Tillväxtprestanda och vattenkvalitetskontrollteknik för sötvattensfisk i återcirkulerande vattenbrukssystem
Med den kontinuerliga förbättringen av intensifieringen inom vattenbruksindustrin och allt strängare miljöskyddskrav, står traditionella vattenbruksmodeller inför många problem som miljöföroreningar, avfall från vattenresurser och försämrad produktkvalitet. Det återcirkulerande vattenbrukssystemet (RAS), som en ny typ av vattenbruksmetod, har fördelar inklusive vattenbesparing, markbesparing, hög beläggningstäthet, miljökontrollerbarhet och minskat avloppsvatten. Den överensstämmer med de nuvarande nationella strategiska kraven på cirkulär ekonomi och energibesparing och utsläppsminskning, vilket representerar en viktig riktning för omvandlingen och utvecklingen av vattenbruksindustrin och har blivit en avgörande modell för en hållbar utveckling av modernt fiske. I RAS recirkuleras vattenbruksvattnet efter att ha genomgått fysisk filtrering, biologisk rening, luftning, desinfektion och andra behandlingar, vilket kräver att systemet kontinuerligt upprätthåller vattenkvalitetsförhållanden som är lämpliga för fisktillväxt. Som den direkta miljön för fiskens överlevnad påverkar fluktuationer i olika vattenkvalitetsparametrar direkt fiskens fysiologiska funktioner, metaboliska effektivitet och sjukdomsresistens, vilket i slutändan visar sig som skillnader i tillväxtprestanda. Därför har en-djupgående utforskning av det inneboende förhållandet mellan vattenkvalitetskontroll och tillväxtprestanda för sötvattensfisk i RAS betydande teoretisk och praktisk betydelse för att förbättra vattenbrukets effektivitet och främja sund industriutveckling.
1 Översikt över återcirkulerande vattenbrukssystem
Den recirkulerande vattenbruksmodellen är en odlingsmetod där odlingsvattnet återcirkuleras efter behandling genom fysikaliska, kemiska och biologiska filterprocesser. Forskning om recirkulerande vattenbruksteknik började tidigare utomlands. På 1960-talet initierade länder som USA, Nederländerna och Danmark relevanta studier. Förenta staterna använde den främst för att odla regnbåge, randig bas och svart havsabborre; Nederländerna använde den främst för europeisk ål och afrikansk havskatt; Danmarks återcirkulerande vattenbruksprocesssystem var ett utomhus halv-slutet system som huvudsakligen användes för produktion av regnbåge.
Kina introducerade utländsk recirkulerande vattenbruksteknik och anläggningar på 1980-talet. På grund av höga investerings- och driftskostnader övergavs de flesta av de införda anläggningarna snabbt. 1988 designade och byggde Kinas första verkstad för återcirkulerande vattenbruksproduktion Kinas forskningsinstitut för fiskemaskiner och instrument vid den kinesiska akademin för fiskevetenskaper, med utgångspunkt från västtysk teknologi. Under de senaste åren har kinesiska forskare som Qu Keming föreslagit hög-, medel- och-lågnivåmodeller för recirkulerande vattenbruksteknologi baserade på olika behov hos olika typer av vattenbruksföretag och främjat dem i kustområden; Liu Bo från Heilongjiang Provincial Fisheries Technology Extension Station föreslog "container" återcirkulerande vattenbruksteknik och modeller; Professor He Xugang från Huazhong Agricultural University föreslog en grön och effektiv vattenbruksmodell med "noll-utsläpp".
