Vekstytelse og vannkvalitetskontrollteknologi for ferskvannsfisk i resirkulerende akvakultursystem

Vekstytelse og vannkvalitetskontrollteknologi for ferskvannsfisk i resirkulerende akvakultursystem

Med den kontinuerlige forbedringen av intensiveringen i akvakulturnæringen og stadig strengere miljøvernkrav, står tradisjonelle akvakulturmodeller overfor en rekke problemer som miljøforurensning, vannressursavfall og fallende produktkvalitet. Det resirkulerende akvakultursystemet (RAS), som en ny type akvakulturmetode, har fordeler, inkludert vannsparing, arealbesparelse, høy besetningstetthet, miljøkontrollerbarhet og redusert utslipp av halevann. Det er i tråd med gjeldende nasjonale strategiske krav for sirkulær økonomi og energisparing og utslippsreduksjon, og representerer en viktig retning for transformasjonen og utviklingen av havbruksnæringen og har blitt en avgjørende modell for bærekraftig utvikling av moderne fiskerier. I RAS resirkuleres akvakulturvannet etter å ha gjennomgått fysisk filtrering, biologisk rensing, lufting, desinfeksjon og andre behandlinger, noe som krever at systemet kontinuerlig opprettholder vannkvalitetsforhold som er egnet for fiskevekst. Som det direkte miljøet for fiskens overlevelse, påvirker fluktuasjoner i ulike vannkvalitetsparametere direkte de fysiologiske funksjonene, metabolske effektiviteten og sykdomsresistensen til fisk, og manifesterer seg til slutt som forskjeller i vekstytelse. Derfor har en-dypende utforskning av det iboende forholdet mellom vannkvalitetskontroll og vekstytelse for ferskvannsfisk i RAS betydelig teoretisk og praktisk betydning for å forbedre akvakultureffektiviteten og fremme sunn industriutvikling.

1 Oversikt over resirkulerende akvakultursystem

Den resirkulerende akvakulturmodellen er en oppdrettsmetode der kulturvann resirkuleres etter behandling gjennom fysiske, kjemiske og biologiske filterprosesser. Forskning på resirkulerende akvakulturteknologi startet tidligere i utlandet. På 1960-tallet satte land som USA, Nederland og Danmark i gang relevante studier. USA brukte den først og fremst til oppdrett av regnbueørret, stripet bass og svart havabbor; Nederland brukte den hovedsakelig til europeisk ål og afrikansk steinbit; Danmarks resirkulerende akvakulturprosesssystem var et utendørs semi-lukket system som hovedsakelig ble brukt til produksjon av regnbueørret.

Kina introduserte utenlandsk resirkulerende akvakulturteknologi og -anlegg på 1980-tallet. På grunn av høye investerings- og driftskostnader ble de fleste av de introduserte fasilitetene raskt forlatt. I 1988 designet og bygget Kinas første resirkulerende akvakulturproduksjonsverksted ved det kinesiske akademiet for fiskerivitenskap ved hjelp av vesttysk teknologi. I de siste årene har kinesiske forskere som Qu Keming foreslått høy-, middels- og-lavnivå-resirkulerende akvakulturteknologimodeller basert på de ulike behovene til ulike typer akvakulturbedrifter og fremmet dem i kystområder; Liu Bo fra Heilongjiang Provincial Fisheries Technology Extension Station foreslo "beholder" resirkulerende akvakulturteknologi og -modeller; Professor He Xugang fra Huazhong Agricultural University foreslo en dam med «null-utslipp» grønn og effektiv «fange» akvakulturmodell.

