Source material

الفصل 5 أكوابونيكش: الأساسيات

1. 5-1 مقدمة

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

   Aquaponics هي تقنية تشكل مجموعة فرعية من نهج زراعي أوسع يعرف باسم النظم المتكاملة للاستزراع المائي الزراعي (Gooley and Gavine 2003). ويتألف هذا الانضباط من دمج ممارسات الاستزراع المائي بمختلف أشكالها وأساليبها (ومعظمها استزراع الأسماك الزعانف) مع الإنتاج الزراعي النباتي. إن الأساس المنطقي للنظم المتكاملة للاستزراع المائي هو الاستفادة من الموارد المشتركة بين الاستزراع المائي والإنتاج النباتي، مثل المياه والمغذيات، لتطوير وتنفيذ ممارسات إنتاج أولية قابلة للاستمرار اقتصاديا وأكثر استدامة بيئيا (Gooley and Gavine 2003). وفي جوهرها، تتقاسم نظم إنتاج النباتات الأرضية والحيوانية المائية مورداً مشتركاً: الماء. وعادة ما تستهلك النباتات المياه عن طريق النتح وتطلق في البيئة الغازية المحيطة بها، في حين أن الأسماك عادة أقل استهلاكا من المياه، ولكن الزراعة التي تحتوي عليها تنتج مجاري كبيرة من مياه الفضلات بسبب تراكم النفايات الأيضية. ولذلك، يمكن دمج الاستزراع المائي في مسار إمدادات المياه لإنتاج النباتات بطرق غير استهلاكية بحيث يمكن إنتاج محصولين (أسماك ونباتات) من مصدر مائي يستخدم عادة لإنتاج محصول واحد (نباتات).

   ومن المزايا الإضافية المثيرة للاهتمام لدمج الاستزراع المائي في مسار إمدادات الري لإنتاج النباتات أن الاستزراع المائي ينتج أيضاً مغذيات النفايات عن طريق النفايات المذابة وغير المنحلة الناتجة عن استقلاب الأسماك (وغيرها من الحيوانات المائية). ولذلك، فإن الاستزراع المائي قد ينتج أيضاً مجاري نفايات مغذيات مناسبة للإنتاج النباتي وتساعد عليه من خلال المساهمة في متطلبات النباتات من المغذيات.

   تم تلخيص المزايا الناتجة عن دمج الاستزراع المائي في أنظمة إنتاج النباتات البرية والمائية التقليدية من قبل جولي وغافين (2003) على النحو التالي:

   1 - (ج) زيادة إنتاجية المزارع وربحيتها دون أي زيادة صافية في استهلاك المياه (الفصل 2).

   2 - تنويع المزارع إلى محاصيل أعلى قيمة، بما في ذلك الأنواع المائية العالية القيمة.

   3 - إعادة استخدام الموارد الزراعية المهدرة لولا ذلك (مثل الاستيلاء على المغذيات والمياه وإعادة استخدامها).

   4 - الحد من الآثار البيئية الصافية للممارسات الزراعية شبه المكثفة والمكثفة.

   5 - صافي الفوائد الاقتصادية عن طريق تعويض رأس المال الزراعي الحالي ومصروفات التشغيل (الفصل 18).

   وقد قيل إن الأحياء المائية قد تطورت من ممارسات زراعية قديمة نسبيا مرتبطة بدمج الاستزراع السمكي مع الإنتاج النباتي، وخاصة تلك التي تم تطويرها في جنوب شرق آسيا، وسياق زراعة الأرز المغمورة بالمياه، وتشينامبا في أمريكا الجنوبية، والجزر العائمة، والممارسات الزراعية ( كوميفيس ويونج 2015). وفي الواقع، من الناحية التاريخية، نادراً ما أضيفت الأسماك بنشاط إلى حقول الأرز حتى القرن التاسع عشر (هالوارت وغوبتا 2004) وكانت موجودة بكثافات منخفضة للغاية لا تسهم في تقديم أي مساعدة غذائية كبيرة للنباتات. بنيت تشينامباس تقليديا على البحيرات في المكسيك حيث المغذيات

   قد تكون المزايا قد تم توفيرها من خلال رواسب البحيرة المغروية أو شبه المغذيات بدلاً من أن تكون مباشرة من أي نظام مصمم أو متكامل بشكل فعال لإنتاج الأسماك (Morehart 2016; Baquedano 1993).

   بدأت علوم الأحياء المائية الحديثة في الولايات المتحدة الأمريكية في السبعينيات وتشارك في تطويرها العديد من المؤسسات التي تهتم بممارسات زراعية أكثر استدامة. تم تنفيذ العمل المهم في وقت مبكر من قبل العديد من الباحثين، ولكن في نهاية المطاف، ويعتقد أن السلف من جميع الأحياء المائية الحديثة تقريبا هو العمل الذي يؤديه، والأنظمة التي تنتجها، جيمس راكوسي وفريقه في جامعة جزر فيرجن (UVI) بدءا من أوائل 1980s (لينارد 2017).

   تعتبر أكوابونيكش الآن صناعة جديدة وناشئة مع مكانة ذات صلة في سياق الإنتاج الزراعي العالمي الأوسع، وهناك عدد من الاختلافات في تكنولوجيا دمج الاستزراع السمكي مع الاستزراع النباتي المائي والتي يتم تعريفها بشكل جماعي تحت شعار أو اسم الأحياء المائية ( كناوس والنخيل 2017). ولذلك، تسعى أكوابونيكش إلى دمج الإنتاج الحيواني للأكوا* مع إنتاج النباتات المائية والحزرية باستخدام طرق مختلفة لتقاسم موارد المياه والمغذيات بين مكونات الإنتاج الرئيسية لإنتاج الأسماك والمنتجات النباتية التجارية والقابلة للبيع.

2. 5.2 تعريف أكوابونيكش

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

   تتلاءم التكنولوجيا المائية مع التعريف الأوسع للنظم المتكاملة للاستزراع المائي الزراعي (IAAS). ومع ذلك، تطبق الرابطة العديد من تقنيات الإنتاج الحيواني والنباتي المائية المختلفة في سياقات عديدة، في حين ترتبط الأحياء المائية ارتباطا أوثق بكثير بدمج تكنولوجيات الاستزراع السمكي القائمة على الدبابات (مثل إعادة تدوير نظم الاستزراع المائي؛ RAS) مع تكنولوجيات الاستزراع المائي أو المائي ( لينارد 2017). تطبق تقنيات RAS الطرق المحفوظة والمعيارية لاستزراع الأسماك في الخزانات مع الترشيح التطبيقي للسيطرة على كيمياء المياه وتغييرها لجعلها مناسبة للأسماك (أي إزالة سريعة وفعالة من مخلفات الأسماك الصلبة، والتحويل الفعال والبكتيريا للنفايات السمكية الذائبة المحتملة السمية الأمونيا إلى نترات أقل سمية و صيانة الأوكسجين عن طريق التهوية المساعدة أو حقن غاز الأكسجين مباشرة) (Timmons et al. 2002). وتستخدم تقنيات الزراعة المائية وتربية الركيزة الأساليب المحفوظة والمعيارية لاستزراع النباتات الأرضية الصالحة للأكل في البيئات المائية (أي أن النباتات تحصل على المغذيات اللازمة للنمو من خلال طريقة التسليم القائمة على المياه) (Resh 2013).

   ويعني ارتباط الأحياء المائية بتربية الأحياء المائية (RAS) الاستزراع المائي القياسي واستزراع الركيزة أن علم الأحياء المائية غالباً ما يتم تعريفه ببساطة بأنه «الجمع بين إنتاج الأسماك (الاستزراع المائي) والاستزراع المائي للنباتات الأقل تربة في إطار دورة المياه المتزامنة أو المفصولة» (Knaus and Palm 2017). و يركز هذا التعريف الواسع على تكامل المعدات أو المعدات أو التكنولوجيات, ولا يركز كثيرا, إن و جدت, على أي جوانب أخرى من هذه الطريقة.

   و نظرا لأن علم الأحياء المائية هو تكنولوجيا جديدة نسبيا على نطاق صناعي تطبق أساليب و نهج مختلفة, فإن التعريف المطبق يبدو و اسعا جدا. ويحدد البعض أكوابونيكش في سياق إعادة تدوير فقط (Cerozi and Fitzsimmons 2017)، ويركز البعض على النهج التي لا تعيد المياه من النباتات إلى الأسماك (Delaide et al. 2016) ويشمل البعض الآخر كلا من أساليب إعادة تدوير وفصل بينهما (Knaus and Palm 2017). وعلاوة على ذلك، يقوم بعض الباحثين بتضمين استخدام النفايات السائلة للاستزراع المائي المروية لإنتاج المحاصيل القائمة على التربة تحت العنوان المائي (Palm et al. 2018). ومن الناحية التاريخية، كان تعريف الأحياء المائية، كما يوحي تفصيل الكلمة (أكوااستزراع والمائية*)، على أنها تتعلق فقط بتربية الأحياء المائية وإنتاج النباتات المائية (راكوسي وهارغريفيس 1993)، وبالتالي فإن المحاولات الحالية للارتباطات بالثقافة القائمة على التربة تبدو متناقضة.

   

   الشكل 5.1 التمثيل التخطيطي لتدفقات المغذيات داخل نظام أكوابوني. وتغذية الأسماك هي نقطة الدخول الرئيسية للمغذيات. الأسماك تأكل العلف، وتستخدم ما هي العناصر الغذائية التي يحتاجونها، وتحرر الباقي كنفايات ثم يتم تقسيم هذه النفايات بين الميكروبات والنباتات ومياه النظام. (مقتبس من لينارد 2017)

   في حين أن الأنظمة المائية تقوم بدمج تقنيات الاستزراع المائي القائمة على الخزانات مع تقنيات زراعة النباتات المائية، تعمل الأنظمة المائية من خلال توفير المغذيات إلى سكان الإنتاج (الأسماك والنباتات) والسكان الذين يؤدون خدمات بيولوجية وكيميائية، وتقسيم المواد الغذائية فيما بينهم التي تساعد على إنتاج الناتج ساكن (البكتيريا) (الشكل 5.1) (لينارد 2017). ولذلك، هل أكوابونيكش أكثر نظاماً مرتبطاً بإمدادات المغذيات والديناميات والتقسيم بدلاً من نظام مرتبط بالتكنولوجيا أو المعدات أو الأجهزة المستخدمة؟

   على مدى العقود الماضية، شمل تعريف الأحياء المائية موضوعا مماثلا، مع اختلافات طفيفة. وقد تم تقديم أوسع تعريف في المنشورات العلمية لراكوسي وفريقه UVI، على سبيل المثال:

   _Aquaponics هي الاستزراع المشترك للأسماك والنباتات في أنظمة إعادة تدوير مغلقة. _

   • راكوسي وآخرون (2004 أ، ب)

   وقد استند هذا التعريف المبكر إلى الافتراض بأن الأنظمة ذات الحلقة الواحدة التي يعاد تدويرها بالكامل، والتي تتكون من عنصر إعادة تدوير الاستزراع المائي ومكون مائي، تمثل جميع الأنظمة المائية، والتي كانت تفعل ذلك في ذلك الوقت. وقد وسّع Graber and Junge (2009) التعريف، بسبب التغييرات والتطورات في النهج، على النحو التالي:

   _Aquaponic هو شكل خاص من أشكال إعادة تدوير نظم الاستزراع المائي (RAS)، وهي عبارة عن استزراع متعدد يتكون من خزانات الأسماك (الاستزراع المائي) والنباتات المزروعة في نفس الدائرة المائية (المائية) . _

   — جرابر جونج (2009)

   و تتطلب التطورات و الأساليب الحديثة إعادة النظر في هذا الرأي. وفي السنوات الأخيرة, حدث تحول في تركيز الأحياء المائية نحو نظام إنتاج يعالج المسؤولية الإيكولوجية و الاستدامة الاقتصادية على حد سواء. وكان كلواس وآخرون (2015) وسهل وآخرون (2016) من أوائل البلدان التي تناولت هذا الاعتبار الاقتصادي:

   _ [...] تم تطوير نظام أكوابوني مزدوج فريد ومبتكر لإعادة تدوير المياه كشرط أساسي لتحقيق إنتاجية عالية مماثلة للمرافق المهنية القائمة بذاتها للأسماك/النباتات. _

   — سوهل وآخرون (2016)

   و كانت مسألة التعريف, أو توضيح «ما يمكن تعريفه بأنه الأحياء المائية», نقطة نقاش على مدى السنوات الماضية. وكان أحد المجالات الرئيسية للتنمية هو أنظمة أكوابونية متعددة الحلقات (أو منفصلة) التي تهدف إلى توفير أسمدة إضافية للنباتات من أجل تعريضها لتركيز المغذيات الأمثل (Goddek 2017). وينبغي ألا تكون هناك معارضة بين أيديولوجيات إعادة تدوير المنهجيات المائية بشكل كامل ومتعددة الحلقات، وكلاهما أماكنها وتطبيقاتها في السياق الصناعي المناسب، وينبغي أن تكون القوة الدافعة المشتركة الوحيدة لكليهما هي أن التكنولوجيا، في حين يجري المغذيات والمياه فعالة, تحتاج أيضا إلى أن تكون قادرة على المنافسة من الناحية الاقتصادية لإثبات نفسها في السوق. ولكي تحل محل الممارسات التقليدية، لا بد من تقديم أكثر من إيديولوجية إلى العملاء/المستخدمين المحتملين - أي الجدوى التقنية والاقتصادية.

   يطبق Aquaponics Hub برعاية COST الأوروبية (COST FA1305 2017) التعريف »... نظام إنتاج للكائنات المائية والنباتات حيث غالبية (\ > 50٪) من المواد الغذائية التي تحافظ على النمو الأمثل للنباتات مستمدة من النفايات الناتجة عن تغذية الكائنات المائية «، مما يضع بوضوح التركيز على جانب تقاسم المغذيات في التكنولوجيا.