Återcirkulerande vattenbruksmodeller är huvudsakligen indelade i typer som "raceway", "container" och "captive". Med "raceway"-vattenbruksmodellen som ett exempel, består den av en flödes-genom tank, avfallsinsamlingsområde, luftningsanläggningar, avledningsanläggningar, reningsområde, våtmarker och andra komponenter. Det lilla-vatten-vattenkroppen-drivande vattenbruksområdet består av rektangulära tankar som upptar 2–5 % av dammytan. Under de senaste åren har specifikationer för hushållsflöde-genom tanken i allmänhet varit 20 m långa, 4 m breda och 2,5 m höga, med 1–2 tankar per 6670 m² vattenförekomst. Kärnkomponenten är den vattendrivande-luftningsutrustningen. Tidiga versioner använde pumphjulsanordningar för vattendrivning och luftningsanordningar för syresättning, men nu använder de flesta luftlyftutrustning som består av fläktar, mikroporösa luftningsrör och bafflar. Generellt byggs två sammankopplade nedsänkta avfallstankar med en volym på 10 m³ för var tredje tank, placerade i den bakre änden av flödet-genom tankar för uppsamling av avfall från odlingsområdet. Det stora ekologiska reningsområdet för-vatten-upptar 95 %–98 % av dammytan, med avledningsvallar och vattendjup över 2 m. Det här området odlar primärt filter-matande fisk, med vattenväxttäckningen kontrollerad på 20–30 % av reningsområdet. Den är utrustad med skovelhjulsluftare, impellerluftare, våg-maskiner, etc., och mikrobiella preparat läggs till vid behov.
2 Effekter av återcirkulerande vattenbruksmodell på tillväxtprestanda hos sötvattensfisk
2.1 Tillväxttakt
Den recirkulerande vattenbruksmodellen kan ge en relativt stabil tillväxtmiljö för sötvattensfisk, vilket bidrar till att förbättra tillväxthastigheten. Inom traditionellt dammbruk påverkas vattenkvaliteten i hög grad av yttre miljöfaktorer som temperatur och nederbörd, vilket lätt kan orsaka fluktuationer i vattenkvaliteten och påverka fiskens tillväxt. I den recirkulerande vattenbruksmodellen kan vattenkvalitetskontrollsystemet upprätthålla relativt stabila vattenkvalitetsparametrar såsom vattentemperatur, löst syre och pH-värde, vilket skapar lämpliga tillväxtförhållanden för fisk. Till exempel, i "raceway"-vattenbruksmodellen, kan vattenflödeshastigheten i flödet-genom tanken justeras genom vatten-tryckande luftningsutrustning. Lämplig flödeshastighet kan främja fiskens rörelse, förbättra den fysiska konditionen, öka foderintaget och påskynda tillväxten.
2.2 Matningsutnyttjandegrad
Den recirkulerande vattenbruksmodellen kan förbättra foderutnyttjandet av sötvattensfiskar. I traditionellt vattenbruk sjunker en del foder till botten efter att fodret har tappats ut utan att det förbrukas, vilket orsakar avfall. Samtidigt sönderfaller fodret som sjunker till botten och producerar skadliga ämnen, vilket påverkar vattenkvaliteten. I den recirkulerande vattenbruksmodellen kan fodret, på grund av vattenflödets effekt, fördelas bättre i vattnet, vilket gör det lättare för fisken att konsumera, vilket minskar foderspillet. Dessutom kan reningsenheter som biofilter i det recirkulerande vattenbrukssystemet ta bort organiskt material som restfoder och avföring från odlingsvattnet, vilket minskar halten av skadliga ämnen som ammoniakkväve och nitritkväve i vattnet. Detta minskar effekterna av dessa skadliga ämnen på fiskens matsmältnings- och absorptionsfunktioner, vilket förbättrar foderutnyttjandet.
2.3 Produktkvalitet
Den recirkulerande vattenbruksmodellen hjälper till att förbättra produktkvaliteten hos sötvattensfiskar. I traditionellt vattenbruk är fisk mottaglig för infektion av patogener som parasiter och bakterier, vilket leder till sjukdomsförekomst och påverkar produktkvaliteten. I den recirkulerande vattenbruksmodellen kan åtgärder som kontroll av vattenkvalitet och desinfektion effektivt minska antalet patogener i vattnet, vilket minskar risken för fisksjukdomar. Samtidigt minskar fiskens relativt rena tillväxtmiljö i den recirkulerande vattenbruksmodellen produktionen av oönskade lukter som lerig lukt, vilket förbättrar produktens smak och kvalitet.
3 Nyckelparametrar och metoder för kontroll av vattenkvalitet i återcirkulerande vattenbruksmodell
3.1 Nyckelparametrar
3.1.1 Upplöst syre
Löst syre är en av de viktiga vattenkvalitetsparametrarna som påverkar fiskens tillväxt. Fiskar kräver tillräckligt med syre för andning under tillväxten. Otillräckligt löst syre kan leda till långsam tillväxt, minskad immunitet och till och med död. I allmänhet bör löst syre i recirkulerande vattenbrukssystem hållas över 5 mg/L.