Resirkulerende akvakulturmodeller er hovedsakelig delt inn i typer som «raceway», «container» og «captive». For å ta akvakulturmodellen «raceway» som et eksempel, består den av en strømnings-gjennom tank, avfallsinnsamlingsområde, lufteanlegg, avledningsanlegg, renseområde, våtmark og andre komponenter. Det lille-vannet-vannet som skyver akvakulturområdet- består av rektangulære tanker som opptar 2–5 % av dammens areal. De siste årene har spesifikasjonene for husholdningsstrøm-gjennom tanken generelt vært 20 m lang, 4 m bred og 2,5 m høy, med 1–2 tanker satt per 6670 m² vannmasse. Kjernekomponenten er det vann{17}}skyvende lufteutstyret. Tidlige versjoner brukte impellerenheter for vannskyving og lufteenheter for oksygenering, men nå bruker de fleste luft{19}}løfteutstyr som består av blåsere, mikroporøse luftingsrør og ledeplater. Vanligvis bygges det to sammenkoblede nedsenkede avfallstanker med et volum på 10 m³ for hver tredje tank, plassert i den bakre enden av strømmen-gjennom tanker for oppsamling av avfall fra kulturområdet. Det store-vannkroppen-økologiske renseområdet opptar 95–98 % av dammens areal, med avledningsdiker og vanndybde over 2 m. Dette området dyrker primært filter{30}}mating av fisk, med vannplantedekning kontrollert ved 20–30 % av renseområdet. Den er utstyrt med skovlhjulsluftere, løpehjulsluftere, bølge-maskiner osv., og mikrobielle preparater tilsettes etter behov.

2 Effekter av resirkulerende akvakulturmodell på vekstytelse for ferskvannsfisk

2.1 Veksthastighet

Den resirkulerende akvakulturmodellen kan gi et relativt stabilt vekstmiljø for ferskvannsfisk, noe som bidrar til å forbedre veksthastigheten. I tradisjonell damoppdrett påvirkes vannkvaliteten i stor grad av ytre miljøfaktorer som temperatur og nedbør, noe som lett kan forårsake svingninger i vannkvaliteten og påvirke fiskeveksten. I den resirkulerende akvakulturmodellen kan vannkvalitetskontrollsystemet opprettholde relativt stabile vannkvalitetsparametere som vanntemperatur, oppløst oksygen og pH-verdi, og skape passende vekstforhold for fisk. For eksempel, i "raceway" akvakulturmodellen, kan vannstrømningshastigheten i strømnings-gjennom tanken justeres gjennom vann-skyvende lufteutstyr. Passende strømningshastighet kan fremme fiskens bevegelse, forbedre fysisk form, øke fôropptaket og akselerere veksten.

2.2 Fôrutnyttelsesgrad

Den resirkulerende akvakulturmodellen kan forbedre fôrutnyttelsen til ferskvannsfisk. I tradisjonell akvakultur, etter at fôret er dispensert, synker noe fôr til bunnen uten å bli konsumert, noe som forårsaker avfall. I mellomtiden brytes fôret som synker til bunnen ned og produserer skadelige stoffer som påvirker vannkvaliteten. I den resirkulerende akvakulturmodellen kan fôret på grunn av effekten av vannføring fordeles bedre i vannet, noe som gjør det lettere for fisken å konsumere, og dermed reduseres fôrsvinnet. I tillegg kan behandlingsenheter som biofiltre i det resirkulerende akvakultursystemet fjerne organisk materiale som restfôr og avføring fra kulturvannet, og redusere innholdet av skadelige stoffer som ammoniakknitrogen og nitrittnitrogen i vannet. Dette reduserer virkningen av disse skadelige stoffene på fordøyelses- og absorpsjonsfunksjonene til fisk, og forbedrer dermed fôrutnyttelsen.

2.3 Produktkvalitet

Den resirkulerende akvakulturmodellen bidrar til å forbedre produktkvaliteten til ferskvannsfisk. I tradisjonell akvakultur er fisk utsatt for infeksjon av patogener som parasitter og bakterier, noe som fører til sykdomsforekomst og påvirker produktkvaliteten. I den resirkulerende akvakulturmodellen kan tiltak som vannkvalitetskontroll og desinfeksjon effektivt redusere antall patogener i vannet, og redusere risikoen for fiskesykdommer. Samtidig reduserer det relativt rene vekstmiljøet til fisk i den resirkulerende akvakulturmodellen produksjonen av uønskede lukter som gjørmete lukt, noe som forbedrer smaken og kvaliteten på produktet.

3 Nøkkelparametre og metoder for vannkvalitetskontroll i resirkulerende akvakulturmodell

3.1 Nøkkelparametre

3.1.1 Oppløst oksygen

Oppløst oksygen er en av de viktige vannkvalitetsparametrene som påvirker fiskeveksten. Fisk trenger nok oksygen for å puste under vekst. Utilstrekkelig oppløst oksygen kan føre til langsom vekst, nedsatt immunitet og til og med død. Generelt bør oppløst oksygen i resirkulerende akvakultursystemer holdes over 5 mg/L.

