Source material

الفصل 13 الوجبات الغذائية للأسماك في أكوابونيكش

1. 13-1 مقدمة

   Original publication 2019 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   ومن المسلم به أن الأغذية المائية مفيدة لتغذية الإنسان وصحته، وسوف تلعب دوراً أساسياً في النظام الغذائي الصحي المستدام في المستقبل (Beveridge et al. 2013). ولتحقيق ذلك، يتعين على قطاع الاستزراع المائي العالمي المساهمة في زيادة كمية ونوعية الإمدادات السمكية من الآن وحتى عام 2030 (Thilsted et al. 2016). و ينبغي تعزيز هذا النمو ليس فقط عن طريق زيادة إنتاج و/أو عدد الأنواع, و إنما أيضا عن طريق تنويع النظم. ومع ذلك، لم تدرج أسماك الاستزراع المائي إلا مؤخراً في مناقشة الأمن الغذائي والتغذية والاستراتيجيات والسياسات المستقبلية، مما يدل على أهمية دور هذا الإنتاج في منع سوء التغذية في المستقبل (Bénét et al. 2015)، حيث توفر الأسماك مصدراً جيداً للبروتين و الدهون غير المشبعة، وكذلك المعادن والفيتامينات. ومن المهم الإشارة إلى أن العديد من الدول الأفريقية تشجع تربية الأحياء المائية كإجابة لبعض التحديات الحالية والمستقبلية التي تواجهها في مجال إنتاج الأغذية. وحتى في أوروبا، فإن إمدادات الأسماك ليست مكتفية ذاتيا في الوقت الراهن (مع عدم توازن العرض والطلب المحلي)، حيث أنها تعتمد بشكل متزايد على الواردات. ولذلك، فإن ضمان التنمية الناجحة والمستدامة للاستزراع المائي العالمي هو جدول أعمال حتمي للاقتصاد العالمي والأوروبي (كوباياشي وآخرون 2015). و الاستدامة مطلوبة بوجه عام لإظهار ثلاثة جوانب رئيسية هي: المقبولية البيئية, و الإنصاف الاجتماعي, و الجدوى الاقتصادية. توفر أنظمة أكوابونك فرصة لتكون مستدامة، من خلال الجمع بين كل من أنظمة الإنتاج الحيواني والنباتي بطرق فعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة ومفيدة اجتماعيا. وبالنسبة إلى ستابلز وفونج-سميث (2009)، فإن التنمية المستدامة هي التوازن بين الرفاه الإيكولوجي ورفاه الإنسان، وفي حالة تربية الأحياء المائية، لم يُفهم نهج النظام الإيكولوجي إلا مؤخراً على أنه مجال يحظى بالأولوية في البحث.

   وقد كان الاستزراع المائي أسرع قطاع إنتاج الأغذية نمواً خلال السنوات الأربعين الماضية (Tveterås et al. 2012)، وهو أحد أكثر الأنشطة الزراعية الواعدة لتلبية الاحتياجات الغذائية في العالم القريب من المستقبل (Kobayashi et al. 2015). وتكشف إحصاءات الإنتاج الإجمالية من الاستزراع المائي (FAO 2015) عن زيادة سنوية في الإنتاج العالمي بنسبة 6%، والتي من المتوقع أن توفر ما يصل إلى 63% من الاستهلاك العالمي للأسماك بحلول عام 2030 (FAO 2014)، لنحو تسعة مليارات نسمة في عام 2050. وفي حالة أوروبا, لا ينظر إلى الزيادة المتوقعة في القطاع البحري فحسب, بل أيضا في المنتجات المنتجة على الأرض. ومن بين التحديات المتوقعة لنمو الاستزراع المائي خلال السنوات القادمة الحد من استخدام المضادات الحيوية وغيرها من العلاجات المرضية، وتطوير أنظمة ومعدات فعالة للاستزراع المائي، بالإضافة إلى تنويع الأنواع وزيادة الاستدامة في

   مجال إنتاج الأعلاف واستخدام الأعلاف. كما أن التحول من دقيق السمك (FM) في الأعلاف إلى مصادر البروتين الأخرى يمثل تحدياً هاماً، فضلاً عن نسب «الصيد في الأسماك». وهناك تاريخ طويل يعود إلى الستينات من القرن الماضي في تعزيز نمو قطاع الاستزراع المائي نحو الاستدامة السليمة بما في ذلك التشجيع على التكيف وخلق صيغ تغذية جديدة وأكثر استدامة، والحد من تسرب الأعلاف وخفض نسبة تحويل الأغذية. وعلى الرغم من أن الاستزراع المائي يعتبر أكثر قطاعات الإنتاج الحيواني كفاءة، فإنه عند مقارنته بالإنتاج الحيواني الأرضي، لا يزال هناك مجال للتحسين من حيث كفاءة استخدام الموارد، وتنويع الأنواع أو أساليب الإنتاج، علاوة على ذلك، هناك حاجة واضحة إلى نهج النظام الإيكولوجي يأخذ الاستفادة الكاملة من الإمكانات البيولوجية للكائنات الحية وتوفير الاعتبار الكافي للعوامل البيئية والمجتمعية (Kaushik 2017). وسيتعين دعم هذا النمو في إنتاج الاستزراع المائي بزيادة الإنتاج الإجمالي المتوقع من الأعلاف. وسيلزم إنتاج ما يقرب من ثلاثة ملايين طن إضافي من الأعلاف كل عام لدعم النمو المتوقع للاستزراع المائي بحلول عام 2030. و علاوة على ذلك, هناك حاجة إلى الاستعاضة عن دقيق السمك و زيت السمك ببدائل نباتية و أرضية, الأمر الذي يتطلب إجراء بحوث أساسية في تغذية المعادلة لل تربية الحيوانية.

   و تشكل صناعات الحيوانات و الأعلاف المائية جزءا من قطاع إنتاج عالمي, وهو أيضا محور تركيز استراتيجيات التنمية المستقبلية. يكشف المسح السنوي لشركة Alltech (Alltech 2017) أن إجمالي إنتاج الأعلاف الحيوانية اخترق مليار طن متري، بزيادة 3.7% في الإنتاج عن عام 2015 على الرغم من انخفاض 7% في عدد مصانع الأعلاف. هيمنت الصين والولايات المتحدة الأمريكية على الإنتاج في عام 2016، مما يمثل 35٪ من إجمالي إنتاج الأعلاف في العالم. ويشير المسح إلى أن أكبر 10 بلدان منتجة لديها أكثر من نصف مصانع الأعلاف في العالم (56%) وتمثل 60% من إجمالي إنتاج الأعلاف. ويعني هذا التركيز في الإنتاج أن العديد من المكونات الرئيسية المستخدمة تقليديا في تركيبات الأعلاف التجارية للاستزراع المائي هي سلع متداولة دوليا، مما يعرض إنتاج الأعلاف المائية لأي تقلبات في السوق العالمية. ومن المتوقع أن يتضاعف سعر دقيق السمك على سبيل المثال بحلول عام 2030، بينما من المرجح أن يزيد زيت السمك بأكثر من 70% (Msangi et al. 2013). وهذا يوضح أهمية الحد من كمية هذه المكونات في علف الأسماك مع زيادة الاهتمام بالمصادر الجديدة أو البديلة والتركيز عليها (غارسيا - روميرو وآخرون 2014a, b; Robaina et al. 1998, 1999; Terova et al. 2013; Torrecillas et al. 2017).

