Vækstydelse og vandkvalitetskontrolteknologi for ferskvandsfisk i recirkulerende akvakultursystem

Med den kontinuerlige forbedring af intensiveringen i akvakulturindustrien og stadig strengere miljøbeskyttelseskrav står traditionelle akvakulturmodeller over for adskillige problemer såsom miljøforurening, vandressourcespild og faldende produktkvalitet. Det recirkulerende akvakultursystem (RAS), som en ny type akvakulturmetode, har fordele, herunder vandbesparelse, jordbesparelse, høj belægningstæthed, miljømæssig kontrollerbarhed og reduceret udledning af halevand. Det er i overensstemmelse med de nuværende nationale strategiske krav om cirkulær økonomi og energibesparelse og emissionsreduktion, der repræsenterer en vigtig retning for transformationen og udviklingen af akvakulturindustrien og er blevet en afgørende model for bæredygtig udvikling af moderne fiskeri. I RAS recirkuleres akvakulturvandet efter at have gennemgået fysisk filtrering, biologisk rensning, beluftning, desinfektion og andre behandlinger, hvilket kræver, at systemet kontinuerligt opretholder vandkvalitetsforhold, der er egnede til fiskevækst. Som det direkte miljø for fisks overlevelse påvirker fluktuationer i forskellige vandkvalitetsparametre direkte fiskens fysiologiske funktioner, metaboliske effektivitet og sygdomsresistens, hvilket i sidste ende manifesterer sig som forskelle i vækstpræstation. Derfor har en -dybdegående udforskning af det iboende forhold mellem vandkvalitetskontrol og vækstpræstationer for ferskvandsfisk i RAS betydelig teoretisk og praktisk betydning for at forbedre akvakultureffektiviteten og fremme sund industriudvikling.

1 Oversigt over recirkulerende akvakultursystem

Den recirkulerende akvakulturmodel er en landbrugsmetode, hvor kulturvand recirkuleres efter behandling gennem fysiske, kemiske og biologiske filterprocesser. Forskning i recirkulerende akvakulturteknologi begyndte tidligere i udlandet. I 1960'erne igangsatte lande som USA, Holland og Danmark relevante undersøgelser. USA brugte det primært til opdræt af regnbueørred, stribet bas og sort havaborre; Holland brugte det hovedsageligt til europæisk ål og afrikansk havkat; Danmarks recirkulerende akvakulturprocessystem var et udendørs semi-lukket system, der hovedsageligt blev brugt til produktion af regnbueørred.

Kina introducerede udenlandsk recirkulerende akvakulturteknologi og faciliteter i 1980'erne. På grund af høje investerings- og driftsomkostninger blev de fleste af de indførte faciliteter hurtigt opgivet. I 1988 designede og byggede det kinesiske akademi for fiskerividenskabs fiskerimaskiner og instrumentforskningsinstitut, der trækker på vesttysk teknologi, Kinas første recirkulerende akvakulturproduktionsværksted. I de senere år har kinesiske forskere som Qu Keming foreslået høj-, mellem- og lav-recirkulerende akvakulturteknologimodeller baseret på forskellige behov hos forskellige typer akvakulturvirksomheder og promoveret dem i kystområder; Liu Bo fra Heilongjiang Provincial Fisheries Technology Extension Station foreslog "container" recirkulerende akvakulturteknologi og -modeller; Professor He Xugang fra Huazhong Agricultural University foreslog en dam "nul-udledning" grøn og effektiv "fangen" akvakulturmodel.