3.1.2 Ammoniakk Nitrogen

Ammoniakknitrogen er en av hovedforurensningene i akvakulturvann, hovedsakelig fra fiskeekskrement og nedbryting av restfôr. Ammoniakknitrogen er svært giftig for fisk, skader gjellevev, nervesystem og immunsystem, og påvirker vekst og overlevelse. Ammoniakknitrogenkonsentrasjonen i resirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres under 0,5 mg/L.

3.1.3 Nitritt Nitrogen

Nitrittnitrogen er et mellomprodukt som produseres under nitrifiseringen av ammoniakknitrogen og har en viss toksisitet. Nitrittnitrogen kombineres med hemoglobin i fiskeblod, reduserer oksygen-bæreevnen og forårsaker hypoksi og kvelning hos fisk. Nitrittnitrogenkonsentrasjonen i resirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres under 0,1 mg/L.

3.1.4 pH-verdi

pH-verdien er en viktig indikator som gjenspeiler surheten eller alkaliteten til vannet og har betydelige effekter på fiskens vekst og fysiologiske funksjoner. pH-verdien i resirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres mellom 7,0 og 8,5.

3.2 Metoder for kontroll av vannkvalitet

3.2.1 Fysisk kontroll

Fysisk kontroll omfatter hovedsakelig tiltak som filtrering, sedimentering og lufting. Filtrering er en effektiv metode for å fjerne suspenderte stoffer og partikler fra vann. Vanlig brukt filtreringsutstyr inkluderer mikroskjermfiltre og sandfiltre. Sedimentering bruker tyngdekraften til å sette faste partikler i vannet til bunnen, og dermed rense vannkvaliteten. Lufting er et viktig middel for å øke oppløst oksygen i vann. Vanlig brukt lufteutstyr inkluderer blåsere, skovlhjulsluftere og impellerluftere.

3.2.2 Kjemisk kontroll

Kjemisk kontroll innebærer hovedsakelig å tilsette kjemiske midler til vannet for å regulere vannkvaliteten. Når for eksempel ammoniakknitrogen og nitrittnitrogenkonsentrasjoner i vannet er for høye, kan nitrifiserende bakteriepreparater tilsettes for å fremme nitrifikasjonsreaksjoner og redusere innholdet av ammoniakknitrogen og nitrittnitrogen; når pH-verdien i vannet er for lav, kan brennekalk påføres for å øke pH-verdien.

3.2.3 Biologisk kontroll

Biologisk kontroll bruker mikroorganismer, vannplanter og andre organismer for å rense vannkvaliteten. Mikroorganismer kan bryte ned organisk materiale i vannet, og omdanne skadelige stoffer som ammoniakknitrogen og nitrittnitrogen til ufarlige stoffer. Vanlige mikrobielle preparater inkluderer fotosyntetiske bakterier, Bacillus og nitrifiserende bakterier. Vannplanter kan absorbere næringsstoffer som nitrogen og fosfor fra vannet, noe som reduserer forekomsten av eutrofiering, samtidig som det gir habitater og skyggelegging for fisk. Vanlige vannplanter inkluderer vannhyasint, alligatorluke og elodea.

4 Korrelasjon mellom vekstytelse for ferskvannsfisk og vannkvalitetskontroll i resirkulerende akvakulturmodell

4.1 Oppløst oksygen og vekstytelse

Når oppløst oksygen i vannet er tilstrekkelig, fungerer fiskens respirasjon normalt, stoffskiftet er kraftig, fôropptaket øker og veksthastigheten øker. Omvendt bremses stoffskiftet, og veksthastigheten avtar. I den resirkulerende akvakulturmodellen opprettholder rimelige luftingstiltak stabile nivåer av oppløst oksygen i vannet, gir et godt respirasjonsmiljø for fisk og fremmer deres vekst og utvikling.