3.1.2 Ammoniakkväve
Ammoniakkväve är en av de främsta föroreningarna i vattenbruksvatten, främst från fiskexkrementer och nedbrytning av restfoder. Ammoniakkväve är mycket giftigt för fisk, skadar gälvävnad, nervsystem och immunsystem, vilket påverkar tillväxt och överlevnad. Koncentrationen av ammoniakkväve i recirkulerande vattenbrukssystem bör kontrolleras under 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitritkväve
Nitritkväve är en mellanprodukt som produceras vid nitrifikation av ammoniakkväve och har viss toxicitet. Nitritkväve kombineras med hemoglobin i fiskblod, vilket minskar dess syre-bärförmåga och orsakar hypoxi och kvävning hos fisk. Nitritkvävekoncentrationen i recirkulerande vattenbrukssystem bör kontrolleras under 0,1 mg/L.
3.1.4 pH-värde
pH-värdet är en viktig indikator som återspeglar vattnets surhet eller alkalinitet och har betydande effekter på fiskens tillväxt och fysiologiska funktioner. pH-värdet i recirkulerande vattenbrukssystem bör kontrolleras mellan 7,0 och 8,5.
3.2 Metoder för kontroll av vattenkvalitet
3.2.1 Fysisk kontroll
Fysisk kontroll omfattar främst åtgärder som filtrering, sedimentering och luftning. Filtrering är en effektiv metod för att avlägsna suspenderade partiklar och partiklar från vatten. Vanligt använda filtreringsutrustning inkluderar mikrosilfilter och sandfilter. Sedimentering använder gravitation för att sedimentera fasta partiklar i vattnet till botten, och därigenom rena vattenkvaliteten. Luftning är ett viktigt medel för att öka löst syre i vatten. Vanligt använda luftningsutrustning inkluderar fläktar, skovelhjulsluftare och impellerluftare.
3.2.2 Kemisk kontroll
Kemisk kontroll innebär främst att tillsätta kemiska medel till vattnet för att reglera vattenkvaliteten. Till exempel, när ammoniakkväve- och nitritkvävekoncentrationerna i vattnet är för höga, kan nitrifierande bakteriepreparat tillsättas för att främja nitrifikationsreaktioner och minska halten av ammoniakkväve och nitritkväve; när vattnets pH-värde är för lågt kan bränd kalk appliceras för att höja pH-värdet.
3.2.3 Biologisk kontroll
Biologisk kontroll använder mikroorganismer, vattenväxter och andra organismer för att rena vattenkvaliteten. Mikroorganismer kan bryta ner organiskt material i vattnet och omvandla skadliga ämnen som ammoniakkväve och nitritkväve till ofarliga ämnen. Vanligt använda mikrobiella preparat inkluderar fotosyntetiska bakterier, Bacillus och nitrifierande bakterier. Vattenväxter kan ta upp näringsämnen som kväve och fosfor från vattnet, vilket minskar förekomsten av övergödning, samtidigt som det ger livsmiljöer och skuggning för fiskar. Vanliga vattenväxter inkluderar vattenhyacint, alligatorgräs och elodea.
4 Korrelation mellan tillväxtprestanda för sötvattensfisk och vattenkvalitetskontroll i återcirkulerande vattenbruksmodell
4.1 Upplöst syre och tillväxtprestanda
När löst syre i vattnet är tillräckligt fungerar fiskens andning normalt, ämnesomsättningen är kraftig, foderintaget ökar och tillväxten accelererar. Omvänt saktar ämnesomsättningen ner och tillväxthastigheten minskar. I den recirkulerande vattenbruksmodellen upprätthåller rimliga luftningsåtgärder stabila nivåer av löst syre i vattnet, vilket ger en god andningsmiljö för fiskar och främjar deras tillväxt och utveckling.