   ولا بد من الإشارة أيضا إلى أن نسبة الأسماك إلى النباتات ينبغي أن تظل عند مستوى يدعم التوقعات الأساسية للأحياء المائية؛ وأن النباتات تزرع باستخدام نفايات الأسماك. فالنظام الذي يحتوي على سمكة واحدة وعدة هكتارات من زراعة النباتات المائية، على سبيل المثال، لا ينبغي اعتباره ككائنات مائية، لمجرد أن سمكة واحدة لا تساهم بشكل فعال في متطلبات النباتات من المغذيات. وبما أن وضع العلامات على المنتجات المائية يلعب دورا متزايد الأهمية في اختيار المستهلك، فإننا نريد أن نشجع المناقشة من خلال إعادة تعريف أكوابونيكش على أساس هذه التطورات المتعددة للتكنولوجيا. وعلى الرغم من أننا ندعو إلى إغلاق دورة المغذيات إلى أعلى درجة ممكنة في سياق أفضل الوسائل العملية، فإن أي تعريف محتمل ينبغي أن يأخذ في الاعتبار أيضا جميع التطورات.

   ولذلك، ينبغي أن يتضمن التعريف، كحد أدنى، اشتراط أغلبية المغذيات المشتقة من الاستحواذ للنباتات. ومن ثم، يمكن تمثيل تعريف جديد على النحو التالي:

   Aquaponics uis/u يعرف بأنه متكامل متعدد التغذية، وإنتاج الأغذية المائية uaproach/u يتألف من UAT على الأقل /u نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي (RAS) ووحدة مائية متصلة، حيث يتم تقاسم المياه لأغراض الاستزراع في بعض التكوين بين الوحدتين. المقدمة للنباتات يجب أن تكون النفايات السمكية المشتقة /u.

   والتعاريف القائمة على المغذيات مفتوحة وغير قابلة للحكم على اختيار التكنولوجيا التطبيقية، أو حتى نسب كل مكون (الأسماك والنباتات)، ما دامت الاستزراع السمكي وبعض أشكال الزراعة المائية (المائية أو الركيزة) تستخدم تكنولوجيا الإنتاج النباتي. ومع ذلك، فإنه يركز أيضا التعريف على ديناميات المغذيات وجوانب تقاسم المغذيات في الأساليب المطبقة، وبالتالي يضمن، إلى حد ما على الأقل، أن المزايا المرتبطة في كثير من الأحيان بعلم الأحياء المائية (توفير المياه، وكفاءة المغذيات، وانخفاض الأثر البيئي، والاستدامة) موجودة في و بعض النسبة.

   وسيكون تعريف ارتباط المغذيات المطبق على أكوابونيكش دائما مصدرا لمزيد من الخلاف بين أولئك الذين يمارسونه. ويدعم ذلك حقيقة أن اسم أكوابونيكش يتم تطبيقه على مجموعة واسعة من التقنيات المختلفة مع دوافع إمدادات المغذيات المختلفة ونتائج الاستخدام: من تصاميم النظام والأساليب التي تتوقع، إن لم يكن الطلب، أن الغالبية العظمى من العناصر الغذائية اللازمة لزراعة النباتات تنشأ من النفايات السمكية (في بعض الحالات، أكثر من 90٪؛ لينارد 2017) إلى التصاميم التي تتقاسم إمدادات المغذيات النباتية بين نفايات الأسماك والإضافات الخارجية الأكثر أهمية (على سبيل المثال حوالي 50:50 نفايات سمكية إلى مكملات خارجية - كما تفعل العديد من تصاميم نظام أكوابوني الحديثة والأوروبية المنفصلة؛ COST FA1305 2017) إلى تلك التصاميم التي تضيف القليل من الأسماك بحيث لا توجد إمدادات مغذية ملحوظة من نفايات الأسماك إلى النباتات (لينارد 2017).

   تم تطبيق اسم أكوابونيكش، حتى وقت قريب نسبيا (أي السنوات الثلاث - الخمس الأخيرة)، عالميا على تصميمات النظام المقترنة وإعادة التدوير بالكامل التي تسعى إلى توفير أكبر قدر ممكن من التغذية النباتية المطلوبة من نفايات الأسماك (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Lennard 2017) (الشكل 5.2).

   

   الشكل 5.2 مخطط مبسط لتدفقات المياه الرئيسية داخل نظام أكوابوني مقترن. يتم توزيع تركيزات المغذيات في مياه العملية بالتساوي في جميع أنحاء النظام بأكمله

   ومع ذلك، فإن النهج المنفصلة تمثل الآن نسبة من النظم التي يجري بحثها أو تطبيقها تجاريا، وخاصة في أوروبا، وفي الممارسة الحالية لا توفر الاحتياجات من المغذيات النباتية من نفايات الأسماك بنفس القدر الذي توفره أنظمة إعادة تدوير كاملة (Lennard 2017; Goddek and Keesman 2018 ). على سبيل المثال، ينص Goddek و Keesman (2018) على أنه بالنسبة لثلاثة أمثلة لتصميمات نظام أكوابوني الأوروبية الحالية، فإن متطلبات الإضافة النسبية للمغذيات الخارجية المشتقة من الهيدروبونية هي 40-60% (NerBreen) و 60% (Tilamur) و 38.1% (IGB Berlin). ونظرًا لأن هذه التصميمات المنفصلة تستند إلى دمج تقنيات الزراعة المائية والمائية الركيزة القائمة، فإنها تعتبر أكوابونية في الطبيعة (Delaide et al. 2016) (الشكل 5.3) (انظر الفصل 8).

   ويجري الآن توسيع تعريف أكوابونيكش إلى ما وراء العوامل البيئية، والمياه، وكفاءة المغذيات والتحسين ليشمل أيضا المحركات الاقتصادية (Goddek and Körner 2019؛ Goddek و Keesman 2018؛ Goddek 2017؛ Kloas et al. 2015؛ Reyes Lastiri et al. 2016؛ Yogev et al. 2016) (الفصل 8). وتتمثل فوائد هذا النهج في أن النتيجة الاقتصادية الإيجابية لتكنولوجيا علم الأحياء المائية لا تقل أهمية عن أهميتها البيولوجية والكيميائية والهندسية والإيكولوجية والمستدامة، وبالتالي ينبغي أن تؤدي النتيجة الاقتصادية دوراً في إطار التعريف العام (الفصل 8).

   وكثيرا ما ترتبط العديد من المزايا بعلم الأحياء المائية، لا سيما من حيث كفاءته في استخدام المياه، وكفاءته في استخدام المغذيات، وطابعه المستدام، وقدرته على إنتاج محصولين من مصدر واحد (علف الأسماك)، وتأثيره البيئي المنخفض (Timmons, et al., 2002; Buzby and Lian-Shin 2014؛ وونغكيو وآخرون 2017؛ روستا وهاميدبور 2011؛ سوهل وآخرون 2016). يتم اقتباس هذه المزايا وتطبيقها بانتظام من قبل مشغلي الأكوابونك التجاريين وتستخدم كمسار للتسويق وتنظيم الأسعار للمنتجات (الأسماك والنباتات)، وبالتالي فإن استخدام اسم «أكوابونيكش» يربط مباشرة وعلى الفور أن المنتجات التي وصفت على هذا النحو قد تم إنتاجها مع الطرق التي تحتوي على المزايا المدرجة أو الاستفادة منها. ومع ذلك، لا يوجد تنظيم رسمي للصناعة يفرض أن استخدام الكلمة (aquaponics) لا يحدث إلا عندما تكون المزايا واضحة وموجودة في إطار التكنولوجيا والأساليب المطبقة. إذا تم تعيين المزايا المذكورة أعلاه إلى أكوابونيكش كتكنولوجيا، ثم بالتأكيد التكنولوجيا يجب أن توفر المزايا المنصوص عليها، وإذا كانت التكنولوجيا لا توفر المزايا، ثم لا ينبغي تطبيق كلمة (لينارد 2017).

   

   الشكل 5.3 مخطط مبسط لتدفقات المياه الرئيسية داخل نظام أكوابوني منفصل. و يمكن تكييف تركيزات المغذيات في كل مكون على حدة و فقا لمتطلبات كل عنصر على حدة

   لأن أكوابونيكش يمكن تعريفها إما من حيث جانب تكامل معدات الأجهزة (راس مع الزراعة المائية)، وتقاسم المغذيات أو خصائص التقسيم أو قدرتها على توفير مزايا هامة، لا يزال هناك مجموعة واسعة من التطبيقات الممكنة للاسم للعديد من التقنية المختلفة النهج التي تستخدم أساليب مختلفة وتتطلب نتائج مختلفة. لذلك، يبدو أن التعريف الفعلي للأكوابونيكش لا يزال دون حل.

   ول ذلك يبدو أن أسئلة هامة جدا لم تجب بعد: ما هي أكوابونيكش وكيف يتم تعريفها?

   و هذا يشير إلى أن أحد الجوانب الهامة جدا التي ينبغي أن تنظر فيها الصناعة المائية هو وضع تعريف صادق و متفق عليه. وسوف تستمر صناعة أكوابونيكش الأوسع في أن تكون مليئة بالخلاف إذا لم يتم الاتفاق على تعريف، والأهم من ذلك، أن المستهلكين من المنتجات المنتجة في أنظمة أكوابونك سوف تصبح أكثر وأكثر الخلط حول ما هو أكوابونيكش في الواقع - حالة من الأمور التي لن تساعد على النمو و تطور هذه الصناعة.

3. 5-3 المبادئ العامة

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

   على الرغم من أن تعريف أكوابونيكش لم يتم حله تماما، هناك بعض المبادئ العامة التي ترتبط مع مجموعة واسعة من الأساليب والتكنولوجيات المائية.

   إن استخدام المغذيات المضافة إلى النظام المائي بأكبر قدر ممكن من الكفاءة والأمثل لإنتاج منتجين رئيسيين للمؤسسة (أي الكتلة الحيوية للأسماك والنباتات) هو مبدأ أول هام ومشترك يرتبط بالتكنولوجيا (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Delaide et al. 2016؛ Knaus and Palm 2017). لا فائدة من إضافة المغذيات (التي تنطوي على تكلفة متأصلة من حيث المال والوقت والقيمة) إلى نظام لمراقبة نسبة عالية من هذه العناصر الغذائية مقسمة إلى عمليات أو متطلبات أو نواتج لا ترتبط مباشرة بالأسماك والنباتات المنتجة، أو أي حياة وسيطة الأشكال التي يمكن أن تساعد على حصول الأسماك والنباتات على المغذيات (أي الكائنات الدقيقة - البكتيريا والفطريات وما إلى ذلك) (لينارد 2017). ولذلك، ربما يكون أهم مبدأ عام يرتبط بالأحياء المائية هو استخدام المغذيات التطبيقية بأكبر قدر ممكن من الكفاءة لتحقيق الإنتاج الأمثل لكل من الأسماك والنباتات.

   ويمكن أيضا تطبيق هذه الحجة نفسها على الاحتياجات المائية للنظام المائي المعني؛ ومرة أخرى، ينبغي استخدام المياه المضافة إلى النظام بشكل رئيسي من قبل الأسماك والنباتات واستخدامها بأكبر قدر ممكن من الكفاءة وعدم السماح لها بالتسرب إلى العمليات أو أشكال الحياة أو النتائج التي لا تكون مباشرة المرتبطة بإنتاج الأسماك والنباتات أو قد تؤثر على البيئة المحيطة (لينارد 2017).

   من حيث القيمة الحقيقية، يؤدي الاستخدام الفعال للمغذيات والماء إلى العديد من مبادئ التصميم التي يتم تطبيقها على نطاق واسع على طريقة أكوابونك:

   1 - وأهم مبدأ في علم الأحياء المائية هو استخدام النفايات التي تنتجها الأسماك كمصدر أساسي للمغذيات للنباتات. في الواقع، هذه هي الفكرة الكاملة من أكوابونيكش وهكذا يجب أن يكون سائق من الدرجة الأولى لهذه الطريقة. تم تصور علم الأحياء المائية تاريخيا كنظام لزراعة النباتات باستخدام نفايات الاستزراع المائي بحيث يكون لنفايات الاستزراع المائي أثر بيئي أقل واعتبرت سلعة إيجابية ومربحة بدلاً من كونها منتج نفايات مزعج مع تكلفة مرتبطة للوفاء بالتشريعات البيئية (راكوسي وهارغريفيس 1993؛ الحب وآخرون. 2015أ، ب).

   2 - وينبغي أن يشجع تصميم النظام على استخدام تكنولوجيات حفظ الأسماك وتربية النباتات التي لا تستوعب بطبيعتها موارد المياه أو المغذيات المضافة أو تستغلها بطريقة مدمرة. على سبيل المثال، يتم تثبيط مكونات حفظ الأسماك القائمة على استخدام الأحواض الترابية، لأن البركة الترابية لديها القدرة على استخدام الموارد المائية والمغذيات غير المتاحة للأسماك والنباتات المرتبطة بها، مما يقلل من كفاءة استخدام المياه والمغذيات في النظام. وبالمثل، لا ينبغي لطرق زراعة النباتات المائية استخدام وسائل الإعلام التي تستهلك كميات مفرطة من المغذيات أو الماء وتجعلها غير متاحة للنباتات (لينارد 2017).

   3 - ولا ينبغي أن يهدر تصميم النظام المغذيات أو المياه عن طريق إنتاج مجاري النفايات الخارجية. في المقام الأول، إذا تركت المياه والمغذيات النظام عن طريق مجرى النفايات، فإن هذه المياه والمواد المغذية لا تستخدم لإنتاج الأسماك أو النباتات، وبالتالي، يتم إهدار المياه وتلك المغذيات، والنظام ليس بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. و بالإضافة إلى ذلك, فإن إنتاج مجاري النفايات يمكن أن يكون له أثر بيئي محتمل. إذا تركت مياه الصرف الصحي والمغذيات النظام المائي، فيجب استخدامها في تكنولوجيات إنتاج نباتات بديلة من الخارج إلى النظام بحيث لا تهدر المياه والمغذيات، وتسهم في الإنتاج الكلي للكتلة الحيوية الصالحة للأكل أو للبيع، ولا تمثل إمكانية أوسع للتأثير البيئي ( تايسون وآخرون 2011).