   وفي حين تم تطوير منصات بحرية جديدة لإنتاج الاستزراع المائي، هناك أيضاً تركيز كبير على نظم الاستزراع المائي في البحار والمياه العذبة، حيث تستخدم هذه النظم كميات أقل من المياه لكل كيلوغرام من علف الأسماك المستخدمة، مما يزيد من إنتاج الأسماك مع الحد من الآثار البيئية الاستزراع المائي بما في ذلك خفض استخدام المياه (Ebeling and Timmons 2012؛ Kingler and Naylor 2012). ويمكن دمج هذا النظام مع الإنتاج النباتي في النظم المائية، التي تناسب بسهولة نماذج النظم الغذائية المحلية والإقليمية (انظر الفصل 15) التي يمكن ممارستها في المراكز السكانية الكبيرة أو بالقرب منها (Love et al. 2015a). المياه والطاقة وعلف الأسماك هي أكبر ثلاثة مدخلات مادية للنظم المائية (Love et al. 2014, 2015 ب). ولا تستهلك الأسماك المستزرعة ما يقرب من 5% من الأعلاف، في حين أن نسبة الـ 95% المتبقية يتم تناولها وهضمها (خاكي زاده وآخرون 2015). من هذه الحصة، يتم الاحتفاظ بنسبة 30 إلى 40% وتحويلها إلى كتلة حيوية جديدة، في حين أن

   ** تطوير تغذية أكوابونك والاقتصاد الحيوي الدائري**

   

   ** الشكل 13.1** التمثيل التخطيطي لنهج متعدد التخصصات لتقييم المنتجات البيولوجية الثانوية محلياً للوجبات الغذائية المائية. (استنادا إلى 'R+D+I نحو التنمية المائية في الجزر المحيطية النائية والاقتصاد الدائري'؛ مشروع ISLANDAP، Interreg MAC/1.1a/2072014-2019)

   يتم إطلاق ما تبقى من 60 إلى 70% في شكل براز وبول وأمونيا (FAO 2014). وفي المتوسط، يطلق كيلوغرام واحد من العلف (30٪ من البروتين الخام) على الصعيد العالمي حوالي 27.6 غرام من النيتروجين، ويطلق كيلوغرام واحد من الكتلة الحيوية للأسماك حوالي 577 غرام من BOD (الطلب على الأكسجين البيولوجي)، و 90.4 غرام من N و 10.5 غرام من P (Tyson et al. 2011).

   يعد قطاع الأحياء المائية حالياً قطاعاً صغيراً ولكنه سريع النمو وهو مناسب بشكل واضح للاستفادة من التحديات السياسية والاجتماعية والاقتصادية التالية، حيث (1) يلبي المنتجات المائية الحاجة إلى الأمن الغذائي والتغذية، (2) إنشاء مناطق مكتفية ذاتياً حول العالم، (3) الاستزراع المائي هو قطاع رئيسي، ولكن المكونات العالمية وإنتاج العلف العالمي تخضع للتركيز، (4) الابتكار في الزراعة يعزز التنوع البيولوجي بطرق أكثر استدامة، وكجزء من الاقتصاد الدائري، و (5) هناك زيادة في تناول الأغذية المنتجة محلياً. وتتوافق هذه الجوانب مع توصيات الاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة (Le Gouvello et al. 2017)، التي تناولت استدامة الاستزراع المائي وعلف الأسماك، والتي أوصت بضرورة بذل جهود لتوطين إنتاج الاستزراع المائي والنهج الدائري، وضع برنامج لمراقبة جودة المنتجات والمنتجات الثانوية الجديدة، فضلا عن تجهيز الأعلاف السمكية المحلية داخل المناطق. وحتى الآن، يمكن للأحياء المائية باعتبارها «مزارع صغيرة النطاق للاستزراع المائي» أن تقدم أمثلة لتنفيذ الاقتصاد الحيوي والإنتاج على نطاق محلي، مما يعزز طرق استخدام المنتجات والمنتجات الثانوية من المواد العضوية غير المناسبة للاستخدام لأغراض أخرى، مثل الحشرات والديدان المستزرعة والطحالب الكبيرة والميكروية، و الأسماك و المنتجات الثانوية, و النباتات الجديدة المنتجة بالزراعة الإيكولوجية, و المواد الحيوية و المغذيات الدقيقة المنتجة محليا, مع الحد من البصمة البيئية مع إنتاج الأغذية الجيدة النوعية (الأسماك و النباتات) و الانتقال نحو توليد النفايات صفر. وعلاوة على ذلك، فإن علم الأحياء المائية يوفر مثالا جيدا لتعزيز طريقة متعددة التخصصات للتعلم بشأن الإنتاج المستدام وتثمين الموارد الأحيائية، مثل «مشروع الجزر» (INTERREG V-A MAC 20142020) (الشكل 13-1).

   تستعرض الأقسام التالية من هذا الفصل أحدث أنواع الوجبات الغذائية والمكونات والمواد المضافة للأسماك، بالإضافة إلى التحديات التغذية/المستدامة التي يجب مراعاتها عند إنتاج الأعلاف المائية المحددة.

2. 13.2 التنمية المستدامة لتغذية الأسماك

   Original publication 2019 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   يجب أن تتوافق التنمية المستدامة لتغذية الأسماك في الاستزراع المائي مع التحديات التي تطرحها الأحياء المائية فيما يتعلق بالحاجة المتزايدة لإنتاج أغذية عالية الجودة. إن التلاعب بالنيتروجين والفوسفور والمحتوى المعدني للوجبات الغذائية للأسماك المستخدمة في الزراعة المائية هو أحد السبل للتأثير على معدلات تراكم العناصر الغذائية، مما يقلل من الحاجة إلى التكميل الاصطناعي والخارجي للمغذيات. ووفقا لراكوسي وآخرون (2004)، توفر نفايات الأسماك والأعلاف معظم العناصر الغذائية التي تحتاجها النباتات إذا استمرت النسبة المثلى بين المدخلات اليومية من علف الأسماك ومناطق زراعة النباتات. وتؤدي نفايات الأسماك الصلبة المسماة «الحمأة» في النظم المائية إلى فقدان ما يقرب من نصف المغذيات المتاحة، وخاصة الفوسفور، التي يمكن استخدامها نظريا لإنتاج الكتلة الحيوية النباتية ولكن المعلومات لا تزال محدودة (Delaide et al. 2017; Goddek et al. 2018). وفي حين أن هدف الاستدامة في تغذية الأسماك في الاستزراع المائي سيتحقق في المستقبل باستخدام الوجبات الغذائية المصممة حسب الطلب، فإن تغذية الأسماك في الأحياء المائية تحتاج إلى تلبية المتطلبات الغذائية للأسماك والنباتات على حد سواء. وستستمد الزيادات في الاستدامة جزئياً من الاعتماد الأقل على دقيق السمك وزيت السمك (FM) والمكونات الطبيعية الخام الجديدة العالية الطاقة والمنخفضة الانبعاثات الكربونية. ولحماية التنوع البيولوجي والاستخدام المستدام للموارد الطبيعية، يجب أن يكون استخدام مصائد الأسماك البحرية وFO القائمة على مصايد الأسماك البرية محدوداً في الأعلاف المائية (Tacoand Metian 2015). ومع ذلك، يمكن تغيير أداء الأسماك وصحتها وجودة المنتج النهائي عند استبدال FM الغذائي بمكونات بديلة. وهكذا، تركز بحوث تغذية الأسماك على الاستخدام الفعال للمكونات الغذائية وتحويلها لتوفير العناصر الغذائية الضرورية التي من شأنها أن تزيد من أداء النمو وتحقيق الاستزراع المائي المستدام والقادر على الصمود. استبدال FM، وهو مصدر بروتين ممتاز ولكنه مكلف في الوجبات الغذائية للأسماك، ليس سهلاً نظراً لخصائص الأحماض الأمينية الفريدة، وقابلية هضم المغذيات العالية، وقابلية الاستساغة العالية، وكميات كافية من المغذيات الدقيقة، فضلاً عن وجود نقص عام في العوامل المضادة للتغذية (Gatlin et al. 2007).