Recirkulerende akvakulturmodeller er hovedsageligt opdelt i typer såsom "raceway", "container" og "captive". Tager man "raceway"-akvakulturmodellen som eksempel, består den af en-gennemstrømningstank, affaldsindsamlingsområde, beluftningsfaciliteter, omledningsfaciliteter, rensningsområde, vådområde og andre komponenter. Det lille-vand-vandlegeme-skubberende akvakulturområde består af rektangulære tanke, der optager 2 %-5 % af dammens areal. I de senere år er specifikationer for husholdningsflow-gennem tank generelt 20 m lange, 4 m brede og 2,5 m høje, med 1-2 tanke indstillet pr. 6670 m² vandmasse. Kernekomponenten er det vand{17}}skummende beluftningsudstyr. Tidlige versioner brugte pumpehjulsanordninger til vandskubbe- og beluftningsanordninger til iltning, men nu bruger de fleste luft{19}}løfteudstyr bestående af blæsere, mikroporøse beluftningsrør og ledeplader. Generelt bygges der to indbyrdes forbundne neddykkede affaldsopsamlingstanke med et volumen på 10 m³ for hver tredje tanke, placeret i den bagerste ende af flowet-gennem tanke til opsamling af affald fra kulturområdet. Det store-vand-økologiske rensningsområde optager 95 %-98 % af dammens areal med afledningsdiger og vanddybde på over 2 m. Dette område dyrker primært filter{30}}til fisk, med vandplantedækning kontrolleret på 20-30 % af rensningsområdet. Den er udstyret med skovlhjulsluftere, løbehjulsbeluftere, bølge-maskiner osv., og mikrobielle præparater tilføjes efter behov.

2 Effekter af recirkulerende akvakulturmodel på vækstpræstationer for ferskvandsfisk

2.1 Vækstrate

Den recirkulerende akvakulturmodel kan give et relativt stabilt vækstmiljø for ferskvandsfisk, hvilket er med til at forbedre vækstraterne. I traditionel dam-akvakultur er vandkvaliteten i høj grad påvirket af eksterne miljøfaktorer som temperatur og nedbør, hvilket let kan forårsage udsving i vandkvaliteten og påvirke fiskenes vækst. I den recirkulerende akvakulturmodel kan vandkvalitetskontrolsystemet opretholde relativt stabile vandkvalitetsparametre såsom vandtemperatur, opløst ilt og pH-værdi, hvilket skaber passende vækstbetingelser for fisk. For eksempel, i "raceway" akvakulturmodellen, kan vandstrømningshastigheden i flow-gennem tanken justeres gennem vand-skubber beluftningsudstyr. Passende strømningshastighed kan fremme fiskens bevægelse, forbedre den fysiske kondition, øge foderoptagelsen og accelerere væksten.

2.2 Foderudnyttelsesgrad

Den recirkulerende akvakulturmodel kan forbedre foderudnyttelsesgraden for ferskvandsfisk. I traditionel akvakultur synker noget foder til bunden efter at foderet er udskænket, uden at det bliver forbrugt, hvilket forårsager spild. I mellemtiden nedbrydes det foder, der synker til bunden, og producerer skadelige stoffer, hvilket påvirker vandkvaliteten. I den recirkulerende akvakulturmodel kan foder på grund af vandstrømmens effekt bedre fordeles i vandet, hvilket gør det lettere for fisk at indtage, og dermed reduceres foderspild. Derudover kan behandlingsenheder som biofiltre i det recirkulerende akvakultursystem fjerne organisk materiale som restfoder og afføring fra dyrkningsvandet, hvilket reducerer indholdet af skadelige stoffer som ammoniak-kvælstof og nitrit-kvælstof i vandet. Dette reducerer virkningen af disse skadelige stoffer på fiskens fordøjelses- og optagelsesfunktioner og forbedrer derved foderudnyttelsen.

2.3 Produktkvalitet

Den recirkulerende akvakulturmodel hjælper med at forbedre produktkvaliteten af ferskvandsfisk. I traditionel akvakultur er fisk modtagelige for infektion med patogener som parasitter og bakterier, hvilket fører til sygdomsforekomst og påvirker produktkvaliteten. I den recirkulerende akvakulturmodel kan tiltag som vandkvalitetskontrol og desinfektion effektivt reducere antallet af patogener i vandet, hvilket mindsker risikoen for fiskesygdomme. Samtidig reducerer det relativt rene vækstmiljø for fisk i den recirkulerende akvakulturmodel produktionen af uønskede lugte såsom mudret lugt, hvilket forbedrer produktets smag og kvalitet.

3 Nøgleparametre og metoder til vandkvalitetskontrol i recirkulerende akvakulturmodel

3.1 Nøgleparametre

3.1.1 Opløst ilt

Opløst ilt er en af de vigtige vandkvalitetsparametre, der påvirker fiskenes vækst. Fisk kræver tilstrækkelig ilt til vejrtrækning under vækst. Utilstrækkelig opløst ilt kan føre til langsom vækst, nedsat immunitet og endda død. Generelt bør opløst oxygen i recirkulerende akvakultursystemer holdes over 5 mg/L.