   4 - و ينبغي تصميم النظام بحيث يقلل أو ينفي تماما الأثر البيئي المباشر الناجم عن الماء أو المغذيات. ويتمثل الهدف الأول من علم الأحياء المائية في استخدام النفايات التي تنتجها الأسماك كمصدر للمغذيات للنباتات من أجل إبطال إطلاق تلك المغذيات مباشرة إلى البيئة المحيطة حيث يمكن أن تتسبب في تأثيرات (Tyson et al. 2011).

   5 - وينبغي أن تكون تصميمات نظام أكوابونك مناسبة بشكل مثالي لتكون موجودة داخل الهياكل والأوضاع الخاضعة للرقابة البيئية (مثل البيوت البلاستيكية وغرف الأسماك). وهذا يتيح إمكانية تحقيق أفضل معدلات إنتاجية للأسماك والنباتات من النظام. معظم التصاميم المائية مرتفعة نسبيا من حيث التكاليف الرأسمالية والتكاليف المستمرة للإنتاج، وبالتالي، فإن القدرة على إيواء النظام في بيئة مثالية يعزز إمكانات الربح التي تبرر ماليا ارتفاع رأس المال وتكاليف الإنتاج (لينارد 2017).

   ترتبط مبادئ التصميم الموضحة أعلاه بشكل مباشر بمجموعة من المبادئ العامة التي غالباً ما يتم تطبيقها، ولكن ليس دائمًا، على بيئة الإنتاج المائي. وتتعلق هذه المبادئ العامة بكيفية عمل النظام وكيفية تقسيم العناصر الغذائية بين النظام وسكانه.

   الفرضية الأساسية للأكوابونيات المائية، في سياق ديناميكي للمغذيات، هي أن الأسماك تغذي علف الأسماك، وتقوم باستقلاب واستخدام المغذيات في علف الأسماك، وتطلق نفايات الأسماك على أساس المواد الموجودة في علف الأسماك التي لا تستخدمها (بما في ذلك العناصر)، والوصول إلى تلك النفايات الأيضية للأسماك واستخدامها كميات صغيرة منها، ولكن تحول الباقي، ثم تصل النباتات إلى تلك البكتيريا المحولة وإزالتها، والنفايات الأيضية للأسماك كمصادر للمغذيات، وإلى حد ما، تنظيف الوسط المائي لتلك النفايات والتصدي لأي تراكم مرتبط به (Rakocy وHargreaves 1993؛ Love et al. 2015a، b).

   ولأن نظم إنتاج الأسماك القائمة على الأرض تزيل المغذيات نفسها، فإن علم الأحياء المائية يستخدم عادة ما يعرف باسم مبادئ نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي (RAS) لعنصر إنتاج الأسماك (Rakocy and Hargreaves 1993; Timmons et al. 2002). يتم حفظ الأسماك في خزانات مصنوعة من مواد لا تزيل المواد المغذية من الماء (البلاستيك، الألياف الزجاجية، الخرسانة، الخ)، ويتم تصفية المياه لمعالجة أو إزالة النفايات الأيضية من الأسماك (المواد الصلبة وغازات الأمونيا الذائبة) ثم يتم توجيه الماء (والمواد المغذية المرتبطة بها) إلى النبات عنصر الاستزراع حيث تستخدم النباتات نفايات الأسماك كجزء من مواردها الغذائية (Timmons et al. 2002). أما بالنسبة للأسماك، فإن مكونات زراعة النباتات القائمة على الأرض لا تستخدم لأن التربة المعنية تزيل المغذيات وقد لا تجعلها بالضرورة متاحة بالكامل للنباتات. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تقنيات زراعة النباتات المائية لا تستخدم التربة وهي أنظف من النظم القائمة على التربة وتسمح ببعض السيطرة السلبية على مخاليط الكائنات الحية الدقيقة الموجودة.

   تتطلب النباتات المستزرعة في الزراعة المائية التقليدية إضافة ما يعرف باسم الأسمدة المعدنية: المغذيات الموجودة في أشكالها القاعدية والأيونية (مثل النترات والفوسفات والبوتاسيوم والكالسيوم وغيرها كأيونات) (Resh 2013). وعلى العكس من ذلك، يجب أن تطبق نظم الاستزراع المائي المبادلات المائية المنتظمة (اليومية) للسيطرة على تراكم نواتج الأيض في نفايات الأسماك (Timmons et al. 2002). يسعى Aquaponics إلى الجمع بين شركتين منفصلتين لإنتاج نتيجة تحقق أفضل التكنولوجيات اثنين في حين ينفي الأسوأ (Goddek et al. 2015).

   تتطلب النباتات مجموعة من العناصر الكلية والصغيرة للنمو الأمثل والفعال. وفي الأحياء المائية، تنشأ غالبية هذه العناصر الغذائية من نفايات الأسماك (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Lennard 2017؛ COST FA1305 2017). ومع ذلك، فإن تغذية الأسماك (المصدر الرئيسي لمغذيات النظام المائي) لا تحتوي على جميع العناصر الغذائية اللازمة للنمو الأمثل للنباتات، وبالتالي فإن التغذية الخارجية، بدرجات متفاوتة، مطلوبة.

   تضيف الزراعة المائية القياسية وتربية الركيزة المغذيات إلى الماء في أشكال متاحة مباشرة للنباتات (أي الأشكال الأيونية وغير العضوية المنتجة عن طريق إضافات ملحية مصممة) (Resh 2013). وتوجد نسبة من النفايات التي تطلق من الأسماك في أشكال متاحة مباشرة للنباتات (مثل الأمونيا) ولكنها قد تكون سامة للأسماك (Timmons et al. 2002). يتم تحويل هذه الأيض المذاب ونفايات الأسماك الأيونية، مثل الأمونيا، عن طريق الأنواع البكتيرية في كل مكان التي تحل محل أيونات الهيدروجين بأيونات الأكسجين، والمنتج من الأمونيا هو نترات، وهو أقل سمية بكثير للأسماك ومصدر النيتروجين المفضل للنباتات (لينارد 2017). أما العناصر الغذائية الأخرى المناسبة لامتصاص النباتات فهي مقيدة في الجزء الصلب من نفايات الأسماك كمركبات عضوية وتتطلب مزيداً من المعالجة عن طريق التفاعل الميكروبي لجعل العناصر الغذائية متاحة لامتصاص النبات (Goddek et al. 2015). لذلك، تتطلب أنظمة أكوابونك مجموعة من البكتيريا لتكون موجودة لأداء هذه التحولات.

   والمفتاح الرئيسي لتحقيق التكامل المائي الأمثل هو تحديد النسبة بين ناتج نفايات الأسماك (كما يتأثر مباشرة بإضافة علف الأسماك) واستخدام المغذيات النباتية (راكوسي وهارغريفيس 1993؛ لينارد وليونارد 2006؛ غودديك وآخرون 2015). وقد و ضعت قواعد و نماذج مختلفة في محاولة لتحديد هذا التوازن. وضعت راكوسي وآخرون (2006) نهجاً يطابق متطلبات منطقة زراعة النبات مع المدخلات اليومية من علف الأسماك، وأطلق عليه اسم «نسبة تغذية أكوابونك». وتتراوح نسبة التغذية بين 60 و100 غرام من علف الأسماك المضافة يوميا، لكل متر مربع من مساحة زراعة النباتات (60-100 جم/مسوب/يوم). تم تطوير نسبة التغذية هذه باستخدام Tilapia spp. الأسماك التي تتناول نظاماً غذائياً تجارياً معيارياً بنسبة 32% من البروتين (Rakocy and Hargreaves 1993). وبالإضافة إلى ذلك، فإن النظام المائي هذه النسبة خاصة (المعروف باسم نظام Aquaponic Aquaponic System جامعة جزر فيرجن) لا يستخدم جزء نفايات الأسماك الصلبة، ويتم تزويده بالنيتروجين ويتطلب في النظام، وإزالة النتريفيكاتيون السلبي للسيطرة على معدل تراكم النيتروجين ( لينارد 2017). وحددت بلدان أخرى نسب بديلة على أساس مجموعات مختلفة من الأسماك والنباتات، تم اختبارها في ظروف محددة مختلفة (على سبيل المثال Endut et al. 2010 - 15-42 g/msup2/sup/day لسمك السلور الأفريقي، Clarias gariepinus ونباتات السبانخ المائية، Ipomoea aquatica).

   تم تطوير نسبة تغذية الأشعة فوق البنفسجية من قبل راكوسي وفريقه كنهج تقريبي؛ ومن هنا السبب في أنها ذكرت كنطاق (Rakocy and Hargreaves 1993). تحاول نسبة UVI حساب حقيقة أن النباتات المختلفة تتطلب كميات ومخاليط من المغذيات المختلفة، وبالتالي فإن نهج التصميم المائي «العام» هو احتمال صعب. وضعت لينارد (2017) نهجاً بديلاً يسعى إلى المطابقة المباشرة لمعدلات الإنتاج الفردي للنفايات السمكية من المغذيات (استناداً إلى علف الأسماك المستخدمة وتحويل الأسماك واستخدامها) مع معدلات امتصاص المغذيات النباتية المحددة بحيث تكون نسبة الأسماك إلى النباتات مطابقة لأي يمكن تحقيق الأسماك أو الأنواع النباتية المختارة و إدراجها في تصميم النظام المائي. وهو يطابق نهج التصميم هذا مع نهج إدارة محدد يستخدم أيضا جميع العناصر الغذائية المتاحة في جزء النفايات الصلبة للأسماك (عن طريق إعادة التدوير الهوائي للنفايات الصلبة للأسماك) ويضيف فقط العناصر الغذائية المطلوبة من قبل الأنواع النباتية المختارة للاستزراع المفقود من كسور إنتاج نفايات الأسماك. ولذلك، فإن هذا يقلل بشكل كبير من نسبة معدل التغذية المرتبطة بها (على سبيل المثال أقل من 11 غرام/مسوب/يوم لبعض الأصناف الخضراء الورقية كمعادل للضوء فوق البنفسجي) ويسمح لأي نوع من أنواع الأسماك أن تكون مطابقة بشكل محدد ودقيق لأي نوع من النباتات المختارة (لينارد 2017). وبالمثل، اقترح Goddek et al. (2016) نماذج تسمح بتحديد نسبة المكونات النباتية للأسماك الأكثر صرامة للأنظمة المائية المنفصلة.

   المبادئ العامة لاستخدام المغذيات بكفاءة، وانخفاض وكفاءة استخدام المياه، وانخفاض أو نفي الأثر البيئي، والقدرة على الابتعاد عن موارد التربة التقليدية، واستدامة استخدام الموارد هي المبادئ العامة المطبقة على تصميم وتكوين نظام أكوابوني، و ينبغي تشجيع التطبيق داخل الميدان و الصناعة.

4. 5-4 مصادر المياه

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

   المياه هي الوسيلة الرئيسية المستخدمة في النظم المائية لأنها مشتركة بين العنصرين الرئيسيين للنظام (الأسماك والمكونات النباتية)، وهي الناقل الرئيسي لموارد المغذيات داخل النظام، وهي تحدد البيئة الكيميائية العامة التي تستزرع فيها الأسماك والنباتات. ولذلك، فهو عنصر حيوي قد يكون له تأثير كبير على النظام.

   وفي النظام المائي، فإن سياق البيئة القائمة على الماء ومصدر المياه وما تحتويه المياه المصدر كيميائياً ومادياً وبيولوجياً يؤثران تأثيراً كبيراً على النظام لأنه يضع خط أساس لما هو مطلوب إضافته إلى النظام بواسطة مختلف مدخلات النظام. وهذه المدخلات، بدورها، تؤثر وتضع البيئة التي تستزرع فيها الأسماك والنباتات. فعلى سبيل المثال، تشمل بعض المدخلات الرئيسية من حيث المغذيات في أي نظام أكوابوني، على سبيل المثال لا الحصر، علف الأسماك (وهو مورد مغذي أساسي للنظام)، والمخازن المستخدمة (التي تساعد على مراقبة وتعيين قيم الأس الهيدروجيني المرتبطة بكل من مكونات الأسماك والنبات) وأي عوامل خارجية إضافة المغذيات أو المكملات الغذائية اللازمة لتلبية الاحتياجات الغذائية للأسماك والنباتات (لينارد 2017).

   وقد صُممت أعلاف الأسماك لتوفير التغذية اللازمة لنمو الأسماك وصحتها، وبالتالي فهي تحتوي على مخاليط وكميات من المغذيات في المقام الأول لمساعدة الأسماك المستزرعة (Timmons et al. 2002؛ Rakocy et al. 2006). ومن ناحية أخرى، فإن للنباتات متطلبات مختلفة من المغذيات للأسماك، ونادرا ما تلبي الأعلاف السمكية، إن وجدت، مجموع احتياجات النباتات من المغذيات (Rakocy et al. 2006). وبسبب هذا، فإن الأنظمة المائية التي تقوم باستزراع الأسماك والنباتات باستخدام موارد المغذيات المستمدة من العلف السمكية وحدها قد تنتج الأسماك بكفاءة وعلى النحو الأمثل، ولكنها نادراً ما تفعل ذلك للنباتات. وتعترف أفضل تصميمات النظام المائي بأن النتيجة النهائية هي إنتاج كل من الأسماك والنباتات بمعدلات نمو مثالية وفعالة، وبالتالي، تدرك أيضا أن هناك حاجة إلى شكل من أشكال التغذية الإضافية لتلبية الاحتياجات الإجمالية من المغذيات النباتية (Rakocy et al. 2006; Suhl et al. 2016).

   تعتمد الأنظمة المائية التقليدية المعاد تدويرها بالكامل بشكل عام على علف الأسماك (بعد أن تستهلك الأسماك تلك العلف، واستقلالها واستخدمت المغذيات داخلها) كمصدر رئيسي للمغذيات للنباتات وتكمل أي مغذيات مفقودة تحتاجها النباتات عبر شكل من أشكال نظام التخزين المؤقت ( Rakocy et al. 2006) أو عن طريق إضافة المغذيات الإضافية (مثل إضافة أشكال المغذيات المخلبة مباشرة إلى مياه الاستزراع أو بإضافة المغذيات عن طريق الرش الورقي) (Roosta وHamidpour 2011).