4.2 Ammoniakknitrogen, nitrittnitrogen og vekstytelse

Ammoniakknitrogen og nitrittnitrogen er giftige stoffer i oppdrettsvann som alvorlig skader fiskens vekst og overlevelse. Høye konsentrasjoner av ammoniakknitrogen skader fiskens gjellevev, og påvirker åndedrettsfunksjonen; de skader også nervesystemet og immunsystemet til fisk, og reduserer deres sykdomsresistens. I den resirkulerende akvakulturmodellen kan behandlingsenheter som biofiltre raskt fjerne ammoniakknitrogen og nitrittnitrogen fra vannet, redusere deres toksiske effekter på fisk og sikre sunn fiskevekst.

4.3 pH-verdi og vekstytelse

pH-verdi har en viktig innvirkning på fiskens vekst og fysiologiske funksjoner. Ulike fiskearter har forskjellige adaptive områder for pH-verdi. I den resirkulerende akvakulturmodellen testes pH-verdien av vannet jevnlig, og tilsvarende justeringstiltak gjøres basert på testresultatene.

5 Utviklingstrender og utfordringer ved resirkulerende akvakulturmodell

5.1 Intelligent og presisjonsutviklingsretning

Med utviklingen av Internet of Things, big data og kunstig intelligens-teknologier, utvikler den resirkulerende akvakulturmodellen seg mot intelligens og presisjon. Ved å integrere systemer som nettbasert vannkvalitetsovervåking, automatisk fôring og utstyrskontroll, kan man oppnå sann{1}}tidsregulering av kulturmiljøet og automatisert styring av produksjonsprosessen.

5.2 Lav-vei for miljøvern og bærekraftig utvikling

Den resirkulerende akvakulturmodellen oppfyller kravene til lav-karbonmiljøbeskyttelse og bærekraftig utvikling gjennom vannsparing, energisparing og forurensningsreduksjon. Fremtidig innsats må optimalisere vannbehandlingsprosessene ytterligere, redusere energiforbruket og kostnadene, og forbedre systemets stabilitet og drift. For eksempel kan fornybare energikilder som sol- og vindkraft brukes til å levere strøm, redusere karbonutslipp; mikrobiell brenselcelleteknologi kan brukes til å oppnå energiutnyttelse av organisk materiale i avløpsvann, og bygge et integrert «akvakultur-energi-miljøvernsystem.

5.3 Utfordringer og mottiltak

Den nåværende resirkulerende akvakulturmodellen står fortsatt overfor utfordringer som høye investeringer, teknisk kompleksitet og høye forvaltningskrav. Det er nødvendig å styrke teknologisk forskning og utvikling og integrert innovasjon for å redusere systemkonstruksjon og driftskostnader; forbedre standardsystemet og driftsspesifikasjonene for å forbedre det tekniske nivået til bøndene; og styrke politikkstøtte og økonomiske investeringer for å fremme bruken av resirkulerende akvakulturmodeller i distriktene.

6 Konklusjon og utsikter

Den resirkulerende akvakulturmodellen, gjennom rimelig vannkvalitetskontroll, opprettholder stabile nivåer av viktige vannkvalitetsparametere som oppløst oksygen, ammoniakknitrogen, nitrittnitrogen og pH-verdi. Dette gir et godt vekstmiljø for ferskvannsfisk, og forbedrer deres veksthastighet, fôrutnyttelsesgrad og produktkvalitet. For tiden, i praktiske anvendelser av den resirkulerende akvakulturmodellen, er det fortsatt problemer som dårlig avfallsinnsamlingseffektivitet på grunn av virkningen av kulturtankstrukturen på hydrodynamiske egenskaper, og ustabil behandlingseffektivitet for biofiltre. Fremtidig forskning bør optimalisere kulturtankstrukturen ytterligere for å forbedre avfallsinnsamlingseffektiviteten; styrke forskning på biofilmvekstregulering og vannsirkulasjonsoptimalisering for å forbedre behandlingseffektiviteten til biofiltre; kombinere intelligente teknologier samtidig for å oppnå sanntidsovervåking og automatisk kontroll av vannkvalitetsparametere, noe som ytterligere forbedrer den vitenskapelige og presise naturen til den resirkulerende akvakulturmodellen, og fremmer bærekraftig utvikling av ferskvannsfisk akvakulturindustrien.