3.1.2 Ammoniak Nitrogen

Ammoniak-kvælstof er et af de vigtigste forurenende stoffer i akvakulturvand, der hovedsageligt stammer fra fiskeekskrementer og nedbrydning af restfoder. Ammoniak-nitrogen er meget giftigt for fisk, skader gællevæv, nervesystem og immunsystem, hvilket påvirker vækst og overlevelse. Koncentrationen af ammoniaknitrogen i recirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres til under 0,5 mg/L.

3.1.3 Nitrit Nitrogen

Nitrit-nitrogen er et mellemprodukt, der produceres under nitrifikationen af ammoniak-nitrogen og har en vis toksicitet. Nitrit-nitrogen kombineres med hæmoglobin i fiskeblod, hvilket reducerer dets ilt-bæreevne og forårsager hypoxi og kvælning hos fisk. Nitritnitrogenkoncentrationen i recirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres til under 0,1 mg/L.

3.1.4 pH-værdi

pH-værdien er en vigtig indikator, der afspejler vandets surhedsgrad eller alkalinitet og har betydelige effekter på fiskenes vækst og fysiologiske funktioner. pH-værdien i recirkulerende akvakultursystemer bør kontrolleres mellem 7,0 og 8,5.

3.2 Metoder til kontrol af vandkvalitet

3.2.1 Fysisk kontrol

Fysisk kontrol omfatter hovedsageligt foranstaltninger som filtrering, sedimentering og beluftning. Filtrering er en effektiv metode til at fjerne suspenderede stoffer og partikler fra vand. Det almindeligt anvendte filtreringsudstyr omfatter mikroskærmfiltre og sandfiltre. Sedimentering bruger tyngdekraften til at bundfælde faste partikler i vandet til bunden og derved rense vandkvaliteten. Beluftning er et vigtigt middel til at øge opløst ilt i vand. Almindeligt brugt beluftningsudstyr omfatter blæsere, skovlhjulsluftere og pumpehjulsluftere.

3.2.2 Kemisk kontrol

Kemisk kontrol involverer hovedsageligt tilsætning af kemiske midler til vandet for at regulere vandkvaliteten. Når f.eks. ammoniak-kvælstof- og nitrit-kvælstofkoncentrationer i vandet er for høje, kan nitrificerende bakteriepræparater tilsættes for at fremme nitrifikationsreaktioner og reducere indholdet af ammoniak-kvælstof og nitritkvælstof; når vandets pH-værdi er for lav, kan brændt kalk påføres for at hæve pH-værdien.

3.2.3 Biologisk kontrol

Biologisk bekæmpelse bruger mikroorganismer, vandplanter og andre organismer til at rense vandkvaliteten. Mikroorganismer kan nedbryde organisk stof i vandet og omdanne skadelige stoffer som ammoniak-kvælstof og nitrit-kvælstof til harmløse stoffer. Almindeligt anvendte mikrobielle præparater omfatter fotosyntetiske bakterier, Bacillus og nitrificerende bakterier. Vandplanter kan optage næringsstoffer som nitrogen og fosfor fra vandet, hvilket reducerer forekomsten af eutrofiering, samtidig med at de giver levesteder og skygge for fisk. Almindelige vandplanter omfatter vandhyacint, alligatorukrudt og elodea.

4 Korrelation mellem vækstpræstationer for ferskvandsfisk og vandkvalitetskontrol i recirkulerende akvakulturmodel

4.1 Opløst ilt og vækstydelse

Når opløst ilt i vandet er tilstrækkeligt, fungerer fiskens respiration normalt, stofskiftet er kraftigt, foderoptagelsen øges, og væksthastigheden accelererer. Omvendt bremses stofskiftet, og væksthastigheden falder. I den recirkulerende akvakulturmodel opretholder rimelige beluftningsforanstaltninger stabile niveauer af opløst ilt i vandet, hvilket giver et godt åndedrætsmiljø for fisk og fremmer deres vækst og udvikling.