   وأفضل مثال على هذا النهج التقليدي لإعادة تدوير أكوابوني هو نظام أكوابوني UVI (جامعة جزر فيرجن) الذي طوره الدكتور جيمس راكوسي وفريقه UVI (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Rakocy et al. 2006). يضيف تصميم UVI بشكل أساسي العناصر الغذائية لكل من الأسماك والاستزراع النباتي من خلال إضافات علف الأسماك. ومع ذلك، فإن تغذية الأسماك لا تحتوي على ما يكفي من الكالسيوم (كاسب+/سوب) والبوتاسيوم (كسوب+/سوب) للاستزراع النباتي الأمثل. ويؤدي تحويل الأمونيا المذابة إلى نترات عن طريق البكتيريا إلى إنتاج أيونات الهيدروجين على نطاق المنظومة داخل عمود الماء، ويؤدي انتشار هذه الأيونات الهيدروجينية إلى انخفاض مستمر في درجة الحموضة المائية في النظام نحو الحمض. يضيف نظام التخزين المؤقت المستخدم الكالسيوم والبوتاسيوم المفقودين بإضافة الأملاح الأساسية (غالباً الأملاح القائمة على أيونات الكربونات أو البيكربونات أو الهيدروكسيل المقترنة بالكالسيوم أو البوتاسيوم) إلى النظام الذي يساعد على التحكم في درجة الحموضة المائية للنظام عند مستوى يلبي المتطلبات البيئية للدرجة الحموضة المشتركة و الأسماك و النباتات, مع توفير الكالسيوم و البوتاسيوم الإضافيين اللذين تحتاج إليهما النباتات (Rakocy et al. 2006). وبالإضافة إلى ذلك، يضيف نظام UVI مغذيات رئيسية أخرى لنمو النبات غير متوفرة في تغذية الأسماك القياسية، الحديد (الحديد)، عن طريق إضافات مخلب الحديد العادية والخاضعة للرقابة. ولذلك، فإن البوتاسيوم والكالسيوم والحديد التي تحتاجها النباتات والتي لا توجد في علف الأسماك متوفرة عن طريق هاتين الآليتين الإضافيتين لإمدادات المغذيات (Rakocy et al. 2006).

   تعتمد التصاميم المائية المنفصلة مقاربة لاستزراع الأسماك والنباتات بطريقة تستخدم فيها الأسماك المياه ويتم تزويد النباتات بمغذيات نفايات الأسماك، دون إعادة تدوير المياه إلى الأسماك (Karimanzira et al. 2016). وبالتالي، تتيح التصميمات المنفصلة مزيدًا من المرونة في تخصيص كيمياء المياه، بعد استخدام الأسماك، من أجل تحسين الإنتاج النباتي، لأن إضافة العناصر الغذائية غير الموجودة في علف الأسماك (ونفايات الأسماك) قد تتحقق دون أي مخاوف من عودة المياه إلى الأسماك (Goddek et al. 2016). وهذا يعني أن التصاميم المنفصلة يمكن أن تطبق مزيجاً من المغذيات ونقاط القوة أكثر صرامة على مياه الاستزراع، بعد استخدام الأسماك، لأغراض الاستزراع النباتي، ويمكن تحقيق ذلك من خلال تكميل المغذيات أكثر صرامة ومكثفة.

   وفي كلتا الحالتين (تصميمات النظم المائية المعاد تدويرها وفصلها)، فإن فهم النوعية الكيميائية للمياه المصدر أمر حيوي بحيث يمكن تحقيق تركيزات المغذيات المثلى للنباتات. على سبيل المثال، إذا كانت المياه المصدر تحتوي على الكالسيوم (وهي حالة غالبا ما تظهر عند استخدام موارد المياه الجوفية)، فإن ذلك سيؤثر ويغير نظام التخزين المؤقت المطبق على إعادة تدوير التصميمات المائية ومدى المكملات الغذائية المطبقة على تصميم مفصول لأن الكالسيوم الموجود في فإن مياه المصدر ستعوض عن أي مكملات مطلوبة لتلبية احتياجات النبات من الكالسيوم (لينارد 2017). أو، إذا كانت المياه المصدر تحتوي على تركيزات مرتفعة من الصوديوم (NASUP+/Sup) (مرة أخرى، غالباً ما يتم رؤيتها مع موارد المياه الجوفية ولا تستخدم محطات المغذيات والتي يمكن أن تتراكم في مياه النظام)، فمن المهم معرفة مقدار الموجود حتى يمكن تطبيق أساليب الإدارة لتجنب النباتات المحتملة سمية المغذيات (راكوسي وآخرون 2006). ولذلك، فإن الطبيعة الكيميائية للمياه المصدر أمر حيوي لصحة النظام المائي وإدارتها بشكل عام.

   في نهاية المطاف، لأن كيمياء المياه المصدر يمكن أن تؤثر على إدارة المغذيات نظام أكوابونك ولأن مشغلي أكوابونك ترغب في الحصول على القدرة على التعامل مع المياه أكوابونك وكيمياء المغذيات إلى درجة عالية، فإن مصدر المياه مع القليل، إن وجدت، كيمياء المياه المرتبطة بها أمر مرغوب فيه للغاية (لينارد 2017). وبهذا المعنى، فإن مياه الأمطار أو المياه المعالجة لإزالة المواد الكيميائية (مثل التناضح العكسي) هي أفضل مصدر للمياه لأكوابونيكش في سياق كيمياء المياه (Rakocy et al. 2004a, b; Lennard 2017). المياه الجوفية مناسبة أيضاً، ولكن يجب التأكد من أنها لا تحتوي على مواد كيميائية أو أملاح بتركيزات مرتفعة جداً بحيث لا تكون عملية (مثل تركيزات المغنيسيوم العالية أو الحديد) أو تحتوي على أنواع كيميائية لا تستخدمها الأسماك أو النباتات (مثل تركيزات الصوديوم العالية) (لينارد 2017). وقد تكون مياه الأنهار مناسبة أيضا كمصدر مائي مائي مائي, و لكن كما هو الحال بالنسبة لمصادر المياه الأخرى, ينبغي اختبارها لل تأكد من و جود المواد الكيميائية و تركيزاتها. وتطبق مصادر المياه في المدن (أي المياه الشبكية والموردة للأغراض المنزلية والاستهلاكية) على نطاق واسع في علم الأحياء المائية (Love et al. 2015a, b) وتكون مقبولة أيضا إذا كانت تحتوي على مغذية أو ملح أو تركيزات كيميائية مقبولة. وفي حالة الموارد المائية التي توفرها البلدات، تجدر الإشارة إلى أن العديد من الإمدادات لديها شكل من أشكال التعقيم المطبق لجعل المياه صالحة للشرب للبشر. وإذا كان هذا المصدر من الماء سيستخدم في الزراعة المائية، فمن المهم التأكد من عدم وجود أي مواد كيميائية يمكن تطبيقها لتحقيق التعقيم (مثل الكلور والكلورامين وما إلى ذلك) في تركيزات يمكن أن تضر بالأسماك أو النباتات أو الكائنات الحية الدقيقة داخل نظام أكوابونك (لينارد 2017).

   الكيمياء المرتبطة بالمياه المصدر ليست العامل الوحيد الذي يحتاج إلى النظر عند توريد المياه المصدر للاستخدام المائي. وقد تحتوي العديد من المياه الطبيعية أيضا على ميكروبات وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة التي قد تؤثر على الصحة الإيكولوجية العامة للنظام المائي أو تشكل خطرا ملحوظا على صحة الإنسان. ونادرا ما تحتوي مياه الأمطار على ميكروبات بنفسها؛ غير أن السفن أو الصهاريج التي يمكن أن تخزن فيها مياه الأمطار قد تحتوي على الانتشار الجرثومي أو تسمح به. وعادة ما تكون المياه الجوفية جيدة من حيث الوجود الميكروبي ولكنها قد تحتوي أيضاً على أحمال ميكروبية عالية، خاصة إذا كانت مصدرها مناطق مرتبطة بتربية الحيوانات أو معالجة النفايات البشرية. وقد تحتوي مياه الأنهار أيضا على أحمال ميكروبية عالية بسبب الزراعة أو تدفق معالجة النفايات البشرية، وينبغي فحصها مرة أخرى عن طريق تحليل ميكروبي مفصل (لينارد 2017).

   وبما أن الطبيعة الكيميائية والميكروبية لمياه المصدر المستخدمة في النظم المائية يمكن أن تكون لها آثار محتملة على كيمياء مياه النظام وعلم الأحياء الدقيقة، فمن المستحسن أن يتم تعقيم ومعالجة أي مصدر مائي مطبق لإزالة المواد الكيميائية (مثل التناضح العكسي والتقطير وما إلى ذلك) قبل استخدامه في نظام أكوابونك (لينارد 2017). إذا تم تطبيق التعقيم عالميا، فإن فرصة إدخال أي ميكروبات أجنبية وغير مرغوب فيها إلى النظام تنخفض إلى حد كبير. إذا تم تطبيق معالجة المياه وترشيحها، سيتم إزالة أي مواد كيميائية أو أملاح أو مغذيات غير مرغوب فيها أو مبيدات آفات أو مبيدات أعشاب، وما إلى ذلك، وبالتالي لا يمكن أن تسهم سلبا في النظام.

   مصدر المياه النظيفة، خالية من الميكروبات والأملاح والمواد المغذية وغيرها من المواد الكيميائية يسمح للمشغل أكوابونك بالتلاعب بمياه النظام لاحتواء خليط المغذيات والقوة التي يحتاجونها دون خوف من أن تؤثر أي تأثيرات خارجية على تشغيل النظام أو على صحة وقوة و الأسماك و النباتات, وهو شرط حيوي لأي عملية تجارية لل تربية المائية.

5. 5.5 متطلبات جودة المياه

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

   تمثل أكوابونيكش جهدا للسيطرة على نوعية المياه بحيث يتم استنساخ جميع أشكال الحياة الحالية (الأسماك والنباتات والميكروبات) في أقرب ما يمكن من ظروف كيمياء المياه المثالية (Goddek et al. 2015). إذا كان يمكن مطابقة كيمياء المياه مع متطلبات هذه المجموعات الثلاث من أشكال الحياة الهامة، فإن الكفاءة وتحسين النمو والصحة للجميع قد يطمح إليها (لينارد 2017).

   التحسين مهم للإنتاج المائي التجاري لأنه فقط من خلال التحسين يمكن تحقيق النجاح التجاري (أي الربحية المالية). ولذلك، فإن كيمياء المياه ومتطلبات جودة المياه داخل النظام المائي هي محورية لتحقيق النجاح التجاري والاقتصادي النهائي للمؤسسة (Goddek et al. 2015).

   و هناك حاليا خلاف داخل قطاع صناعة و مجتمع الأحياء المائية الأوسع نطاقا فيما يتعلق بما يمثل نوعية جيدة أو مقبولة لل مياه داخل النظم المائية. ويبدو أن من المقبول عالميا أن متطلبات كيمياء المياه الطبيعية للحياة الفردية تشكل مجموعات فرعية (الأسماك والنباتات والميكروبات) متفق عليها على نطاق واسع (Rakocy وHargreaves 1993؛ Rakocy et al. 2006؛ Goddek et al. 2015؛ Delaide et al. 2016؛ Lennard 2017). ومع ذلك، يبدو أن وجود مجموعة واسعة من النهج والأساليب والخيارات التكنولوجية التي تسمى الأحياء المائية وخلفية أو تاريخ التكنولوجيات القائمة بذاتها المرتبطة بنظم إعادة تدوير الاستزراع المائي (RAS) واستزراع النباتات المائية (بما في ذلك زراعة الركيزة) يؤدي إلى الخلافات بين المشغلين والعلماء والمصممين. على سبيل المثال، مع أخذ واحد فقط من بارامترات كيمياء المياه في الاعتبار، وهو الرقم الهيدروجيني، يجادل البعض بأن متطلبات الأس الهيدروجيني للنباتات المستزرعة المائية تختلف كثيراً عن متطلبات الأس الهيدروجيني لأنواع أسماك المياه العذبة المستزرعة (Suhl et al. 2016). تطبق الصناعة المائية بشكل عام إعدادات الأس الهيدروجيني بين 4.5 و 6.0 للاستزراع النباتي القائم على المياه (Resh 2013)، في حين أن صناعة RAS تطبق عادة إعدادات الأس الهيدروجيني بين 7.0 و 8.0 (Timmons et al. 2002) لتلبية متطلبات الأسماك والميكروبات الموجودة (التي تؤدي مهمة تحولات نواتج نواتج نفايات الأسماك المحتملة السمية إلى أشكال أقل سمية). وبالتالي، فإن الحجة هي أن أي نقطة لتحديد الأس الهيدروجيني هي حل وسط بين متطلبات النباتات والأسماك والميكروبات وبالتالي فإن درجة الحموضة المثلى لجميع أشكال الحياة غير قابلة للتحقيق مما يؤدي إلى إنتاج النبات دون المستوى الأمثل (Suhl et al. 2016). غير أن آخرين يجادلون بأن التدقيق الدقيق في تعقيدات ديناميات المغذيات في امتصاص المغذيات النباتية قد يوضح رأيا مختلفا (لينارد 2017).