   وقد أظهرت العديد من الدراسات أن FM يمكن استبدالها بنجاح بوجبة فول الصويا في أكوافيدز، ولكن وجبة فول الصويا لديها عوامل مضادة للتغذية مثل مثبطات التربسين وفول الصويا والصابونين، مما يحد من استخدامه ونسب الاستبدال العالية في تربية الأسماك آكلة اللحوم. كما يمكن أن يقلل الاستبدال العالي للمغذيات في الوجبات الغذائية النباتية من التوافر البيولوجي للمغذيات في الأسماك، مما يؤدي إلى تغييرات في المغذيات في الجودة النهائية للمنتج (Gatlin et al. 2007). كما يمكن أن يسبب اضطرابات غير مرغوب فيها في البيئة المائية (Hardy 2010) ويقلل من نمو الأسماك بسبب انخفاض مستويات الأحماض الأمينية الأساسية (وخاصة الميثيونين والليسين)، وانخفاض الاستساغة (Krogdahl et al. 2010). وأشار Gerile وPirhonen (2017) إلى أن استبدال FM بوجبة غلوتين الذرة أدى إلى انخفاض كبير في معدل نمو تراوت قوس قزح ولكن استبدال FM لم يؤثر على استهلاك الأوكسجين أو قدرة السباحة.

   مستويات عالية من المواد النباتية يمكن أن تؤثر أيضا على الجودة المادية للكريات، وقد تعقد عملية التصنيع أثناء البثق. تحتوي معظم مصادر المغذيات البديلة المستمدة من النباتات لعلف الأسماك على مجموعة واسعة من العوامل المضادة للتغذية التي تتداخل مع استقلاب بروتين الأسماك من خلال إضعاف عملية الهضم واستخدامها، مما يؤدي إلى زيادة إطلاق النيتروز في البيئة مما قد يؤثر على صحة الأسماك ورفاهيتها. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الوجبات الغذائية بما في ذلك مستويات عالية من حمض الفيتيك غيرت الفوسفور والبروتين الهضم الذي يؤدي إلى ارتفاع N و P إطلاق في البيئة المحيطة. وقد يختلف تناول الأعلاف واستساغة، وقابلية هضم العناصر الغذائية والاحتفاظ بها حسب قدرة الأنواع السمكية ومستوياتها، ويمكن أن تغير كمية وتركيبة نفايات الأسماك. ومع أخذ هذه النتائج بعين الاعتبار، ينبغي لتركيبات حمية الأسماك في الأحياء المائية أن تستكشف المستويات الغذائية «التحمل» للعوامل المضادة للتغذية (أي فيتات) لمكونات الأعلاف المختلفة ولكل نوع من أنواع الأسماك المستخدمة في الأحياء المائية وكذلك آثار إضافة معادن مثل الزنك و الفوسفات في الوجبات الغذائية. وتجدر الإشارة أيضاً إلى أنه حتى إذا اعتُبرت المواد النباتية خياراً سليماً إيكولوجياً للاستعاضة عن FM في الأعلاف المائية، فإن النباتات تحتاج إلى الري، وبالتالي قد تحدث تأثيرات إيكولوجية في شكل مياهها وآثار إيكولوجية (Pahlow et al. 2015) من جرّاف المغذيات من الحقول.

   ويمكن أيضا أن تحل المنتجات الثانوية الحيوانية الأرضية مثل البروتينات الحيوانية المعالجة غير المجترات (PAPs) المستمدة من الحيوانات المستزرعة أحادية المعدة (مثل الدواجن ولحم الخنزير) التي تصلح للاستهلاك البشري عند نقطة الذبح (مواد الفئة 3، لائحة الجماعة الأوروبية 142/2011؛ واللائحة التنظيمية 56/2013) محل FM وأن تدعم الاقتصاد الدائري. فهي تحتوي على نسبة أعلى من البروتين، وملامح الأحماض الأمينية الأكثر مواتاة، وعدد أقل من الكربوهيدرات مقارنة بمكونات العلف النباتي، بينما تفتقر أيضاً إلى عوامل مضادة للتعاطي (Hertrampf وPiedad-Pascual 2000). وقد تبين أن وجبات اللحوم والعظام يمكن أن تكون مصدرا جيدا للفوسفور عندما يتم تضمينها في النظام الغذائي لنيل _البلطي (أشرف وآخرون 2013)، على الرغم من أنها محظورة بشكل صارم في تغذية الحيوانات المجترات بسبب خطر بدء اعتلال الدماغ الإسفنجي البقري (مرض جنون البقر). ويمكن استخدام بعض أنواع الحشرات، مثل ذبابة الجندي الأسود (Hermetia illocens)، كمصدر بروتين بديل للنظم الغذائية المستدامة لعلف الأسماك. وتتمثل المزايا البيئية الرئيسية لاستزراع الحشرات في (أ) الحاجة إلى قدر أقل من الأراضي والمياه، (ب) وأن انبعاثات غازات الدفيئة أقل، وأن (ج) تتمتع الحشرات بكفاءة عالية في تحويل العلف (Henry et al. 2015). ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى إجراء مزيد من البحوث لتوفير الأدلة بشأن مسائل الجودة والسلامة، وفحص المخاطر التي تتعرض لها الأسماك والنباتات والسكان والبيئة.

   ومن المهم ملاحظة أن الأسماك لا تستطيع تجميع العديد من العناصر الغذائية الأساسية اللازمة لعملية الأيض والنمو وتعتمد على العلف في هذا العرض. ومع ذلك، هناك بعض المجموعات الحيوانية التي يمكن أن تستخدم الوجبات الغذائية التي تعاني من نقص المغذيات، لأنها تحمل الكائنات الحية الدقيقة التكافلية التي يمكن أن توفر هذه المركبات (دوغلاس 2010)، وبالتالي يمكن للأسماك أن تحصل على أقصى فائدة عندما يتم قياس العرض الميكروبي من مغذيتها الأساسية حسب الطلب. ويحد نقص العرض من نمو الأسماك، في حين أن الإفراط في العرض يمكن أن يكون ضارا بسبب حاجة الأسماك إلى تحييد السمية الناجمة عن المركبات غير الأساسية. ومن غير المعروف إلى حد كبير مدى اختلاف الوظيفة الجرثومية باختلاف متطلبات أنواع الأسماك المختلفة وما هي الآليات الأساسية. والأهم من ذلك أن ميكروبيوتا الأمعاء الحيوانية المائية يمكن نظرياً أن تلعب دوراً حاسماً في توفير العناصر الغذائية الضرورية والحصول على الاستدامة في تربية الأسماك (Kormas et al. 2014; Mente et al. 2016). ومن شأن إجراء مزيد من البحوث في هذا المجال أن يساعد على تسهيل اختيار المكونات التي ستستخدم في تغذية الأسماك التي تعزز تنوع ميكروبيوتا الأمعاء لتحسين نمو الأسماك وصحتها.