4.2 Ammoniak Nitrogen, Nitrit Nitrogen og Vækstydelse

Ammoniak-kvælstof og nitrit-kvælstof er giftige stoffer i akvakulturvand, som alvorligt skader fiskens vækst og overlevelse. Høje koncentrationer af ammoniak-nitrogen beskadiger fiskegællevæv, hvilket påvirker åndedrætsfunktionen; de skader også fiskens nervesystem og immunsystem, hvilket reducerer deres sygdomsresistens. I den recirkulerende akvakulturmodel kan behandlingsenheder som biofiltre omgående fjerne ammoniak-kvælstof og nitrit-kvælstof fra vandet, hvilket reducerer deres toksiske effekter på fisk og sikrer sund fiskevækst.

4.3 pH-værdi og vækstydelse

pH-værdien har en vigtig indflydelse på fiskenes vækst og fysiologiske funktioner. Forskellige fiskearter har forskellige adaptive intervaller for pH-værdi. I den recirkulerende akvakulturmodel testes vandets pH-værdi løbende, og der foretages tilsvarende justeringer på baggrund af testresultaterne.

5 Udviklingstendenser og udfordringer ved recirkulerende akvakulturmodel

5.1 Intelligent og præcis udviklingsretning

Med udviklingen af Internet of Things, big data og kunstig intelligens-teknologier udvikler den recirkulerende akvakulturmodel sig mod intelligens og præcision. Ved at integrere systemer som online overvågning af vandkvalitet, automatisk fodring og udstyrskontrol kan der opnås realtidsregulering af kulturmiljøet og automatiseret styring af produktionsprocessen.

5.2 Low-Carbon Miljøbeskyttelse og bæredygtig udvikling

Den recirkulerende akvakulturmodel opfylder kravene til lav-kulstofbeskyttelse og bæredygtig udvikling gennem vandbesparelse, energibesparelse og forureningsreduktion. Fremtidige bestræbelser skal yderligere optimere vandbehandlingsprocesser, reducere energiforbruget og omkostningerne og forbedre systemets stabilitet og funktionalitet. For eksempel kan vedvarende energikilder som sol- og vindkraft bruges til at levere elektricitet, hvilket reducerer kulstofemissioner; mikrobiel brændselscelleteknologi kan bruges til at opnå energiudnyttelse af organisk materiale i spildevand, opbygning af et integreret "akvakultur-energi-miljøbeskyttelsessystem".

5.3 Udfordringer og modforanstaltninger

Den nuværende recirkulerende akvakulturmodel står stadig over for udfordringer som høje investeringer, teknisk kompleksitet og høje ledelseskrav. Det er nødvendigt at styrke teknologisk forskning og udvikling og integreret innovation for at reducere systemkonstruktions- og driftsomkostninger; forbedre standardsystemet og driftsspecifikationerne for at forbedre landmændenes tekniske niveau; og styrke politisk støtte og finansielle investeringer for at fremme anvendelsen af recirkulerende akvakulturmodeller i landdistrikterne.

6 Konklusion og udsigter

Den recirkulerende akvakulturmodel opretholder gennem rimelig vandkvalitetskontrol stabile niveauer af vigtige vandkvalitetsparametre såsom opløst oxygen, ammoniaknitrogen, nitritnitrogen og pH-værdi. Dette giver et godt vækstmiljø for ferskvandsfisk, hvilket forbedrer deres væksthastighed, foderudnyttelsesgrad og produktkvalitet. I øjeblikket er der i praktiske anvendelser af den recirkulerende akvakulturmodel stadig problemer såsom dårlig affaldsindsamlingseffektivitet på grund af kulturtankstrukturens indvirkning på hydrodynamiske egenskaber og ustabil behandlingseffektivitet af biofiltre. Fremtidig forskning bør yderligere optimere kulturtankstrukturen for at forbedre affaldsindsamlingseffektiviteten; styrke forskningen i biofilmvækstregulering og vandcirkulationsoptimering for at forbedre behandlingseffektiviteten af biofiltre; kombinere intelligente teknologier samtidigt for at opnå realtidsovervågning og automatisk kontrol af vandkvalitetsparametre, hvilket yderligere forbedrer den videnskabelige og præcise karakter af den recirkulerende akvakulturmodel og fremmer den bæredygtige udvikling af ferskvandsfiskeakvakulturindustrien.