   تغذي الأنظمة المائية (وتربية الركيزة) المغذيات للنباتات في أشكالها القاعدية والأيونية بإضافة أملاح المغذيات إلى الماء التي تنفصل لإطلاق أيونات المغذيات المتاحة (Resh 2013). وقد أظهرت البحوث أن هذه الأشكال من المغذيات الأيونية موجودة في نافذة من توافر النبات، استنادا إلى الرقم الهيدروجيني للمياه المتاحة في النظام. لذلك، في السياق المائي القياسي، مع عدم وجود نباتات ميكروبية موجودة (أي معقمة - كما هي معظم الأنظمة المائية)، من المهم ضبط درجة الحموضة لمياه النظام إلى مستوى يجعل خليط المغذيات الأيونية التي يحتاجها النبات متاحًا قدر الإمكان (Resh 2013). وفي إطار أي نظام مائي، فإن هذا هو حل وسط في حد ذاته، لأنه كما يوضح أي مخطط لتوافر المغذيات الأيونية (انظر الشكل 5.4)، فإن أشكال المغذيات الأيونية المختلفة هي الأكثر توافراً في المواد الغذائية المختلفة (Resh 2013). هذا هو الارتباط القياسي لتوافر المغذيات الأيونية الذي تستخدمه الصناعة المائية كبرايمر لنقاط تحديد الأس الهيدروجيني ويشرح لماذا درجة الحموضة التشغيلية الهيدروبونية المطلوبة في مكان ما بين 4.5 و 6.0 (بيئة حمضية) في أنظمة الاستزراع المائي والركيزة المعقمة.

   وبدلاً من ذلك، يطبق RAS نقطة تحديد درجة الحموضة في الماء بناءً على ما هو طبيعي للأسماك التي يتم استزارتها والميكروبات التي تعالج وتحول منتجات النفايات السمكية

   

   ** الشكل 5.4** مثال على الرسم البياني القياسي للدرجة الحموضة، وتوافر المغذيات للنباتات المستزرعة المائية. يمثل الخط الأحمر درجة حموضة تشغيلية عادية لنظام مائي؛ الخط الأزرق الذي بالنسبة لنظام أكوابونك

   (تيمونز وآخرون 2002؛ غودديك وآخرون 2015؛ سوهل وآخرون 2016). في بيئات المياه العذبة الطبيعية، تتطلب معظم أنواع الأسماك درجة حموضة بيئية (أي درجة الحموضة في الماء) تتطابق بشكل وثيق مع الرقم الهيدروجيني الداخلي للأسماك، والتي غالبا ما تكون قريبة من الرقم الهيدروجيني البالغ 7.4 (لينارد 2017). وبالإضافة إلى ذلك، فإن الميكروبات الرئيسية المرتبطة بالتحول المستقلب المذاب في زراعة RAS (بكتيريا النترجة من عدة أنواع) تتطلب أيضا درجة حموضة حوالي 7.5 من أجل التحول الأمثل للأمونيا إلى نترات (Goddek et al. 2015; Suhl et al. 2016). لذلك، يقوم مشغلو RAS بتطبيق نقطة تعيين الرقم الهيدروجيني تبلغ حوالي 7.5 على استزراع أسماك المياه العذبة RAS

   هناك فرق واضح بين الرقم الهيدروجيني البالغ 5.5 (متوسط الاستزراع النباتي المعياري والمعقم والمائي) ودرجة الحموضة 7.5 (وهو معيار متوسط لاستزراع أسماك RAS). لذلك، يقال بشكل عام إن الرقم الهيدروجيني يمثل أحد أكبر الحلول التوفيقية لجودة المياه الموجودة في العلوم المائية (Goddek et al. 2015; Suhl et al. 2016). وكثيرا ما يستشهد دعاة التصاميم المائية المنفصلة بهذا الاختلاف في متطلبات الأس الهيدروجيني المثلى كحجة لنهج التصميم المنفصل، مشيرين إلى أن تصاميم إعادة الدوران بالكامل يجب أن تجد حلا وسطا للدرجة الحموضة عندما يكون للتصاميم المنفصلة ترف تطبيق نقاط مختلفة لقياس درجة الحموضة المائية على الأسماك والنبات المكونات (Suhl وآخرون. 2016؛ Goddek وآخرون. 2016). ومع ذلك، فإن ما تتجاهله هذه الحجة هو أن الأنظمة المائية، على عكس الأنظمة المائية، ليست عقيمة وتستخدم تقنيات مائية إيكولوجية تشجع مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة على التواجد داخل النظام المائي (Eck 2017; Lennard 2017). وهذا يؤدي إلى مجموعة واسعة من الميكروبات الحالية، وكثير منها تشكل ارتباطات معقدة ومعقدة مع النباتات، وخاصة جذور النباتات، داخل نظام أكوابوني (لينارد 2017). ومن المعروف جيدا والراسخ في علم وظائف الأعضاء النباتية أن العديد من الميكروبات، المرتبطة وسط التربة والمصفوفة، ترتبط ارتباطا وثيقا بالجذور النباتية، وأن العديد من هذه الميكروبات تساعد النباتات على الوصول إلى المغذيات الحيوية وامتصاصها (Vimal et al. 2017). ومن المعروف أيضا أن بعض هذه الميكروبات تنتج جزيئات عضوية تساعد بشكل مباشر على نمو النبات، وتساعد على تطوير مناعة النبات وتساعد على التنافس على مسببات الأمراض النباتية (وخاصة الجذر) (فيمال وآخرون 2017؛ Srivastava et al. 2017). في جوهرها، تساعد هذه الميكروبات النباتات بطرق عديدة لا توجد ببساطة في البيئة المعقمة المطبقة في الثقافة المائية القياسية.

   ومع وجود هذه الميكروبات المتنوعة، تحصل النباتات على المغذيات بطرق عديدة غير ممكنة في النظم التي تعتمد على إعدادات الأس الهيدروجيني المائية وحدها لتمكين الوصول إلى المغذيات النباتية (مثل الزراعة المائية القياسية وتربية الركيزة). تعمل العديد من هذه الميكروبات بمستويات عالية من الأس الهيدروجيني، تمامًا مثل الميكروبات الأخرى القائمة على التربة، مثل بكتيريا النتريتشات (الرقم الهيدروجيني 6.5-8.0، Timmons et al. 2002). لذلك، مع وجود هذه الميكروبات في الأنظمة المائية، يمكن رفع نقطة تحديد الأس الهيدروجيني فوق ما يتم تطبيقه عادة في تقنيات الاستزراع المائي أو الركيزة (أي الأس الهيدروجيني من 4.5-6.0) في حين لا يزال نمو النبات المتقدم والفعال موجودًا (لينارد 2017). ويتجلى ذلك في عمل العديد من الباحثين المائية الذين أظهروا معدلات نمو النباتات في الأحياء المائية أفضل مما كانت عليه في الزراعة المائية القياسية (نيكولز ولينارد 2010).

   و تتعلق المتطلبات الأخرى لنوعية المياه في النظم المائية بالبارامترات الفيزيائية/الكيميائية, و بصورة أكثر تحديدا بارامترات الاحتياجات من المغذيات النباتية. ومن حيث المتطلبات الفيزيائية/الكيميائية، تتقاسم النباتات والأسماك والميكروبات العديد من القواسم المشتركة. الأكسجين المذاب حيوي للأسماك والجذور النباتية والميكروفلورا ويجب الحفاظ عليه في النظم المائية (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Rakocy et al. 2006). وتتطلب جذور النباتات والميكروفلورا عموماً تركيزات أقل نسبياً من معظم الأسماك؛ ويمكن للجذور النباتية والميكروبات البقاء على قيد الحياة بأقل من 3 ملغم/لتر (Goto et al. 1996)، في حين أن معظم الأسماك تتطلب أكثر من 5 ملغم/لتر (Timmons et al. 2002). لذلك، إذا تم تعيين تركيز DO داخل النظام المائي والحفاظ عليه لتلبية متطلبات الأسماك، يتم أيضا تلبية متطلبات النبات والميكروب (لينارد 2017). وتتطلب الأنواع المختلفة من الأسماك تركيزات مختلفة من المنجم الطبيعي: فأسماك المياه الدافئة (مثل Tilapia spp., barramundi) يمكن أن تتحمل عموما تركيزات أقل من أنواع أسماك المياه الباردة (مثل السلمون مثل سمك السلمون المرقط قوس قزح وشار القطب الشمالي)؛ لأن متطلبات الأسماك DO تكون دائما أكبر من النبات الجذور ومتطلبات microfloral، يجب تعيين DO لأنواع الأسماك المحددة التي يتم استزراع (لينارد 2017).

   أما تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الماء (COSUB2/sub)، مثل تركيزات DO، فعادة ما تحددها الأسماك لأن جذور النباتات والميكروبات يمكن أن تتحمل تركيزات أعلى من تركيزات الأسماك. وتكتسي تركيزات ثاني أكسيد الكربون أهمية لصحة الأسماك ونموها على النحو الأمثل، وغالباً ما يتم تجاهلها في التصاميم المائية المائية. وينبغي أن تكون البارامترات والنقاط المحددة لتركيزات COSUB2/الفرعية هي نفسها بالنسبة لنفس أنواع الأسماك المستزرعة في الأسماك فقط، وينبغي أن تظل نظم RAS وبصورة عامة أقل من 20 ملغم/لتر (Masser et al. 1992).

   درجة حرارة الماء مهمة لجميع أشكال الحياة الحالية داخل نظام أكوابونك. يجب مطابقة الأنواع السمكية والنباتية قدر الإمكان لمتطلبات درجة حرارة الماء (على سبيل المثال Tilapia spp. من الأسماك مثل 25 درجة مئوية زائد، والنباتات مثل الريحان تزدهر في هذه الحرارة العالية نسبيا للمياه؛ أصناف الخس مثل المياه الباردة، وبالتالي، فإن مرشح الأسماك أفضل مطابقة هو قوس قزح سمك السلمون المرقط) (لينارد 2017). ومع ذلك، كما هو الحال بالنسبة للبارامترات الفيزيائية والكيميائية الأخرى للمياه، فإن تلبية متطلبات الأسماك لدرجة حرارة الماء أمر بالغ الأهمية لأن الميكروبات لديها القدرة على الخضوع لاختيار الأنواع المحددة بناءً على الظروف المحيطة (على سبيل المثال، يحدث تمايز الأنواع البكتيرية في مختلف أنواع النباتات ودرجات حرارة المياه والأنواع التي تطابق أفضل لدرجة حرارة الماء معينة تهيمن على الكتلة الحيوية البكتيرية للنظام) والعديد من النباتات يمكن أن تنمو بشكل جيد للغاية في نطاق أوسع من درجات حرارة المياه (لينارد 2017). مطابقة درجة حرارة الماء، والحفاظ عليه داخل زائد أو ناقص 2 درجة مئوية (أي التحكم في درجة الحرارة عالية) إلى الأسماك، هو شرط مهم في أكوابونيكش لأنه عندما تكون درجة حرارة الماء صحيحة ولا تحيد عن المتوسط المثالي، فإن الأسماك تحقق الأيض الفعال والمحسّن وتناول الأعلاف وتحويلها بكفاءة، مما يؤدي إلى تحسين معدلات نمو الأسماك وإطلاقات حمولة النفايات مستقرة ويمكن التنبؤ بها، مما يساعد على استزراع النباتات (Timmons et al. 2002).

   الحفاظ على وضوح المياه (التعكر المنخفض) هو معلمة هامة أخرى في الثقافة المائية (Rakocy et al. 2006). ويعزى معظم تعكر المياه إلى حمولة المواد الصلبة المعلقة التي لم يتم تصفيتها بشكل كاف، وقد تؤثر هذه المواد الصلبة على الأسماك بالتمسك بخياشيمها، مما قد يقلل من معدلات نقل الأكسجين ومعدلات إطلاق الأمونيا المحتملة (Timmons et al. 2002). ويوصى بحمولة المواد الصلبة المعلقة أقل من 30 ملغم/لتر للأسماك المستزرعة المائية (Masser et al. 1992؛ Timmons et al. 2002). كما تؤثر حمولات المواد الصلبة العالية العالقة على جذور النباتات لأن لديها القدرة على التمسك بالجذور التي قد تسبب عدم كفاءة امتصاص المغذيات، ولكنها توفر بشكل أكثر شيوعاً إمكانية متزايدة لاستعمار الكائنات المسببة للأمراض، الأمر الذي يؤدي إلى سوء صحة الجذور ووفاة النبات في نهاية المطاف (Rakocy et al. 2006). وتشجع هذه المواد الصلبة المعلقة أيضا على انتشار البكتيريا غير الغذائية (الأنواع التي تتحطم وتستقلب الكربون العضوي) التي، إذا سمح لها بالهيمنة على النظم، قد تتنافس على الأنواع الأخرى المطلوبة، مثل بكتيريا النيتريكيشن.

   الموصلية الكهربائية (EC) هي مقياس غالبا ما يطبق في الزراعة المائية لفهم كمية المغذيات الكلية الموجودة في الماء. غير أنه لا يستطيع تقديم معلومات عن مزيج المغذيات، أو وجود أو عدم وجود أنواع من المغذيات الفردية، أو كمية كل نوع من أنواع المغذيات الموجودة (Resh 2013). لا يتم تطبيقه في كثير من الأحيان في أكوابونيكش لأنه يقيس فقط وجود أشكال المغذيات الأيونية (المشحونة)، وقد قيل إن أكوابونيكش هو طريقة إمدادات المغذيات العضوية، وبالتالي فإن المفوضية الأوروبية ليست تدبيراً ذا صلة (هالام 2017). ومع ذلك، فإن النباتات لا تصدر إلا الأشكال الأيونية للمغذيات، وبالتالي، يمكن استخدام EC كأداة عامة أو دليل لكمية المغذيات المتاحة للنباتات في نظام أكوابوني (لينارد 2017).