   و يجري البحث في استخدام مصادر بديلة لل بروتين النباتي و الحيواني و المكونات الغذائية المنخفضة لل أسماك. ومن شأن الاستعاضة عن المكونات الخام البحرية في أعلاف الأسماك، التي يمكن استخدامها مباشرة لأغراض الغذاء البشري، أن تقلل من ضغط الصيد وتسهم في الحفاظ على التنوع البيولوجي. ويمكن أن تزرع الكائنات الحية المنخفضة المستوى، مثل ذبابة الجندي الأسود، التي قد تكون بمثابة مكونات تغذية مائية على منتجات ثانوية ونفايات ممارسات صناعية زراعية أخرى بالنظر إلى الوجبات الغذائية المختلفة ذات الجودة الغذائية، مما يضيف فوائد بيئية إضافية. ومع ذلك، ينبغي التعامل مع الجهود الرامية إلى تحقيق النجاح في الاقتصاد الدائري وإعادة تدوير المغذيات العضوية وغير العضوية بعناية لأن المركبات غير المرغوب فيها في المواد الخام والمنتجات البحرية يمكن أن تزيد من المخاطر على صحة الحيوان ورفاهه وأداء النمو وسلامة المنتج النهائي المستهلكين. ومن الضروري إجراء البحوث والرصد والإبلاغ المستمرين بشأن ملوثات الحيوانات المائية المستزرعة فيما يتعلق بالحدود القصوى لمكونات العلف والوجبات الغذائية للاسترشاد بها في التنقيحات وإدخال اللوائح الجديدة.

3. 13.3 مكونات العلف والمواد المضافة

   Original publication 2019 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   13.3.1 مصادر البروتين والدهون للأكوافيدز

   منذ نهاية القرن العشرين، كانت هناك تغييرات كبيرة في تكوين أكوافيدز ولكن أيضا التقدم في التصنيع. وقد نشأت هذه التحولات عن الحاجة إلى تحسين الربحية الاقتصادية للاستزراع المائي والتخفيف من آثاره البيئية. ومع ذلك، فإن القوى الدافعة وراء هذه التغييرات هي الحاجة إلى تقليل كمية دقيق السمك (FM) وزيت السمك (FO) في الأعلاف، التي شكلت تقليدياً أكبر نسبة من الأعلاف، وخاصة بالنسبة للأسماك الآكلة والروبيان. ويرجع ذلك جزئياً إلى الإفراط في الصيد، ولكن بسبب الزيادة المستمرة في حجم الاستزراع المائي على الصعيد العالمي، هناك حاجة متزايدة إلى بروتينات وزيوت بديلة لتحل محل FM و FO في الأعلاف المائية.

   

   الشكل 13.2 نسبة الصيد في الأسماك (الخط الأزرق، المحور الصادي الأيسر) وكمية زيت السمك المستخدم (الخط الأصفر، المحور الصادي الأيمن) لتغذية تراوت قوس قزح في فنلندا بين عامي 1990 و 2013. (بيانات مستمدة من www.raisioagro. com)

   تغير تكوين علف الأسماك بشكل كبير حيث انخفضت نسبة FM في الوجبات الغذائية من\ > 60% في التسعينات إلى\ 20% في الوجبات الغذائية الحديثة للأسماك آكلة اللحوم مثل سمك السلمون الأطلسي (Salmo salar)، وانخفض محتوى FO من 24% إلى 10% (Ytrestøyl et al. 2015). ونتيجة لذلك، انخفضت نسبة ما يسمى بسمك السلمون وتراوت قوس قزح إلى أقل من 1 بالنسبة لسمك السلمون وتراوت قوس قزح، مما يعني أن كمية الأسماك اللازمة في العلف لإنتاج كيلوغرام واحد من لحوم الأسماك تقل عن 1 كجم (الشكل 13-2). وهكذا، فإن الاستزراع السمكي آكلة اللحوم في القرن الحادي والعشرين هو منتج صاف للأسماك. ومن ناحية أخرى، قد تحتوي الأعلاف لأنواع الأسماك النهمة الأقل تغذوية (مثل الكارب والبلطي) على أقل من 5% FM (Tacon et al. 2011). واستزراع هذه الأنواع من الأسماك الغذائية المنخفضة هو أكثر استدامة من الناحية البيئية من الأنواع الغذائية الأعلى، وكان الفيفو للبلطي 0.15، وبالنسبة لأنواع الكارب 0.02 فقط في عام 2015 (IFFO). وتجدر الإشارة إلى أن إجمالي استبدال FM في الوجبات الغذائية من Tilapia (Koch et al. 2016) والسلمون (Davidson et al. 2018) غير ممكن دون التأثير بشكل كبير على معلمات الإنتاج.

   واليوم، تأتي الإمدادات الرئيسية من البروتينات والدهون في علف الأسماك من النباتات، ولكن عادة ما تأتي من قطاعات أخرى، بما في ذلك الوجبات والدهون من اللحوم ومنتجات الدواجن الثانوية ووجبة الدم (Tacon and Metian 2008). وبالإضافة إلى ذلك، عادة ما تستخدم النفايات والمنتجات الثانوية من تجهيز الأسماك (المخلفات وزركشة النفايات) لإنتاج FM و FO. ومع ذلك، وبسبب لوائح الاتحاد الأوروبي (EC 2009)، لا يسمح باستخدام FM من الأنواع كعلف لنفس النوع، على سبيل المثال لا يمكن تغذية سمك السلمون على التضمين الترددي المحتوي على زركشة سمك السلمون.

   يمكن أن تؤثر بدائل FM وFO مع المكونات الأخرى على جودة المنتج الذي يباع للعملاء. الأسماك لديها سمعة كونها غذاء صحي، وخاصة بسبب محتواه العالي من بولي والأحماض الدهنية غير المشبعة للغاية. الأهم من ذلك، المأكولات البحرية هي المصدر الوحيد لوكالة حماية البيئة (حمض إيكوسابينتاينويك) و DHA (حمض الدوكوساهيكسانويك)، وكلاهما أحماض أوميغا 3 الدهنية، والمواد المغذية الأساسية للعديد من الوظائف في جسم الإنسان. إذا تم استبدال FM و FO بمنتجات من أصل أرضي، فإن ذلك سيؤثر بشكل مباشر على جودة لحم السمك، والأهم من ذلك كله تركيبته من الأحماض الدهنية، حيث أن نسبة الأحماض الدهنية أوميغا 3 (خاصة وكالة حماية البيئة و DHA) ستنخفض في حين أن كمية الأحماض الدهنية أوميغا 6 ستزداد جنبا إلى جنب مع زيادة المواد النباتية التي تحل محل FM و FO (Lazzarotto et al. 2018). على هذا النحو، يتم فقدان الفوائد الصحية لاستهلاك الأسماك جزئيا، والمنتج الذي ينتهي على لوحة ليست بالضرورة ما يتوقعه المستهلكون لشرائه. ومع ذلك، من أجل التغلب على مشكلة انخفاض الأحماض الدهنية أوميغا 3 في المنتج النهائي الناتج عن انخفاض مكونات الأسماك في الأعلاف المائية، يمكن لمزارعي الأسماك استخدام ما يسمى الوجبات الغذائية النهائية ذات المحتوى العالي من FO خلال المراحل النهائية من الزراعة (Suomela et al. 2017).

