المذاب عدة مرات خلال النهار والمساء، بينما قياس المركبات النيتروجينية فيكون يوميًا أو أسبوعيًا، اعتمادًا على شدة التغذية. يحب ملاحظة ان مستويات المركبات النيتروجينية وكذلك متطلبات التهوية تعتمد على كميات التغذية الموضوعة في RAS وليس الكتلة الحيوية القابلة للحصاد.

على سبيل المثال، الكميات الصغيرة من العلف بمعدل منخفض 2 جم / م 3 لن تحتاج على الأرجح إلى أي تهوية أو الترشيح الحيوي للتعامل مع النيتروجين السام، اما عند الحاجة الى زيادة معدلات العلف إلى أكثر من 200 جم / م3 فهذا يتطلب معدلات عالية من التهوية والترشيح الحيوي وإزالة المواد الصلبة، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال إعادة التدوير.

تعتبر عملية تبادل المياه عن طريق تفريغ صرف المزرعة والذى يكون غنى بالنفايات النيتروجينية وثاني أكسيد الكربون ((CO2 في المجاري المائية المجاورة وجلب المياه خالية من أي طلب للأكسجين ومركبات نيتروجينية هى أسهل طريقة الحفاظ على جودة المياة ضمن المستويات المسموحة. و للحفاظ على جودة المياه من خلال نظام تبادل المياه يجب تبديل حوالي 10 بالمائة من حجم المزرعة على مدار اليوم. ومع ذلك، فإن عملية تبادل المياه قد تكلف الصناعة الكثير من الخسائر سنويًا بسبب امكانية حدوث الأمراض حيث تكون المياه الداخلة إلى أنظمة تربية الأحياء المائية حاملة مسببات الامراض من مزارع أخرى. كما انه من الممكن ان تتضرر البيئات التى يتم تصريف المياه فيها و بخاصة البيئة الساحلية حيث تحتوي مياه الصرف على نسبة عالية من المواد الصلبة والطلب الكبير على الأكسجين البيولوجي، مما قد يؤدي إلى اختناق الكائنات الحية الموجودة فى البيئة الساحلية مثل المحاريات.

و لذلك اكتسبت أنظمة RAS حاليًا اهمية كبيرة حيث ان المياه الداخلة الى المزرعة تكون خالية من اي ملوثات كيميائية او بيولوجية. و فيما يلى اهم متغيرات جودة المياة فى انظمة RAS والتى يجب مراعاتها عند تطبيق هذا النظام.

درجة حرارة

إن المتغير الأسهل الذي يمكن فهمه ومعالجته عند مناقشة جودة المياه في RAS هو درجة الحرارة. و من المعلوم ان معظم الاحياء المائية المستزرعة هى من ذوات الدم البارد وبالتالى فان درجة نموها و الايض الخاص بها بالاضافة الى صحتها تتاثر بشكل كبير بدرجة حرارة المياه التى تعيش فيها هذه الكائنات. و بشكل عام تعتبر درجة الحرارة المثالية لأي كائن مستزرع هي الدرجة التى عندها يحدث أسرع نمو مع أكثر صحة. كلما اقتربت درجة حرارة المياه من تلك المثالية للحيوان المستزرع، كلما كان نظام RAS أكثر إنتاجية وقابلية للتطبيق اقتصاديًا. تنقسم الأسماك حسب تحملها لدرجة حرارة الماء إلى أسماك المياه الباردة، وهي التي تتزاوج عند درجة حرارة 15 م أو أقل، وأسماك المياه الدافئة وهي تتزاوج عند درجة حرارة أعلى من 16 م.
اذا زادت درجة حرارة أعلى مما يمكن اعتباره مثاليًا فانه يزيد الاجهاد فى الاسماك و يقلل كمية الاكسجين فى المياه كما انه يقلل من معدلات النمو والتحويل الغذائى للأسماك مما يضر بالكفاءة الاقتصادية والبيولوجية لنظام RAS – وبالعكس كلما كانت المياه أكثر برودة، فانه ايضا يزيد الاجهاد و يقلل من النشاط الايضي و بالتالى معدل نمو الكائنات البحرية على الرغم من زيادة كمية الأكسجين التي يمكنها الاحتفاظ بها. وعادة تكون درجة حرارة المياه أقل من درجة حرارة الجو بمعدل 5 الى 7 درجات تقريبا.