   بالنسبة للأنظمة المائية إعادة تدوير كاملة، من حيث المعلمات الفيزيائية والكيميائية، فإن الأسماك هي أكثر صرامة في متطلباتها، وبالتالي، إذا تم إدارة الأنظمة للحفاظ على متطلبات الأسماك، فإن النباتات والميكروبات لديها متطلباتها أكثر من راض (لينارد 2017). ومع ذلك، فإن الفرق عندما يتعلق الأمر بالنباتات هو حاجتها إلى وجود الخليط الصحيح وقوة العناصر الغذائية للسماح بالوصول الأمثل إلى المغذيات وامتصاصها (سواء كانت قائمة بذاتها أو بمساعدة الميكروبية) مما يؤدي إلى نمو فعال وسريع. ولذلك قد تكون الأنظمة المائية المنفصلة أكثر جاذبية بسبب التصور بأنها تسمح بتسليم المغذيات بشكل أكثر صرامة إلى النباتات (Goddek et al. 2016). ولا تحتوي علف الأسماك وبالتالي نفايات الأسماك على الخليط الصحيح من المغذيات لتلبية متطلبات النبات (Rakocy et al. 2006). ولذلك، فإن تصميم نظام أكوابونك يجب أن يفسر تلك العناصر الغذائية المفقودة وتكملها. عادة ما تكمل النظم المائية المعاد تدويرها بالكامل المغذيات عن طريق إضافتها إلى أنواع الملح المستخدمة لإدارة نظام التخزين المؤقت اليومي للدرجة الحموضة؛ ويضبط الجزء الأساسي من الملح درجة الحموضة ويتيح الجزء الإيجابي من الملح إضافة المغذيات النباتية المفقودة (مثل البوتاسيوم والكالسيوم المغنيسيوم) (راكوسي وآخرون 2006). تأخذ التصاميم المائية المنفصلة مياه الصرف والنفايات الصلبة المرتبطة بها من مكون الأسماك وتعدل المياه لاحتواء العناصر الغذائية اللازمة لإنتاج النبات بإضافة العناصر الغذائية في أشكال مختلفة (Goddek et al. 2016). وتستند هذه الإضافات من المغذيات بشكل عام إلى استخدام أنواع الملح المائي المعيارية التي لا توفر بالضرورة أي نتيجة لتعديل الأس الهيدروجيني (مثل فوسفات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وفوسفات البوتاسيوم وما إلى ذلك).

   الطريق إلى نمو النبات الفعال في النظم المائية هو توفير لمحة عن المغذيات المائية التي توفر جميع العناصر الغذائية التي يحتاجها النبات (خليط) في نقاط القوة المطلوبة (التركيز) (لينارد 2017). في التصميمات المائية المعاد تدويرها بالكامل، أو التصميمات المائية المنفصلة التي لا تطبق طرق التعقيم، يبدو أن هناك حاجة أقل لتلبية تركيزات المغذيات أو نقاط القوة المطبقة في الزراعة المائية القياسية، لأن الطبيعة الإيكولوجية للنظام تربط بين العديد من المتنوعين البكتيريا مع جذور النباتات وهذه البكتيريا تساعد على الوصول إلى المغذيات النباتية (لينارد 2017). بالنسبة للتصاميم المائية المفصولة أو غيرها من التصميمات المائية التي تطبق التعقيم على المكون النباتي وتتبع النهج التناظري المائي القياسي، يبدو أن هناك حاجة لمحاولة الاقتراب من تركيزات المغذيات المائية القياسية (Suhl et al. 2016; Karimanzira et al. 2016). ومع ذلك، فإن الحل الوسط مع النهج المنفصل هو أنه يؤدي إلى نسب مكملات خارجية تتجاوز بكثير تلك الخاصة بالتصميمات المائية المعاد تداولها بالكامل؛ ويبلغ متوسط التصميمات الأوروبية المفصولة حاليا 50٪ أو أكثر من الإضافات الخارجية للمغذيات (COST FA1305 2017؛ Goddek و Keesman 2018)، في حين أن UVI أقل من 20%، وقد توفر أنظمة أخرى أقل من 10% مكملات غذائية خارجية (لينارد 2017).

   بغض النظر عن الطريقة، يجب على جميع الأنظمة المائية أن تسعى جاهدة لتزويد النباتات بالتغذية اللازمة للنمو الأمثل وذلك لتزويد المؤسسة بأكبر فرصة للبقاء المالي. وفي هذا السياق، فإن المحتوى المغذي والقوة للمياه التي يتم تسليمها إلى النباتات مهم للغاية، وينبغي استخدام اختبار المغذيات المنتظم للمياه بحيث يمكن الحفاظ على خليط المغذيات وقوتها وإدارتها كشرط هام جدا لجودة المياه.

6. 5-6 تقنيات الاستزراع السمكي المطبقة

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

   في الأحياء المائية، يتم تطبيق جزء الاستزراع المائي من معادلة التكامل بشكل واسع في سياق قائم على الخزان، حيث يتم الاحتفاظ بالأسماك في خزانات، ويتم تصفية المياه عن طريق الآليات الميكانيكية (إزالة المواد الصلبة) والبيولوجية (تحويل الأمونيا إلى نترات) ويتم الحفاظ على الأكسجين المذاب، إما عن طريق التهوية أو حقن الأكسجين المباشر (راكوسي وآخرون 2006؛ لينارد 2017).

   وكما قيل في القسم 5.0 (مقدمة) من هذا الفصل، فإن الأمثلة التاريخية لتشينامباس (سومرفيل وآخرون 2014) واستزراع الأرز الآسيوي (هالوارت وغوبتا 2004) حيث أن التكرارات المبكرة لأكوابونيكش هي أمثلة لا أساس لها من الصحة وغير لائقة للمبادئ المائية ، لأن الأحياء المائية الحديثة تعتمد على إضافات مصممة من الأسماك وأعلاف الأسماك لتوفير مستوى مصمم من التغذية للنباتات، وبالتالي، لا يمكن اعتبار هذه الأمثلة التاريخية بأي شكل من الأشكال مماثلة (لينارد 2017).

   وتؤدي الأمثلة التاريخية المذكورة أعلاه، التي تعتمد على نظم زراعة النباتات القائمة على التربة، إلى التساؤل عن تقنيات الاستزراع المائي المناسبة للتكامل المائي. ويعد الاستزراع الواسع النطاق لأحواض المياه العذبة لأسماك الزعنفة من التربة أكبر طريقة للاستزراع يتم تطبيقها لإنتاج أسماك المياه العذبة للاستهلاك البشري (بويد وتاكر 2012). يعتمد نهج الأحواض على القاعدة الترابية للبركة، والميكروفلورا المرتبطة بها الموجودة في تلك التربة، لمعالجة ومعالجة النفايات الناتجة عن الاستزراع السمكي بحيث لا تعيش الأسماك في مياه يمكن أن تكون سامة لها (بويد وتاكر 2012). ولأن هذا النظام يعتمد على قدرة المعالجة المتأصلة في البركة الترابية نفسها، فإن كثافة الأسماك منخفضة نسبياً مقارنة بأساليب الاستزراع المائي الأخرى. ولأن كثافات الأسماك منخفضة (وبالتالي فإن معدلات التغذية المرتبطة بها منخفضة) وتعامل البركة نفسها مع النفايات المغذية التي تنتجها الأسماك وتأخذ بها، فإن مياه البرك تظهر تركيزات منخفضة للغاية من المغذيات المائية. هذه التركيزات الغذائية المائية لنظام الأحواض منخفضة لدرجة أنها غالباً ما تكون غير ملائمة كمصادر مغذيات لطرق إنتاج النباتات المائية الكبيرة والتجارية (لينارد 2017). ولذلك، فإن الأحواض ليست طريقة ملائمة للاستزراع المائي يمكن دمجها مع الزراعة المائية من حيث معدلات الإنتاج النباتي المقبولة.

   وبالمثل، فإن أساليب الاستزراع السمكي لزعانف القناة (كما تطبق بانتظام في إنتاج السالمونيد في المياه العذبة)، التي توفر كميات كبيرة جدا من المياه بمعدلات دوران عالية، أو أوقات الإقامة المنخفضة، من خلال خزانات الاستزراع السمكي في القناة الخاضعة للرقابة، ليست مناسبة للتكامل المائي بسبب ارتفاع المياه فإن معدلات الدوران لا تسمح بتراكم المغذيات الكافية لتلبية الاحتياجات من المغذيات النباتية) راكوسي و هارغريفيس 1993 (.

   إن أكثر تكنولوجيات الاستزراع السمكي ملاءمة لتطبيقها في سياق التكامل المائي هي تلك التي تقوم باستزراع الأسماك في الخزانات وتسمح بمستوى من تراكم النفايات السمكية (تراكم المغذيات النباتية) الذي يمكن أن يؤدي إلى تركيزات من المغذيات المائية التي يمكن تطبيقها على كفاءة إنتاج النباتات المائية (Rakocy et al. 2006). تطبق مبادئ نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي على نطاق واسع على الأحياء المائية لأنها توفر منهجيات للحفاظ على الأسماك وزراعتها بنجاح، في كميات من المياه الخاضعة للرقابة، مع انخفاض معدلات استبدال المياه اليومية، مما يسمح بتراكم نفايات الأسماك (المغذيات النباتية) التي تقترب من تلك اللازمة لزراعة النباتات المائية بكفاءة (Rakocy وHargreaves 1993; لينارد 2017). تتم مناقشة التعقيدات ومتطلبات التصميم لـ RAS في الفصل 3 من هذا الكتاب. ويكفي القول بأن الاستزراع السمكي لسمك RAS هو الطريقة الحقيقية الوحيدة المناسبة لتطبيق مكونات الاستزراع السمكي في السياق المائي وكما نوقش أعلاه، فإن نظم الاستزراع المائي القائمة على التربة، مثل نظم الأحواض الواسعة ونظم الاستزراع المائي، لا يمكن أن توفر الاحتياجات من المغذيات للنباتات ول ذلك لا ينبغي النظر فيها.

7. 5-7 مصادر المغذيات

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

   المدخلات الرئيسية لأي نظام أكوابوني هي العناصر الغذائية المضافة لأن أنظمة أكوابونك مصممة لتقسيم العناصر الغذائية المضافة إليها بكفاءة إلى ثلاثة أشكال هامة من الحياة الحالية: الأسماك والنباتات (التي هي المنتجات الرئيسية للنظام) والميكروفلورا (التي تساعد على جعل وأضاف المواد الغذائية المتاحة للأسماك والنباتات) (لينارد 2017).

   في التصميمات الكلاسيكية المعاد تدويرها بالكامل، فإن أحد محركات التصميم الرئيسية هو استخدام مصدر مدخلات المغذيات الرئيسي، تغذية الأسماك، بأكبر قدر ممكن من الكفاءة، وبالتالي فإن التصاميم المعاد تدويرها بالكامل تسعى إلى توفير أكبر عدد من العناصر الغذائية المطلوبة للنباتات من تغذية الأسماك (لينارد 2017). من ناحية أخرى، تركز التصاميم المنفصلة على نمو النبات الأمثل من خلال المقارنة المباشرة بين مخاليط المغذيات ونقاط القوة المطبقة في الزراعة المائية القياسية وتربية الركيزة ومحاولة تكرار تلك الموجودة في السياق المائي، وبالتالي لا تسعى جاهدة لتوريد أكبر عدد من المغذيات اللازمة للنباتات من علف الأسماك واستخدام مكملات غذائية خارجية كبيرة لتحقيق معدلات نمو النباتات المطلوبة (Delaide et al. 2016). وهذا يعني أنه يتم التركيز بشكل مختلف على أصل المغذيات المضافة، استناداً إلى نهج التصميم الفني، وبالتالي يؤثر ذلك على المصدر الرئيسي لإمدادات المغذيات في النظام المائي؛ وبالنسبة لتصاميم إعادة الدوران الكامل، فإن المصدر الرئيسي للمغذيات النباتية هو تغذية الأسماك (عن طريق نفايات الأسماك) )، وبالنسبة للتصاميم المنفصلة، فإن المصدر الرئيسي لإمدادات المغذيات للنباتات هو المكملات الخارجية (مثل أملاح المغذيات) (لينارد 2017).

   وتعتمد التصاميم المائية المعاد تدويرها بالكامل، مثل نموذج نظام أكوابونك UVI، على علف الأسماك كمصدر رئيسي للمغذيات للنظام (Rakocy et al. 2006). يتم إضافة تغذية الأسماك إلى الأسماك، التي تأكلها، استقلاب واستخدام المواد الغذائية منه كما هو مطلوب ومن ثم إنتاج تيار النفايات (كل من المواد الصلبة والمذابة). ويصبح تدفق النفايات من الأسماك المصدر الرئيسي للمغذيات للنباتات، وبالتالي فإن تغذية الأسماك هي المصدر الرئيسي للمغذيات للنباتات. يوفر نظام UVI حوالي 80٪ أو أكثر من العناصر الغذائية اللازمة لزراعة النباتات من علف الأسماك وحدها (لينارد 2017). وتضاف العناصر الغذائية المتبقية اللازمة لنمو النبات، لأن علف الأسماك لا تحتوي عليها بالكميات المطلوبة، عن طريق طريقة تكميل المغذيات التي توفر الدور المزدوج لتكميل العناصر الغذائية الإضافية والتحكم في نظام الأس الهيدروجيني المائي (Rakocy et al. 2006). ويشار إلى هذا النهج الدور المزدوج باسم «التخزين المؤقت» ويشار إلى الملحق باسم «المخزن المؤقت». وبالنسبة لنموذج UVI، فإن المغذيات النباتية الهامة التي تم تحديدها على أنها تفتقر إلى علف الأسماك والتي تحتاج إلى مكملات هي البوتاسيوم (K) والكالسيوم (Ca) ويتم استكمالها يوميا عن طريق نظام التخزين المؤقت. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الحديد المطلوب للنباتات (الحديد) يفتقر أيضا إلى علف الأسماك ويتم تكميله في شكل مخلب عن طريق إضافة مباشرة إلى مياه النظام بتردد يقاس في أسابيع (أي كل أسبوعين إلى أربعة أسابيع على أساس التحليل الأسبوعي للحديد المائي) (Rakocy et al. 2006).