   وهناك خيار جديد مثير للاهتمام لاستبدال FO في تغذية الأسماك هو إمكانية الهندسة الوراثية، أي النباتات المعدلة وراثيا التي يمكن أن تنتج وكالة حماية البيئة و DHA، على سبيل المثال النفط من Camelina sativa المعدلة وراثيا (الاسم الشائع للكاميلينا أو الذهب من المتعة أو الكتان الكاذب الذي يعرف أن له مستويات عالية من الأحماض الدهنية أوميغا 3) بنجاح لزراعة سمك السلمون، في نهاية المطاف مع تركيز عال جدا على وكالة حماية البيئة و DHA في الأسماك (Betancor et al. 2017). غير أن استخدام الكائنات المحورة وراثيا في إنتاج الأغذية البشرية يخضع لموافقة تنظيمية وقد لا يكون خيارا في الأجل القصير.

   وهناك إمكانية جديدة أخرى لاستبدال FM في aquafeeds هي البروتينات المصنوعة من الحشرات (Makkar et al. 2014). أصبح هذا الخيار الجديد ممكنا داخل الاتحاد الأوروبي في الآونة الأخيرة فقط عندما تغير الاتحاد الأوروبي التشريع، والسماح وجبات الحشرات في أكوافيدز (الاتحاد الأوروبي 2017). الأنواع المسموح باستخدامها هي ذبابة الجندي الأسود (Hermetia illucens)، ذبابة منزلية مشتركة (Musca domestica)، دودة الوجبة الصفراء (Tenebrio molitor)، دودة وجبة أقل (Alphitobius diaperinus)، كريكيت البيت (Acheta dometa dometa domenticus)، كريكيت النطاقات) سيجيلاتوس_) والكريكيت الميداني (غريلوس استيميليس). يجب تربية الحشرات على ركائز معينة مسموح بها. وتظهر تجارب النمو التي أجريت مع أنواع مختلفة من الأسماك أن استبدال FM بوجبة مصنوعة من يرقات ذبابة الجندي الأسود لا يؤثر بالضرورة على النمو ومعلمات الإنتاج الأخرى (فان هويس وOonincx 2017). من ناحية أخرى، يمكن للوجبات المصنوعة من دودة الوجبة الصفراء أن تحل محل FM جزئيًا فقط لتجنب انخفاض النمو (Van Huis and Oonincx 2017). ومع ذلك، فإن استبدال FM مع وجبة الحشرات يمكن أن يسبب انخفاض في الأحماض الدهنية أوميغا 3، لأنها خالية من وكالة حماية البيئة و DHA (Makkar and Ankers 2014).

   وعلى النقيض من الحشرات، فإن الطحالب الدقيقة عادة ما تكون لها ملامح من الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية مواتية من الناحية التغذوية (بما في ذلك وكالة حماية البيئة وDHA)، ولكن هناك أيضا تباين كبير بين الأنواع في هذا الصدد. وقد أعطى الاستبدال الجزئي لمادة FM وFO في الأعلاف المائية ببعض الطحالب الدقيقة نتائج واعدة (Camachorodríguez et al. 2017؛ Shah et al. 2018) وفي المستقبل يمكن توقع زيادة استخدام الطحالب الدقيقة في الأعلاف المائية (أبيض 2017) على الرغم من أن استخدامها قد يكون محدودا من حيث السعر.

   يشير هذا الملخص القصير لمكونات التغذية المحتملة إلى وجود مجموعة واسعة من الاحتمالات لاستبدال FM وFO جزئياً على الأقل في تغذية الأسماك. وبوجه عام، فإن صورة الأحماض الأمينية للFM هي الأمثل لمعظم أنواع الأسماك، وتحتوي FO على DHA ووكالة حماية البيئة التي من المستحيل عمليا توفيرها من الزيوت الأرضية، وإن كانت الهندسة الوراثية قد تغير الوضع في المستقبل. ومع ذلك، تحتاج منتجات الكائنات المعدلة وراثيا أولا إلى أن تكون مقبولة في التشريع ومن ثم من قبل العملاء.

   13.3.2 استخدام إضافات الأعلاف المتخصصة المصممة خصيصًا لأكوابونيكش

   يعد تصميم الأعلاف المائية الخاصة بالنظم المائية تحدياً أكبر من تطوير علف الاستزراع المائي التقليدي، حيث أن طبيعة النظم المائية تتطلب ألا توفر الأعلاف المائية التغذية للحيوانات المستزرعة فحسب، بل أيضاً للنباتات المستزرعة والمجتمعات الميكروبية التي تسكن النظام. تستخدم الممارسة الحالية للأكوابونيات المائية التي صيغت لتوفير التغذية المثلى للحيوانات المائية المستزرعة؛ ومع ذلك، باعتبارها المدخلات الغذائية الرئيسية في النظم المائية (Roosta وHamidpour 2011؛ Tyson et al. 2011؛ Junge et al. 2017)، تحتاج الأعلاف أيضاً إلى أن تأخذ في الاعتبار متطلبات المغذيات من عنصر الإنتاج النباتي. ويكتسي هذا أهمية خاصة بالنسبة للنظم المائية على نطاق تجاري، حيث تؤثر إنتاجية نظام إنتاج النباتات تأثيراً كبيراً على ربحية النظام الشاملة (Adler et al. 2000؛ Palm et al. 2014؛ Love et al. 2015a) وحيث يمكن تحسين الأداء الإنتاجي لمكون المصنع بشكل كبير تحسين ربحية النظام العام.

   وهكذا، فإن الهدف العام من تطوير الأعلاف المائية المصممة خصيصا هو تصميم علف يحقق توازنا بين توفير مغذيات نباتية إضافية، مع الحفاظ على عملية مقبولة للنظام المائي (أي نوعية المياه الكافية للإنتاج الحيواني، والفلتر الحيوي، وأداء الهضم اللاهوائي، وامتصاص المغذيات من قبل النباتات). ولتحقيق ذلك، قد لا يكون الأعلاف المائي النهائي المصمم خصيصًا مثاليًا لإنتاج الحيوانات المائية أو النباتية بشكل فردي، ولكنه يفضل أن يكون مثاليًا للنظام المائي ككل. وسيتم تحديد النقطة المثلى على أساس بارامترات أداء النظام الشاملة، مثل تدابير الاستدامة الاقتصادية و/أو البيئية.