الاكسجين

يعتبر الأكسجين هو الأكثر ديناميكية بين جميع المتغيرات وهو الأكثر أهمية للقياس والمحافظة عليه ضمن نطاق امن في أنظمة RAS. عادة ما يتم الحفاظ على مستويات الأكسجين عند مستوى أعلى من 5 ملجم/لتر للأسماك والروبيان أوأعلى بالنسبة للأنواع الأكثر حساسية. وفى حالة انخفاض مستوى الاكسجين عن المستوى المطلوب (5-2 ملغم/ لتر) فانه يمثل اجهاد على الاسماك المستزرعة مما يجعلها عرضة للاصابة بالامراض كما انه يؤثر على معدلات النمو والتحويل الغذائى. اما اذا انخفض الاكسجين الى معدلات اقل من 2 ملغم/لتر فانه قد يؤدى الى موت الاسماك بسبب الاختناق.

من المعتاد فان عمليتى التهوية المناسبة و تقليب المياه قد يحافظ على مستويات جيدة من الأكسجين المذاب، كما انه يبقى على CO2 بشكل عام تحت الحدود المسموح بها. ولا يتم استخدام حقن الأكسجين بانتظام في مرافق RAS إلا إذا كانت الكتلة الحيوية للحصاد تزيد عن 50 كجم / م 3. ويرجع ذلك إلى التكلفة والحاجة إلى التقليب من أجل طرد CO2 من مياه الاستزراع. ومع ذلك، قد يكون من المفيد استخدام الأكسجين النقي على أساس طارئ. و يجب ملاحظة ان مستويات الأكسجين المنخفضة تكون أكثر خطورة اذا ما اقترنت بارتفاع مستويات CO2 حيث أن ارتفاع CO2 يتداخل مع التنفس الطبيعي للكائنات المائية.

ثاني أكسيد الكربون و الأس الهيدروجينى

يعتبر CO2 هو نتاج عملية التنفس ليس فقط من الكائن المستزرع الذي يتم تغذيته في RAS ولكن أيضًا من البكتيريا والعوالق النباتية التي تنمو في الماء وعلى أي سطح. وعادة ما تكون الكمية الإجمالية لامتصاص الأكسجين و CO2التي تنتجها البكتيريا والطحالب أعلى من الحيوانات المستزرعة التي يتم تغذيتها. الحد الأقصى ل CO2بالنسبة لمعظم الحيوانات المستزرعة، مثل الأسماك والروبيان، سيكون 15-20 ملغم / لتر.

في بعض أنظمة RAS يمكن أن تخلق زيادة تركيزات CO2 ظروفًا خطيرة عن طريق خفض الأس الهيدروجيني (pH) إلى مستويات ضارة والتي عادة ما تكون أقل من 7. فعند زيادة CO2 في أنظمة RAS فوق مستوى 50 مجم / لتر يؤدى لان تبدو الأسماك والروبيان خاملة. يجب ملاحظة انه عندما يصل CO2 إلى مستوى سام فانه من الصعب أن يتم طرده بسرعة الى الغلاف الجوي ، لذا فإن الوقاية هي أفضل طريقة للتعامل مع مشاكل ارتفاع CO2.

هناك اختبارات وأجهزة قياس متاحة لقياس CO2، بالإضافة إلى المعادلات التي يمكن من خلالها ان نستنتج مستويات CO2 بمجرد معرفة pH والقلوية. إن التهوية أو تقليب المياه باستعمال البدالات أو زيادة الاتصال بين الهواء والماء، يمكنه ان يزيل CO2باستمرار لإبقائه ضمن الحدود المسموحة. يتراوح نطاق الأس الهيدروجيني المقبول لتربية معظم أنواع الأحياء المائية عادةً بين 7 و8.4 يمكن أن يساعد الحفاظ على القلوية الكافية (50-400 ملغم/لتر) من خلال إضافة بيكربونات الصوديوم أو هيدروكسيد الكالسيوم في الحد من انخفاض pH.

تعتبر أجهزة تهوية مضخة الشفاط أو الفنتوري أكثر كفاءة فى ادخال الأكسجين فى المزارع، وخاصة في المياه المالحة. ومع ذلك، فهي ليست جيدة جدًا في إطلاق CO2 من الماء إلى الغلاف الجوي بسبب قلة تقليب المياه. وفي الوقت نفسه، تعد هوايات المضخات العمودية أكثر كفاءة في إزالة CO2 نظرًا لأنها تتمتع بقدر أكبر من الاتصال بين الهواء والماء، ولكنها أقل كفاءة في نقل الأكسجين إلى الماء. لذلك يفضل الجمع بين أجهزة التهوية حيث يكون بعضها أفضل في نقل الأكسجين والبعض الآخر أفضل في طرد CO2 من الماء إلى الغلاف الجوي.