   وتضع طرق أو طرق التصميم المائي الأخرى التي يعاد تدويرها بالكامل تركيزًا أكبر على توفير المغذيات عن طريق تغذية الأسماك. وقد وضعت لينارد (2017) طريقة لإعادة تدوير النظم بشكل كامل التي تزود أكثر من 90٪ من العناصر الغذائية اللازمة لنمو النبات من العلف السمكية المضافة. الزيادة في كفاءة المغذيات التي يتم توفيرها عن طريق تغذية الأسماك من هذه الطريقة بالمقارنة مع طريقة UVI هي أن هذا النهج يعيد تشكيل نفايات الأسماك الصلبة (عن طريق الهضم الحيوي الخارجي، بواسطة البكتيريا) ويضيف هذه العناصر الغذائية مرة أخرى إلى النظام المائي لاستخدام النباتات، في حين أن تقوم طريقة UVI بإرسال معظم نفايات الأسماك الصلبة إلى مجرى نفايات خارجي (Rakocy et al. 2006; Lennard 2017). ويضيف هذا النهج أيضاً العناصر الغذائية الناقصة في تغذية الأسماك لنمو النبات عن طريق نظام التخزين المؤقت؛ ومع ذلك، فإن هذا النظام أكثر صرامة ويسمح بتلاعب أكبر في نقاط القوة والمخاليط من نهج UVI (لينارد 2017).

   ولذلك، فإن المسارات الرئيسية لإضافة المغذيات لمعظم تصميمات نظام أكوابوني المعاد تدويرها بالكامل هي علف الأسماك (الطريق الرئيسي)، والمضافات الخارجية العازلة للبوتاسيوم والكالسيوم المضاف (مسار ثانوي)، والمكمِّلات المباشرة لمخلب الحديد (طريق ثانوي).

   وتعتمد تصميمات النظام المائي المنفصل، مثل تلك التي يتم اعتمادها على نطاق واسع حاليا في أوروبا، على خليط من مغذيات علف الأسماك والمكملات الخارجية النشطة لتوفير المغذيات اللازمة لنمو النبات (Suhl et al. 2016). ونظرًا لأن التصاميم المنفصلة لا تعيد المياه من مكون النبات إلى مكون السمك، فمن الممكن تخصيص ملف المغذيات داخل الماء خصيصًا لمتطلبات النبات (Goddek et al. 2016). ولذلك، فإن التصاميم المائية المنفصلة تعتمد دائما تقريبا على مكملات غذائية خارجية كبيرة لتلبية احتياجات النبات وتركز أقل بكثير على توفير أكبر قدر ممكن من التغذية للنباتات من نفايات الأسماك. وبالإضافة إلى ذلك، فإن كمية المكملات الخارجية كبيرة بالمقارنة مع نهج إعادة تدوير كامل (لينارد 2017) مع الكسور الخارجية بانتظام 50٪ أو أكثر من إجمالي الاحتياجات من المغذيات النباتية أو أكثر (Goddek 2017). المغذيات الخارجية المكملة للأنظمة المائية المنفصلة هي في معظم الأحيان نظائرها أو مشتقات الملح المغذيات المائية (Delaide et al. 2016; Karimanzira et al. 2016). وقد أثر هذا الاعتماد على مصدر لمغذيات إضافية كبيرة بخلاف تلك التي تنشأ عن نفايات الأسماك (الأعلاف السمكية) التي هي ملح مائي بطبيعتها، لإمدادات النباتات من النهج الأوروبي المنفصل، بشكل مباشر على تعريف علم الأحياء المائية الذي تقوم به جماعة الأحياء المائية الأوروبية حاليا ينطبق، مع الاتحاد الأوروبي COST، EU Aquaponics Hub، تعريف الأحياء المائية بأنها «... نظام إنتاج للكائنات المائية والنباتات حيث غالبية (\ > 50٪) من المواد الغذائية التي تحافظ على النباتات مستمدة من النفايات الناشئة عن تغذية الكائنات المائية» (Goddek 2017; COST FA 1305, 2017) مقارنة مع لينارد ( 2017) الذي يعرف الأحياء المائية بأنها تتطلب ما لا يقل عن 80 في المائة من إمدادات المغذيات من نفايات الأسماك. كما يجادل البعض عما إذا كانت الطريقة التي تعتمد على 50٪ من العناصر الغذائية اللازمة لنمو النبات والتي تنشأ من مصادر خارجية غير الأعلاف السمكية هي في الواقع أكوابونك في الطبيعة أو بالأحرى، طريقة مائية مع بعض الأسماك متكاملة أو مضافة (لينارد 2017)؟

   وثمة مصدر آخر مقترح للإمداد بالمواد المغذية للنظم المائية هو التكميل الخارجي للمغذيات عن طريق استخدام بخاخ النباتات الورقية (Tyson et al. 2008؛ Roosta وHamidpour 2011؛ Roosta وHamidpour 2013؛ Roosta 2014). هذه البخاخات الورقية هي مرة أخرى، تسليم مائي لأملاح أو مشتقات المغذيات المائية القياسية. الفرق هو أنه في الأمثلة المنفصلة أعلاه، يتم إضافة أملاح المغذيات مباشرة إلى مياه الاستزراع وبالتالي يتم الوصول إليها من قبل النباتات عن طريق امتصاص الجذر (Resh 2013)، في حين أن الرش الورقي، كما يوحي الاسم، تضيف أملاح المغذيات الذائبة إلى أوراق النبات ويتحقق الامتصاص عن طريق النبات أوراق الفم أو الوصول بشرة (فرنانديز وآخرون 2013).

   ولذلك، هناك العديد من مصادر المغذيات الرئيسية التي تطبق في علم الأحياء المائية: تغذية الأسماك، ونظم التخزين المؤقت (عن طريق أنواع الملح الأساسية القابلة لتعديل درجة الحموضة المضافة إلى عمود الماء)، وإضافات الملح المغذي (أملاح المغذيات المائية المضافة إلى عمود الماء) والبخاخات الورقية (أملاح المغذيات المائية المضافة إلى الورقة) السطح). وكلها تزود النظام المائي بالمواد المغذية لصحة ونمو الأسماك والنباتات المستزرعة.

8. 5-8 أكوابونيكش كنهج إيكولوجي

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

   وقد هيمن على أكوابونيكش، حتى وقت قريب، إعادة تدوير كامل (أو مقترنة) نهج التصميم التي تتقاسم وتعيد تدوير الموارد المائية باستمرار بين العنصرين الرئيسيين (الأسماك وتربية النباتات) (Rakocy et al. 2006؛ Lennard 2017). و بالإضافة إلى ذلك, فإن نهج التكنولوجيا المنخفضة إلى المتوسطة المطبقة تاريخيا على علم الأحياء المائية قد دفعت إلى الرغبة في إزالة المكونات المكلفة من أجل زيادة إمكانات تحقيق نتيجة اقتصادية إيجابية. واحدة من مكونات الترشيح المطبقة دائما تقريبا على تقنيات RAS القياسية و الهيدروبونيك/الركيزة الاستزراع المائي، وهي التعقيم المائي، لم يتم تضمينها بانتظام من قبل مصممي الأكوابونك.

   ويتم تطبيق التعقيم في سياق الزراعة المائية والمائية الركيزة على نطاق عالمي لأن الكثافات العالية للأسماك أو النباتات المستزرعة عادة ما تجتذب الضغط من الكائنات المائية المسببة للأمراض التي تخفض إلى حد كبير معدلات الإنتاج الإجمالية (Van Os 1999; Timmons et al. 2002). والسبب الرئيسي لهذا الضغط المتزايد للآفات المائية في كلا التكنولوجيين هو أن كل منهما يركز على توفير الحد الأدنى من الموارد الحيوية والإيكولوجية وبالتالي يتيح «مساحة إيكولوجية» كبيرة داخل نظام المياه للاستعمار الأحيائي. في هذه الظروف البيولوجية «المفتوحة»، تنتشر الآفات والأنواع المسببة للأمراض وتميل إلى الاستعمار بسرعة للاستفادة من الأنواع الموجودة (أي الأسماك والنباتات) (لينارد 2017). وفي هذا السياق، يُنظر تاريخياً إلى تعقيم المياه المستزرعة أو تطهيرها على أنه نهج هندسي للتصدي لهذه المسألة (Van Os 1999؛ Timmons et al. 2002). وهذا يعني أن كلا من الصناعات الاستزرافية والصناعات الهيدروبونية/الركيزة تعتمد نهج التعقيم للسيطرة على الكائنات المسببة للأمراض داخل المياه المستزرعة المرتبطة بها.

   وقد ركزت أكوابونيكس دائما على أهمية علم الأحياء المجهرية المرتبط بها لأداء خدمات بيولوجية هامة. في جميع التصاميم أكوابونية المقترنة من راكوسي وفريقه UVI، لم يتم تضمين مرشح بيولوجي لأنها أظهرت أن ثقافة الطوافة، مكون مائي قدم مساحة سطح أكثر من كافية لدعم حجم مستعمرة البكتيريا النتريفينغ لعلاج جميع الأمونيا التي تنتجها الأسماك باعتبارها حل المنتج النفايات وتحويله إلى نترات (Rakocy et al. 2006، 2011). ولذلك لم يدعو راكوسي وفريقه إلى التعقيم التطبيقي لمياه النظام لأنه ربما يكون قد أثر على المستعمرات البكتيرية النتريفينغ. هذا المنظور التاريخي UVI/Rakocy يملي تصميم نظام أكوابوني في المستقبل. وتم تحديد ومناقشة مزايا أخرى لعدم إدراج التعقيم المائي في النظم المائية، لا سيما في سياق الجراثيم النباتية المساعدة (Savidov 2005؛ Goddek et al. 2016).

   التفكير الحالي في البحوث والصناعة المائية هو أن عدم تطبيق أي شكل من أشكال التعقيم أو التطهير المائي يسمح لمياه النظام بتطوير بيئة مائية معقدة تتكون من العديد من أشكال الحياة الميكروبيولوجية المختلفة (Goddek et al. 2016; Lennard 2017). وينتج عن ذلك حالة مماثلة لنظام إيكولوجي طبيعي حيث يتفاعل تنوع كبير من البكتيريا مع بعضها البعض وأشكال الحياة الأخرى المرتبطة بها داخل النظام (أي الأسماك والنباتات). والنتيجة المقترحة هي أن هذا التنوع يؤدي إلى حالة لا يمكن فيها لأي كائن ممرض واحد أن يهيمن بسبب وجود جميع البكتيريا الأخرى، وبالتالي لا يمكن أن يسبب آثارا مدمرة للأسماك أو الإنتاج النباتي. وقد ثبت أن النظم المائية تحتوي على تنوع كبير من الميكروفلورا (Eck 2017)، ومن خلال آلية التنوع البيئي المقترحة المبينة أعلاه، يتم تقديم المساعدة لصحة الأسماك والنبات ونموها من خلال هذا التنوع الميكروبي (Lennard 2017).

   تم تطبيق النهج غير المعقم والمتنوع بيئياً في علم الأحياء المائية بشكل تاريخي على التصميمات المائية المقترنة أو المعاد تدويرها بالكامل (Rakocy et al. 2006)، في حين تم اقتراح تشابه معقم، مائي لبعض نهج تصميم أكوابونك المنفصل (Monsees et al. 2016؛ Priva 2009؛ Goddek 2017). ومع ذلك، يبدو أن المزيد من المصممين المنفصلين يطبقون الآن المبادئ التي تأخذ في الاعتبار نهج إيكولوجي غير معقم (Goddek et al. 2016؛ Suhl et al. 2016؛ Karimanzira et al. 2016)، وبالتالي نعترف بأن هناك تأثير إيجابي يرتبط مع البكتيريا المائية المتنوعة (Goddek وآخرون. 2016؛ لينارد 2017).

9. 5.9 مزايا أكوابونيكش

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

   ونظرا لوجود تقنيتين منفصلتين وقائمتين ومماثلتين تنتجان الأسماك والنباتات بمعدلات عالية (الاستزراع السمكي RAS وإنتاج نبات الاستزراع الهيدروبوني/الركيزة)، فإن سبب إدماجهما يبدو مناسبا. وتنتج المياه العذبة الأسماك بمعدلات إنتاجية من حيث مكاسب الكتلة الحيوية الفردية، من أجل وزن العلف المضاف، الذي ينافس، إن لم يكن أفضل، الطرق الأخرى للاستزراع المائي (لينارد 2017). وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكثافات السمكية العالية التي تسمح بها RAS تؤدي إلى زيادة مكاسب الكتلة الحيوية الجماعية (Rakocy et al. 2006؛ Lennard 2017). تمتلك الزراعة المائية وتربية الركيزة، في سياق بيئة خاضعة للرقابة، معدلات إنتاج متقدمة من النباتات التي تحسن معظم أساليب الزراعة والبستنة الأخرى (Resh 2013). ولذلك، هناك في البداية اشتراط أن تنتج الأحياء المائية الأسماك والنباتات بمعدلات تساوي هاتين التكنولوجيتين الإنتاجيتين المنفصلتين؛ وإذا لم يكن الأمر كذلك، فإن أي خسارة في الجهد الإنتاجي يعول على أي حجة للتكامل. وإذا كان المعدل الإنتاجي للأسماك والنباتات في النظام المائي متساوياً، أو أفضل، مع الصناعات الزراعية والمائية، فقد تكون هناك حاجة أخرى إلى مزايا أخرى قد تحدث بسبب عملية التكامل.

   وقد تمت مقارنة الزراعة المائية القياسية أو الاستزراع الركيزة مباشرة مع أكوابونيكش من حيث معدلات نمو النبات للتكنولوجيتين. قارنت لينارد (2005) إنتاج خس النظام المائي بالتحكم المائي في العديد من التجارب المختبرية المنسوخة. وأظهر أن إنتاج الخس المائي كان أقل إحصائياً في الأحياء المائية (4.10 كجم/msup2/sup) عند مقارنته بالزراعة المائية (6.52 كجم/msup2/sup) عندما تم تطبيق نهج قياسي لتصميم وإدارة نظام أكوابونك. ومع ذلك، قام بعد ذلك بإجراء سلسلة من التجارب التي عزلت معايير محددة للتصميم (على سبيل المثال، تسليم المياه بالمقابل مقابل المستمر للوحدة الفرعية المائية، ومعدل تدفق المياه المطبق على الوحدة الفرعية المائية ومقارنة الوحدات الفرعية المائية المختلفة) أو مقارنة محركات إدارة محددة (مثل التخزين المؤقت المنهجيات والأنواع والتركيزات الإجمالية للمغذيات الأولية) لتحقيق التحسين الأمثل ثم أثبت أن الأحياء المائية (5.77 كجم/مسوب/سوب) كانت مطابقة إحصائياً لإنتاج الخس المائي (5.46 كجم/مسوب/سوب) بعد تحسين نظام أكوابونك استناداً إلى التحسينات التي اقترحها تجاربه السابقة, فإن النتيجة تشير إلى أن التحسينات التي أدخلت على التصاميم المائية المقترنة أو المعاد تدويرها بالكامل يمكن أن تساوي المعدلات القياسية لإنتاج النباتات المائية. كما أظهر لينارد (2005) بقاء الأسماك على قيد الحياة، وSGR، وFCR، ومعدلات نمو مساوية لتلك التي تظهر في RAS القياسية والاستزراع المائي في الأحواض الواسعة لأنواع الأسماك التي تم اختبارها (سمك موراي الأسترالي).