   ويتمثل أحد التحديات الرئيسية في زيادة إنتاج الإنتاج من النظم المائية المقترنة بالتركيزات المنخفضة نسبياً لكل من المغذيات النباتية الكلية والصغرى (معظمها في شكل غير عضوي) في المياه المعاد تدويرها، مقارنة بالنظم المائية التقليدية. ويمكن أن تؤدي هذه المستويات المنخفضة من المغذيات إلى نقص في المغذيات في النباتات ومعدلات إنتاج النباتات دون المستوى الأمثل (Graber and Junge 2009؛ Kloas et al. 2015؛ Goddek et al. 2015؛ Bittsanszky et al. 2016؛ Delaide et al. 2017). وثمة تحد آخر يتمثل في الكميات الكبيرة من كلوريد الصوديوم في الأعلاف المائية التقليدية القائمة على الأسماك والتراكم المحتمل للصوديوم في النظم المائية (Treadwell et al. 2010). ويمكن وضع نُهج مختلفة للتصدي لهذه التحديات مثل الحلول التكنولوجية، مثل نظم الأكوابونية المفصولة (Goddek et al. 2016) (انظر أيضاً الفصل 8، والتكميل المباشر للمغذيات في نظام الإنتاج النباتي عن طريق الرش الورقي أو إضافة المياه المعاد تدويرها (Rakocy et al. 2006؛ Roosta وHamidpour 2011)، أو ثقافة النباتات الأكثر قدرة على تحمل الملح (انظر الفصل 12). وهناك نهج جديد هو تطوير أكوافيدز مصممة خصيصا للاستخدام في أكوابونيكش.

   من أجل معالجة النقص في المغذيات النباتية في الأحياء المائية، تحتاج الأعلاف المائية المصممة خصيصا إلى زيادة كمية المغذيات المتاحة للنباتات، إما بزيادة تركيزات العناصر الغذائية المحددة بعد إفرازها من قبل الحيوانات المستزرعة، أو عن طريق جعل العناصر الغذائية أكثر توافرا بيولوجيا بعد الإفراز و التحول الأحيائي، من أجل الامتصاص السريع للنباتات. ومع ذلك، فإن تحقيق هذه الزيادة في إفراز المغذيات ليس بسيطا مثل استكمال كميات متزايدة من المغذيات المرغوبة في النظام الغذائي للاستزراع المائي، حيث أن هناك العديد من العوامل (المتعارضة في كثير من الأحيان) التي تحتاج إلى النظر فيها في النظام المائي المتكامل. فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن الإنتاج الأمثل للنباتات سيتطلب تركيزات متزايدة من المغذيات المحددة، فإن بعض المعادن، مثل أشكال معينة من الحديد والسيلينيوم، يمكن أن تكون سامة للأسماك حتى عند تركيزات منخفضة، وبالتالي يكون لها أقصى مستويات مسموح بها في المياه المتداولة (Endut et al. 2011؛ تاكون 1987). وبصرف النظر عن المستويات الإجمالية للمغذيات، فإن النسبة بين المغذيات (مثل نسبة P: N) مهمة أيضاً لإنتاج النباتات (Buzby and Lin 2014)، ويمكن أن تؤدي الاختلالات في النسب بين العناصر الغذائية إلى تراكم بعض العناصر الغذائية في النظم المائية (Kloas et al. 2015). وعلاوة على ذلك، حتى إذا زاد العلف المائي من مستويات المغذيات النباتية، فإن جودة مياه النظام العام ودرجة الحموضة لا تزال بحاجة إلى الحفاظ عليها ضمن حدود مقبولة لضمان الإنتاج الحيواني المقبول، وامتصاص المغذيات الفعال من قبل جذور النباتات، والتشغيل الأمثل للمرشحات الحيوية والهضمات اللاهوائية ( Goddek et al. 2015b؛ Rakocy et al. 2006) وتجنب هطول بعض العناصر الغذائية الهامة مثل الفوسفات، لأن ذلك سيجعلها غير متاحة للنباتات (Tyson et al. 2011). لتحقيق هذا التوازن العام لا يعني الفذ, كما أن هناك تفاعلات معقدة بين أشكال مختلفة من النيتروجين في النظام (NH<sub3/sub, NHSub4/subsup+/سوب, NOSUB2/Subsup-/سوب, NOSUB3/Subsup-/سوب), الرقم الهيدروجيني النظام وتشكيلة من المعادن والأيونات الأخرى الموجودة في النظام (تايسون وآخرون. 2011; غودديك وآخرون. 2015; بيتسانزكي وآخرون. 2016).

   نقص المغذيات الشائعة في أنظمة أكوابونك

   وتتطلب النباتات مجموعة من المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة من أجل النمو والتنمية. وعادة ما تكون النظم المائية ناقصة في المغذيات الكبيرة النباتية (K)، والفوسفور (P)، والحديد (Fe)، والمنغنيز (Mn) والكبريت (S) (Graber and Junge 2009؛ Roosta وHamidpour 2011). النيتروجين (N) موجود بأشكال مختلفة في النظم المائية، ويفرز كجزء من استقلاب البروتين للحيوانات المائية المستزرعة (Rakocy et al. 2006؛ Roosta وHamidpour 2011؛ Tyson et al. 2011) وبعد ذلك يدخل دورة النيتروجين في البيئة المائية المتكاملة. (يناقش النيتروجين بالتفصيل في الفصل 9 ومن ثم فهو مستبعد من المناقشة الحالية).

   ويمكن أن يسهم استخدام إضافات غذائية متخصصة مختارة للاستزراع المائي في تطوير الأعلاف المائية المخصصة خصيصا للأحياء المائية، من خلال توفير مغذيات إضافية للحيوانات المائية و/أو النباتات المائية المستزرعة، أو عن طريق تعديل نسبة المغذيات. المضافات الغذائية للاستزراع المائي متنوعة، مع مجموعة واسعة من الوظائف وآليات العمل. يمكن أن تكون الوظائف مغذية وغير مغذية، ويمكن توجيه المضافات نحو العمل في الأعلاف أو نحو العمليات الفسيولوجية للحيوانات المائية المستزرعة (Encarnação 2016). ولأغراض هذا الفصل، ينصب التركيز على ثلاثة أنواع محددة من المواد المضافة التي يمكن أن تساعد في خياطة الوجبات الغذائية المائية: (1) المكملات المعدنية المضافة مباشرة إلى الأعلاف، (2) المعادن التي تضاف بشكل مشترك كجزء من الإضافات التي تخدم أغراض غير معدنية، (3) المضافات التي و جعل المعادن الموجودة بالفعل في الأعلاف أكثر توافرا لل حيوانات المائية المستزرعة و/أو النباتات في النظم المائية المائية.