4.2 Ammoniakkväve, nitritkväve och tillväxtprestanda
Ammoniakkväve och nitritkväve är giftiga ämnen i vattenbruksvatten som allvarligt skadar fiskens tillväxt och överlevnad. Höga koncentrationer av ammoniakkväve skadar fiskens gälvävnad, vilket påverkar andningsfunktionen; de skadar också fiskens nervsystem och immunsystem, vilket minskar deras motståndskraft mot sjukdomar. I den recirkulerande vattenbruksmodellen kan reningsenheter som biofilter omedelbart avlägsna ammoniakkväve och nitritkväve från vattnet, vilket minskar deras toxiska effekter på fisk och säkerställer en sund fisktillväxt.
4.3 pH-värde och tillväxtprestanda
pH-värdet har en viktig inverkan på fiskens tillväxt och fysiologiska funktioner. Olika fiskarter har olika adaptiva intervall för pH-värde. I den recirkulerande vattenbruksmodellen testas vattnets pH-värde regelbundet och motsvarande justeringsåtgärder vidtas utifrån testresultaten.
5 Utvecklingstrender och utmaningar för återcirkulerande vattenbruksmodell
5.1 Intelligent och precisionsutvecklingsriktning
Med utvecklingen av Internet of Things, big data och artificiell intelligens, utvecklas den återcirkulerande vattenbruksmodellen mot intelligens och precision. Genom att integrera system som onlineövervakning av vattenkvalitet, automatisk utfodring och utrustningskontroll, kan-realtidsreglering av odlingsmiljön och automatiserad hantering av produktionsprocessen uppnås.
5.2 Låg-koldioxidväg för miljöskydd och hållbar utveckling
Den återcirkulerande vattenbruksmodellen uppfyller kraven på miljöskydd med lågt-koldioxidutsläpp och hållbar utveckling genom vattenbesparing, energibesparing och minskning av föroreningar. Framtida ansträngningar måste ytterligare optimera vattenreningsprocesser, minska energiförbrukningen och kostnaderna samt förbättra systemets stabilitet och funktion. Till exempel kan förnybara energikällor som sol- och vindkraft användas för att leverera el, vilket minskar koldioxidutsläppen; mikrobiell bränslecellsteknik kan användas för att uppnå energianvändning av organiskt material i avloppsvatten, genom att bygga ett integrerat "vattenbruks-energi-miljöskyddssystem.
5.3 Utmaningar och motåtgärder
Den nuvarande återcirkulerande vattenbruksmodellen står fortfarande inför utmaningar som höga investeringar, teknisk komplexitet och höga förvaltningskrav. Det är nödvändigt att stärka teknisk forskning och utveckling och integrerad innovation för att minska systemkonstruktion och driftskostnader; förbättra standardsystemet och driftsspecifikationerna för att förbättra jordbrukarnas tekniska nivå; och stärka politiskt stöd och finansiella investeringar för att främja tillämpningen av återcirkulerande vattenbruksmodeller på landsbygden.
6 Slutsats och framtidsutsikter
Den recirkulerande vattenbruksmodellen, genom rimlig vattenkvalitetskontroll, upprätthåller stabila nivåer av viktiga vattenkvalitetsparametrar som löst syre, ammoniakkväve, nitritkväve och pH-värde. Detta ger en bra tillväxtmiljö för sötvattensfiskar, vilket förbättrar deras tillväxthastighet, foderutnyttjandegrad och produktkvalitet. För närvarande, i praktiska tillämpningar av den recirkulerande vattenbruksmodellen, finns det fortfarande problem som dålig avfallsinsamlingseffektivitet på grund av inverkan av kulturtankstrukturen på hydrodynamiska egenskaper och instabil behandlingseffektivitet för biofilter. Framtida forskning bör ytterligare optimera kulturtankstrukturen för att förbättra avfallsinsamlingseffektiviteten; stärka forskningen om reglering av biofilmstillväxt och optimering av vattencirkulationen för att förbättra behandlingseffektiviteten för biofilter; Kombinera samtidigt intelligent teknik för att uppnå övervakning i realtid och automatisk kontroll av vattenkvalitetsparametrar, vilket ytterligare förbättrar den vetenskapliga och exakta karaktären hos den recirkulerande vattenbruksmodellen och främjar en hållbar utveckling av vattenbruksindustrin för sötvattensfisk.