المركبات النيتروجينية

أحد أكبر الاهتمامات في تصميم وتشغيل RAS هو النيتروجين السام، والذي يتخذ ثلاثة أشكال أساسية. أول النفايات الناتجة عن ايض البروتين، هي الأمونيا. تأخذ الأمونيا في الماء شكلين: الشكل الحر (NH3) وهو سام، والشكل المتأين (NH4+) وهو غير سام. عند pH المنخفض تتخذ الامونيا الشكل المتأين بصورة اكبر من الشكل الحر. قد تكون هذه العلاقة بين pH والأمونيا ثاني أهم مفهوم يجب فهمه في إنتاج تربية الأحياء المائية. فمع زيادة pH ، تزداد نسبة الأمونيا الحرة، مما يؤدي إلى نتائج كارثية في بعض الأحيان.

على سبيل المثال، إذا قمنا بزيادة pH عن طريق إضافة مركب قلوي للغاية مثل هيدروكسيد الكالسيوم، فإن نسبة الأمونيا السامة الموجودة في مياه الاستزراع قد تزيد بسهولة بنسبة تصل إلى 50 بالمائة، مما قد يؤدي إلى الوفيات. وعامة فان النسبة المسموح بها للأمونيا الغير متأينة فى المياه من 0.03- 0.05 ملجم/لتر.

النيتريت هو الشكل الثاني من النيتروجين المتكون من الأمونيا عن طريق البكتيريا ذاتية التغذية وغيرية التغذية. وهو سام لجميع أشكال الحياة تقريبًا ويمكن أن يتحول عن طريق عدد قليل جدًا من البكتيريا إلى شكل النترات، وهو أقل سمية بكثيرمن النيتريت. الحد الأعلى الآمن للنيتريت هو أقل من 2 ملجم / لتر بالنسبة لأنواع مثل الجمبري والبلطي، في حين يجب أن يكون قريبًا من الصفر بالنسبة للأنواع الأوروبية والتى تكون أكثر حساسية مثل سمك السلمون المرقط. تعد الوسائط الحيوية (الفلاتر) الدوارة مرشحًا حيويًا متاحًا وموثوقًا من خلال زيادة المساحة السطحية المتاحة في RAS، يمكن أن تزيد عدد البكتيريا ذاتية التغذية والتى تحول الأمونيا إلى نيتريت ومن ثم نترات والذى يعتبر أقل سمية . النترات هي المنتج النهائي لتحويل الامونيا وتتطلب تبادل المياه أو عملية معالجة لاهوائية لإزالتها كغاز النيتروجين مرة أخرى إلى الغلاف الجوي.

النفايات الصلبة

يمكن أن تكون النفايات الصلبة المتراكمة في أنظمة تربية الأحياء المائية مفيدة من حيث توفير التغذية في حالة الجمبري والبلطي، ومع ذلك يمكن أن تكون المواد الصلبة أيضًا مشكلة بالنسبة للأنواع الأكثر حساسية. من المعلوم انه حوالي 50% من جميع الأعلاف التي يتم تقديمها فى نظام RAS ينتهي بها الأمر كنفايات صلبة في مياه الاستزراع. تسمى المواد الصلبة التي تستقر في قاع الحوض دون أي حركة للمياه خلال 30 دقيقة تقريبًا بالمواد الصلبة القابلة للترسيب بينما تُعرف الجزيئات الدقيقة التي لا تستقر بسهولة بالمواد الصلبة العالقة. عادة، يمكن أن يتناول الجمبري ما يصل إلى 400 ملجم / لتر من المواد الصلبة العالقة و10-50 مل / لتر من المواد الصلبة القابلة للترسيب.

يمكن الحفاظ على المواد الصلبة من خلال الترسيب البسيط بالجاذبية أو من خلال وسائل ميكانيكية أكثر تعقيدًا مثل الأسطوانة الدوارة أو مرشح الرمل والحاويات الأسطوانية المختلفة التي تستخدم قوة الجذب المركزي لفصل المواد الصلبة وجمعها.

فى الختام : يتطلب فهم جودة المياه في RAS إتقان استخدام عدد معين من المتغيرات بحيث يمكن الحفاظ عليها ضمن المستويات المسموحة والتي تنتج أكبر قدر من النمو وأفضل بيئة للوقاية من الأمراض. يعد التفسير المتقدم لتفاعل هذه المتغيرات، مثل CO2 ودرجة الحموضة والأمونيا أمرًا ضروريًا حتى يمكن تجنب مشاكل إنتاج تربية الأحياء المائية عندما تزيد الكتلة الحيوية في RAS، خاصة تلك التي ليس لديها أي مصادر لتبادل المياه.

د. محمد أحمد بكرى _
معهد بحوث الصحة الحيوانية – معمل الزقازيق – مركز البحوث الزراعية – مصر