   1 - _المكملات المعدنية المباشرة في الأعلاف المائية

   وتكميل المعادن مباشرة في النظم الغذائية للاستزراع المائي المستخدمة في النظم المائية هو أحد الوسائل المحتملة إما لزيادة كمية المعادن التي تفرزها الحيوانات المستزرعة أو لإضافة معادن محددة تحتاجها النباتات في النظم المائية. وتضاف المعادن بشكل روتيني في شكل مزيج معادن إلى النظام الغذائي للاستزراع المائي، لتزويد الحيوانات المائية المستزرعة بالعناصر الأساسية اللازمة للنمو والتنمية (Ng et al. 2001; NRC 2011). وتفرز أي معادن لا تمتصها الأسماك أثناء عملية الهضم، وإذا كانت هذه في شكل قابل للذوبان (الأيونية في الغالب) في النظام المائي، فهي متاحة لامتصاص النباتات (Tyson et al. 2011؛ Goddek et al. 2015). ومن غير الواضح مدى جدوى مثل هذا النهج، إذ أن هناك معلومات قليلة عن فعالية إضافة مكملات معدنية إلى الأعلاف المائية لغرض تعزيز إنتاج النباتات المائية. وبشكل عام، فإن المتطلبات المعدنية والتمثيل الغذائي في الاستزراع المائي غير مفهومة بشكل جيد مقارنة بالإنتاج الحيواني الأرضي، وبالتالي فإن جدوى هذا النهج ليست موصوفة بشكل جيد. وتتمثل المزايا المحتملة لهذا النهج في أنه يمكن أن يثبت أنه تدخل بسيط إلى حد ما لتحسين الأداء العام للنظام، ويمكن أن يسمح باستكمال مجموعة واسعة من العناصر الغذائية، ومن المرجح أن تكون التكلفة منخفضة نسبياً. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى إجراء بحوث كبيرة لتجنب أي مزالق محتملة كبيرة قد تنشأ. ويركز أحد هذه المبادئ على أن المعادن التكميلية الموجهة للنباتات تحتاج أولاً إلى المرور عبر الجهاز الهضمي للحيوانات المائية المستزرعة، ويمكن امتصاصها كلياً أو جزئياً أثناء هذا الممر. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تراكم المعادن غير المرغوب فيه في الحيوانات المائية، أو إلى تدخل في المغذيات المعوية الطبيعية و/أو امتصاص المعادن والعمليات الفسيولوجية (Oliva-Teles 2012). ويمكن أن تحدث تفاعلات كبيرة بين المعادن الغذائية في النظم الغذائية للاستزراع المائي (Davis and Gatlin 1996)، ويجب تحديد هذه التفاعلات قبل استخدام المكملات المعدنية المباشرة في الوجبات الغذائية المائية. وقد تشمل الآثار المحتملة الأخرى تغيير البنية المادية والخصائص الحسية الكيميائية للأعلاف، الأمر الذي يمكن أن يؤثر بدوره على استساغة الأعلاف. ومن الواضح أنه لا يزال هناك بحث كبير مطلوب قبل اعتماد هذه الطريقة لخياطة الأعلاف المائية.

   2 - _ الجمع العرضي للمعادن عن طريق إضافات العلف _

   يتم إضافة فئات معينة من إضافات الأعلاف إلى أكوافيدز في شكل مركبات أيونية وحيث واحد فقط من الأيونات يساهم في النشاط المقصود. ويُنظر إلى الأيونات الأخرى على أنها إضافة عرضية لا يمكن تجنبها إلى الأعلاف المائية، وغالباً ما لا تؤخذ في الاعتبار في أي بحوث تتعلق بالاستزراع المائي. ومن الأمثلة المحددة على هذه الفئة من المضافات الغذائية التي كثيرا ما تستخدم أملاح الأحماض العضوية، حيث العنصر النشط المقصود في التغذية المائية هو أنيون حمض عضوي (مثل الفورمات أو الأسيتات أو البيوتيرات أو اللاكتات) وكثيرا ما يتم تجاهل الكاتيونات المصاحبة لها في تغذية الحيوانات المستزرعة. وهكذا، إذا تم اختيار الكاتيون المصاحب بشكل مقصود ليكون مغذيات نباتية كبيرة أو صغيرة، فهناك احتمال أن تفرزها الحيوانات المستزرعة في مياه النظام وأن تكون متاحة لامتصاص النباتات.

   وأصبحت الأحماض العضوية القصيرة السلسلة وأملاحها معروفة جيداً وغالباً ما تستخدم في إضافات الأعلاف في كل من تغذية الحيوانات الأرضية والاستزراع المائي، حيث تستخدم المركبات كعوامل معززة للأداء وتحسين مقاومة الأمراض. ويمكن أن يكون لهذه المركبات آليات عمل مختلفة، بما في ذلك العمل كمضادات للميكروبات أو المضادات الحيوية أو محفز للنمو، وتعزيز هضم المغذيات واستخدامها، والعمل كمصدر للطاقة قابل للاستقلاب مباشرة (Partanen and Mroz 1999؛ Lückstädt 2008؛ Ng and Koh 2017). يمكن استخدام الأحماض العضوية الأصلية أو أملاحها في النظام الغذائي للاستزراع المائي، ولكن غالباً ما يفضل المصنعون أشكال الملح للمركبات لأنها أقل تآكل لمعدات تصنيع الأعلاف، وأقل نفاذة، وهي متوفرة في شكل (مسحوق) صلب، مما يبسط إضافة وضعت الأعلاف أثناء التصنيع (Encarnação 2016؛ نغ وكوه 2017). وللحصول على مراجعة شاملة حول استخدام الأحماض العضوية وأملاحها في الاستزراع المائي، تتم إحالة القراء إلى عمل نغ وكوه (2017).

   ومن شأن استخدام أملاح الأحماض العضوية في الأحياء المائية أن يكون له فوائد مزدوجة في النظام، حيث يمكن للأيون أن يعزز أداء الحيوانات المائية المستزرعة ومقاومة الأمراض لها، في حين أن الكاتيون (مثل البوتاسيوم) يمكن أن يزيد من كمية المغذيات النباتية الأساسية التي تفرز. والميزة المحتملة لهذا النهج هي أن مستويات الإدراج الغذائي لأملاح الأحماض العضوية يمكن أن تكون عالية نسبيا لمضافات الأعلاف، والبحوث بانتظام تقارير عن مجموع إدراج الملح الحمضي العضوي يصل إلى 2٪ من الوزن (Encarnação 2016)، على الرغم من أن المصنعين التجاريين يميلون إلى التوصية بمستويات أقل من ما يقرب من 0.15 — 0.5% (نغ وكوه 2017). ويمكن أن تشكل الموجبة من أملاح الأحماض العضوية نسبة كبيرة من الوزن الإجمالي للملح، وبما أنها تتغذى يوميا على الحيوانات المستزرعة، فإنها يمكن أن تسهم بكمية كبيرة من العناصر الغذائية للنباتات في نظام أكوابوني على مدى موسم النمو. ولا توجد بحوث منشورة حالياً تفيد بالنتائج التي توصل إليها هذا الخط من الاستفسار، وكما هو الحال بالنسبة للمكملات المعدنية المباشرة للأعلاف المائية، فإن هذا النهج يحتاج إلى التحقق من صحته من خلال البحوث المستقبلية لتحديد مصير الكاتيونات المضافة كجزء من أملاح الأحماض العضوية (سواء كانت تفرز أو تمتصها الحيوانات المائية), وما إذا كانت هناك أي تفاعلات مع المعادن أو المغذيات. بيد أنه يظل سبيلا مثيرا لل تحقيق في المستقبل.

   3 - _إضافات التغذية التي تجعل المواد الغذائية أكثر توافرا حيويا للنباتات _

   وتستخدم كميات متزايدة من المكونات النباتية في الأعلاف المائية المركبة، ولكن المعادن من المواد الخام النباتية أقل توافرا بيولوجيا للحيوانات المائية المستزرعة، ويرجع ذلك أساسا إلى وجود عوامل مضادة للتغذية في المكونات الغذائية النباتية (Naylor et al. 2009؛ Kumar et al. 2012؛ Prabhu et al. 2016). وهذا يعني أن نسبة أعلى من المعادن تفرز في البراز في شكل ملزم، مما يتطلب «التحرير» قبل أن تكون متاحة لامتصاص النبات. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك الفوسفور العضوي الذي يحدث في شكل فيتات، والذي يمكن أن يربط بالمعادن الأخرى لتشكيل مركبات غير قابلة للذوبان، حيث يلزم إجراء جرثومي في البيئة قبل إطلاق الفوسفور كفوسفات متاح للنباتات وقابل للذوبان (Kumar et al. 2012).

   ويمكن أن يسهم استخدام الإنزيمات الخارجية في الوجبات الغذائية المائية المصممة خصيصاً في إطلاق كميات متزايدة من المغذيات من الأعلاف المائية ذات المحتوى النباتي العالي لتغذية الحيوانات والنباتات في النظم المائية. الأنزيمات المستخدمة في أكوافيدز هي البروتياز والكربوهيدرات والفيتاسيس، سواء لتحسين هضم المغذيات وتحلل المركبات المضادة للتغذية مثل فيتات (Encarnação 2016)، والتي يمكن أن تؤدي إلى إطلاق المزيد من العناصر الغذائية من أكوافيدز. وعلى الرغم من أنه من المعروف أن التكميل بالإنزيم الخارجي يؤدي إلى تحسين استخدام المغذيات في الحيوانات المستزرعة، فمن غير الواضح ما إذا كانت العناصر الغذائية الإضافية ستفرز في شكل متاح للنباتات، وبالتالي تجنب خطوة إعادة التدوير منفصلة في النظم المائية (انظر الفصل 10). بالإضافة إلى ذلك، من الممكن حدوث تفاعلات بين الإنزيمات الخارجية والمغذيات في أجزاء مختلفة من الجهاز الهضمي للأسماك (كومار وآخرون 2012)، الأمر الذي سيكون له آثار إضافية على كميات المغذيات التي تفرز لنمو النبات. ولذلك يلزم إجراء مزيد من البحوث لتحديد فائدة الإنزيمات الخارجية خصيصا للاستخدام في الأعلاف المائية.

4. 13.4 الإيقاعات الفسيولوجية: مطابقة الأسماك والتغذية النباتية

   Original publication 2019 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   إن تصميم الأعلاف للأسماك أمر بالغ الأهمية في علم الأحياء المائية لأن علف الأسماك هو المدخل الوحيد أو على الأقل الرئيسي للمغذيات لكل من الحيوانات (المغذيات الكبيرة) والنباتات (المعادن) (الشكل 13.3).

   يتم إدخال النيتروجين إلى النظام المائي من خلال البروتين في تغذية الأسماك التي يتم استقلابها بواسطة الأسماك وتفرز في شكل الأمونيا. ومن شأن دمج إعادة تدوير الاستزراع المائي مع الزراعة المائية أن يقلل من تصريف المغذيات غير المرغوب فيها في البيئة، فضلا عن توليد الأرباح. وفي دراسة اقتصادية مبكرة، ثبت أن إزالة الفوسفور في نظام متكامل من التراوت والخس/الريحان يحقق وفورات في التكاليف (Adler et al. 2000). كما أن إدماج معدلات تغذية الأسماك أمر بالغ الأهمية لتلبية الاحتياجات التغذوية للنباتات. في الواقع، يحتاج المزارعون إلى معرفة كمية العلف المستخدمة في وحدة الاستزراع المائي لحساب كمية المغذيات التي يجب استكمالها لتعزيز نمو النبات في الوحدة المائية. على سبيل المثال، في نظام أكوابونك البلطي والفراولة، تم حساب إجمالي كمية العلف المطلوبة لإنتاج الأيونات (مثل Nosub3/subsup—، /sup CasuB2/Subsup+/sUP، HSUB2/sub4/subsup—/Sup) للنباتات بكثافات سمكية مختلفة، مع نتيجة أفضل لكثافة الأسماك الصغيرة 2 كجم من السمك/msup-3/sup لخفض تكلفة مكملات المحلول المائي (Villarroel et al. 2011).

   

   الشكل 13.3 تدفق المغذيات في نظام أكوابوني. وتجدر الإشارة إلى أن تغذية الأسماك، من خلال مياه الصرف الصحي من نظام الاستزراع المائي، توفر المعادن اللازمة للنباتات لكي تنمو في النظام المائي. يجب تصميم توقيت الوجبة بحيث يتناسب مع إيقاعات التغذية والإفراز في إيقاعات امتصاص الأسماك والمغذيات في النباتات

   ومن المعروف جيدا أن النباتات لديها إيقاعات يومية والإيقاع اليومي في حركات الأوراق وصفت لأول مرة في النباتات من قبل دي ميران في أوائل القرن الثامن عشر (McClung 2006). تتحكم الإيقاعات البيولوجية في النباتات في كل شيء من وقت الإزهار إلى تغذية النبات، وبالتالي يجب أخذ هذه الإيقاعات بعين الاعتبار خاصة عند استخدام الإضاءة البستانية الاصطناعية. وترتبط الأسماك أيضاً بإيقاعات يومية في معظم الوظائف الفسيولوجية، بما في ذلك التغذية وامتصاص المغذيات. لا ينبغي أن يكون من المستغرب أن تعرض الأسماك إيقاعات التغذية لأن توافر الأغذية وحدوث الحيوانات المفترسة لا يكاد يكون ثابتا ولكن يقتصر على وقت معين من النهار/الليل (لوبيز أولميدا وسانشيز فاسكيز 2010). وبالتالي، يجب تغذية الأسماك في الوقت المناسب وفقا لإيقاعات الشهية: وجبات مجدولة خلال النهار لأنواع الأسماك النهارية، وفي الليل للأسماك الليلية. ومن المعروف جيدا أن الأسماك تظهر أنماطا يومية لإزالة الأمينة من البروتينات والنفايات النيتروجينية تتعلق بحالتها التغذوية وإيقاعات التغذية (كاوشيك 1980). يؤثر وقت التغذية على إفراز النيتروجين، حيث أفاد جيلينو وآخرون (1998) بأن إنتاج الأمونيا وهدم البروتين كان أقل في الأسماك التي يتم تغذيتها عند الفجر (في المرحلة مع إيقاع التغذية) منه في تلك التي يتم تغذيتها عند منتصف الليل (خارج المرحلة). ومن المثير للاهتمام أن إفراز اليوريا يظهر الإيقاع اليكي الذي يستمر في الأسماك الجائعة في ظل ظروف ثابتة (Kajimura et al. 2002)، مما يكشف عن أصله الداخلي. وعلاوة على ذلك، تزامنت نفاذية اليوريا (التي تحدد كمحتويات الجسم اليوريا بعد الغمر في محلول اليوريا) مع الطور الأكروفي، أي ذروة إيقاع إفراز اليومي، مما يشير إلى أن اليوريا لا تتخلل الخلايا عن طريق نشر بسيط ولكن هناك تحكم الساعة البيولوجية. وتظهر النباتات أيضا إيقاعات يومية في امتصاص النيتروجين، كما وصفه في وقت مبكر بيرسون وستير (1977)، الذين وجدوا نمطا يوميا من امتصاص النترات واختزال النترات في الفلفل المحفوظة في بيئة ثابتة. كما زاد تركيز النترات في أوراق السبانخ أثناء الليل حيث زاد معدل امتصاص النترات من الجذور في ذلك الوقت (Steingrover et al. 1986). وفي علم الأحياء المائية، تشير الأدلة بالتالي إلى الحاجة إلى مطابقة إيقاعات إفراز الأسماك وإيقاعات امتصاص المغذيات في النباتات. ولتحسين الأداء والفعالية من حيث التكلفة للنظم المائية، ينبغي تصميم النظم الغذائية للأسماك وجداول التغذية بعناية لتوفير المغذيات على المستوى المناسب والوقت المناسب لتكملة الأسماك والنباتات على حد سواء.