   كما أظهر بانتانيلا وآخرون (2010) نتائج مماثلة إحصائياً لإنتاج الخس ضمن كثافة الأسماك العالية (5.7 كجم/مسوب/سوب إنتاج الخس) وانخفاض كثافة الأسماك (5.6 كجم/مسوب/سوب إنتاج الخس) نظم أكوابونية مقارنة بالتحكم المائي القياسي (6.0 كجم/مسو2/سوب).

   أظهر Lennard (Nicols and Lennard 2010) نتائج متساوية أو أفضل إحصائياً لجميع أصناف الخس وتقريبا جميع أنواع الأعشاب التي تم اختبارها في نظام أكوابوني تقنية أغشية المغذيات (NFT) مقارنة بنظام NFT المائي داخل نفس الدفيئة.

   قام Delaide et al. (2016) بمقارنة مياه إنتاج RAS المكملة بالمغذيات (تمت إضافة المغذيات لتتناسب مع خليط واحد من المغذيات المائية ومثال القوة من قبل Rakocy - يشار إليها على أنها تناظرية أكوابونية)، ومياه إنتاج RAS المكملة بالمغذيات الكاملة (مياه إنتاج RAS مع أملاح المغذيات المائية المضافة إلى تلبية خليط المغذيات المائية والقوة المستخدمة في الزراعة المائية القياسية - يشار إليها على أنها التناظرية منفصلة) والتحكم المائي (محلول المغذيات المائية القياسية) من حيث معدل نمو النبات وأظهرت التناظرية المائية المائية المائية التناظرية المائية تساوي السيطرة المائية والمياه التناظرية المفصولة تحسين السيطرة المائية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه النظم لم تكن تعمل بشكل كامل النظم المائية التي تحتوي على الأسماك (والمحتوى الجرثومي الكامل والنشيط المرتبط بها) التي تمت مقارنتها، ولكن ببساطة المياه التي تم إزالتها من RAS العاملة واستكمالها، ثم مقارنتها بمياه التحكم المائية.

   وقد أظهر راكوسي وفريقه UVI بعدة دراسات أن معدلات نمو الأسماك تساوي معايير الصناعة التي حددتها ممارسات إنتاج الاستزراع المائي القياسية (Rakocy and Hargreaves 1993؛ Rakocy et al. 2004a, b, 2006, 2011).

   وقد أظهرت هذه الدراسات وغيرها أن علم الأحياء المائية، بغض النظر عن شكله (مقترنة وفصولة)، يمكن أن ينتج معدلات إنتاج نباتات تعادل أو أفضل من المعدلات القياسية لإنتاج الأسماك المائية والمعدلات السمكية بمعيار مماثل لمعيار RAS (RAS). ولذلك، يبدو أن الشرط الذي تمت مناقشته أعلاه لأكوابونيكش يساوي نظائرها الصناعية (راس والمائية) قد ثبت بشكل كاف، وبالتالي، ينبغي النظر في المزايا الأخرى من أكوابونيكش.

   ويعزى الاستخدام الفعال للمياه بانتظام إلى أكوابونيكش. وذكر لينارد (2005) أن مدخرات المياه المرتبطة بنظام الاختبار المائي الأمثل (المختبري) بلغت 90% أو أكثر مقارنة بالنظام القياسي للتحكم في الاستزراع المائي RAS حيث يتم تبادل المياه للتحكم في تراكمات النترات، في حين أن النباتات في الأحياء المائية تقوم بنفس الطريقة الشرط. لذلك، أثبت أن الأحياء المائية توفر فائدة كبيرة في توفير المياه بالمقارنة مع الاستزراع المائي العادي. ومن المثير للاهتمام أن هذا الرقم الذي تم توفيره للمياه بنسبة 90٪ تم ذكره بشكل عام في مجتمع الأحياء المائية العالمي في سياق استخدام النباتات (على سبيل المثال، يستخدم أكوابونيكش مياه أقل بنسبة 90٪ من إنتاج النباتات القائمة على التربة (Graber and Junge 2009)) - وهو مثال على كيفية اعتماد الحجة العلمية بشكل غير صحيح من قبل المشاركين في الصناعة غير العلمية.

   أظهر ماكمورتري (1990) معدل استهلاك المياه في نظامه المائي بنحو 1% من الاستهلاك المطلوب في نظام الاستزراع المائي المشابه. وقد أظهرت راكوسي (1989) معدلات استهلاك المياه مماثلة بنسبة 1% مقارنة بالاستزراع المائي في الأحواض. وذكر Rakocy and Hargreaves (1993) أن المعدل اليومي لاستبدال المياه لنظام UVI Aquaponic يبلغ حوالي 1.5 في المائة من إجمالي حجم النظام، وذكر Love et al. (2015 أ، ب) أن معدل فقدان المياه في النظام يبلغ نحو 1 في المائة في اليوم لنظام البحوث المائية.

   ويمكن لمقارنة أكوابونيكش مع راس تحقيق وفورات كبيرة في المياه، ويستخدم أكوابونيكش كميات صغيرة من المياه البديلة على أساس يومي. وسيسعى النظام المائي المصمم تصميما جيدا إلى استخدام المياه بأكبر قدر ممكن من الكفاءة، وبالتالي لا يحل محل تلك المياه المفقودة إلا عن طريق تبخر النباتات (لينارد 2017). وفي الواقع، فقد اقتُرح حتى استعادة المياه من المياه المفقودة بسبب تبخر النبات ونتح عن طريق استخدام شكل من أشكال نظام أو تكنولوجيا جمع المحتوى المائي في الهواء (Kalantari et al. 2017). ويبدو أن النظم المائية المقترنة توفر إمكانات أكبر للحفاظ على المياه وتقليل استخدامها (لينارد 2017). إذا كان من الممكن تحقيق التوازن بين ديناميات المغذيات بين إنتاج الأسماك واستخدام النباتات، فإن فقدان الماء الوحيد هو عن طريق تبخر النبات، ولأن المياه مشتركة بشكل متكامل بين الأسماك والمكونات النباتية، فإن كميات المياه المكياج اليومية تمثل ببساطة كل المياه المفقودة من محطات النظام (لينارد 2017 ). وتمثل التصاميم المائية المنفصلة اقتراحا أكثر صعوبة لأن العنصرين غير مرتبطين بشكل متكامل واستخدام المياه اليومي لمكون الأسماك لا يتطابق مع الاستخدام اليومي للمياه لمكون النبات (Goddek et al. 2016; Goddek and Keesman 2018). ولذلك، فإن معدلات استخدام المياه واستبدالها للنظم المائية لم تحل تماما، وربما لن تكون أبدا بسبب الاختلافات الواسعة في نهج تصميم النظام.

   يتم تعيين الاستخدام الفعال للمغذيات للطريقة المائية واستشهد بها كميزة للنهج المائي (Rakocy et al. 2006؛ بليداريو وغروزيا 2011؛ سوهل وآخرون 2016؛ غودديك وآخرون 2015). ويعود ذلك بشكل عام إلى أن الاستزراع المائي العادي يستخدم المغذيات الموجودة في علف الأسماك لزراعة الأسماك، مع إرسال الباقي إلى النفايات. تستقلب الأسماك الكثير من الأعلاف التي يتم تغذيتها، ولكنها تستخدم فقط ما يقرب من 25 إلى 35 في المائة من العناصر الغذائية المضافة (Timmons et al. 2002؛ Lennard 2017). وهذا يعني أن ما يصل إلى 75٪ من العناصر الغذائية المضافة إلى RAS للأسماك فقط يتم إهدار ولا يتم استخدامها. وتسعى أكوابونيكش إلى استخدام المغذيات المهدرة في إنتاج النباتات، وبالتالي، يقال إن أكوابونيكش تستخدم المغذيات المضافة بشكل أكثر كفاءة لأن محصولين يتم إنتاجهما من مصدر واحد (راكوسي وهارغريفيس 1993؛ تيمونس وآخرون 2002؛ راكوسي وآخرون 2006؛ لينارد 2017). ويختلف مدى استخدام النفايات السمكية للمغذيات بين مختلف الطرق المائية. إن نموذج UVI المعاد تدويره بالكامل لا يستخدم غالبية نفايات الأسماك الصلبة المتولدة في عنصر الأسماك ويرسلها إلى النفايات (Rakocy et al. 2006)، فإن نموذج Lennard المعاد تدويره بالكامل يأخذ هذا خطوة أخرى باستخدام جميع النفايات الناتجة عن عنصر الأسماك (النفايات المذابة مباشرة والمواد الصلبة عن طريق إعادة التمعدن الميكروبية الخارجية مع استبدال النظام الرئيسي) (لينارد 2017). كما تحاول العديد من النهج المنفصلة استخدام جميع النفايات الناتجة عن عنصر الأسماك، عن طريق الاستخدام المباشر للنفايات المذابة، ومرة أخرى عن طريق إعادة التمعدن الميكروبية الخارجية مع استبدال النظام الرئيسي (Goddek et al. 2016؛ Goddek and Keesman 2018). كل هذه الأساليب والنهج تثبت أن المحرك الأساسي للطريقة المائية هو استخدام أكبر عدد ممكن من العناصر الغذائية المضافة وبالتالي محاولة استخدام العناصر الغذائية المضافة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.

   وقد أشير إلى الاستقلال عن التربة كميزة للطريقة المائية (بليداريو وغروزيا 2011؛ لوف وآخرون 2015أ، ب). وتتمثل الميزة المتصورة في أنه نظرا لعدم الحاجة إلى التربة، فإن النظام المائي أو المرفق المائي قد يكون موجودا في المكان الذي يختار فيه المشغل، بدلا من المكان الذي توجد فيه تربة مناسبة (Love et al. 2015a, b). ولذلك، فإن الطريقة المائية مستقلة عن الموقع القائم على توافر التربة، وهي ميزة على الزراعة القائمة على التربة.

   وقد قيل إن أكوابونيكش يوفر ميزة من خلال محاكاة النظم الطبيعية (بليداريو وغروزيا 2011؛ لوف وآخرون 2014). وهذا مدعوم بالطبيعة الإيكولوجية للنهج/الطريقة المائية، على النحو المبين في Sect.5.7 أعلاه، مع المزايا المرتبطة بمجتمعات الأزهار الدقيقة المتنوعة والكثيفة (لينارد 2017).

   فالاستزراع المائي له تأثير بيئي مباشر محتمل بسبب إطلاق مياه الصرف الصحي الغنية بالمغذيات إلى البيئة المحيطة - بشكل عام، البيئات المائية (بويد وتاكر 2012). وقد تمتلك بعض الطرق المائية أيضا هذه الإمكانات. ومع ذلك، يمكن للأكوابونيات المائية أن تؤدي إلى انخفاض أو إبطال تأثير بيئي مباشر من مجاري النفايات الغنية بالمغذيات لأن العنصر الرئيسي لتوليد النفايات (أي الأسماك) مدمج مع عنصر استخدام المغذيات (أي النباتات) (راكوسي وآخرون 2006؛ بليداريو وغروزيا 2011؛ غودديك وآخرون 2015؛ لينارد 2017) . ومع ذلك، فإن بعض الطرق المائية تنتج نفايات (مثل نموذج UVI)؛ ولكن هذه الأساليب تعالج عادة وتُعاد استخدامها في ممارسات زراعية أخرى في موقع المرفق المائي (Timmons et al. 2002؛ Rakocy et al. 2006). تعتمد العديد من الطرق المائية على استخدام الأعلاف القياسية للاستزراع المائي، والتي تحتوي على تركيزات مختلفة من الصوديوم، وعادة عن طريق استخدام وجبة السمك أو زيت السمك كعنصر (Timmons et al. 2002). لا تستخدم النباتات الصوديوم، وبالتالي قد تتراكم مع مرور الوقت في النظم المائية، مما قد يؤدي إلى الحاجة إلى شكل من أشكال استبدال المياه بحيث لا يتراكم الصوديوم إلى التركيزات التي تؤثر على النباتات (لينارد 2017). ومع ذلك، فقد أفيد أن بعض أنواع الخس لديها القدرة على تناول الصوديوم، عندما تتعرض لمياه الاستزراع المائي (Goddek and Vermeulen 2018).

   تتقاسم النظم المائية المقترنة أو المعاد تدويرها بالكامل الموارد المائية بشكل متكامل بين العنصرين الرئيسيين (الأسماك والنبات). وبسبب هذه الطبيعة المائية المترابطة والمتداولة بشكل كامل، تظهر النظم المائية المقترنة آلية ضبط ذاتي من حيث عدم القدرة على استخدام مبيدات الأعشاب ومبيدات الآفات بأمان على النباتات؛ وإذا ما تم تطبيقها، فإن وجودها قد يؤثر سلباً على الأسماك (بليداريو وغروزيا 2011). ويرى المدافعون عن إعادة التدوير بالكامل أن عدم القدرة على استخدام مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب ميزة، والحجة هي أنها تضمن منتجا خاليا من الرش (بليداريو وغروزيا 2011). ويسعى دعاة أكوابونييكس فصل أيضا إلى عدم تطبيق مبيدات الأعشاب أو المبيدات الحشرية؛ ومع ذلك، نظرا لحقيقة أن المياه لا يعاد تدويرها مرة أخرى إلى الأسماك من النباتات، والقدرة على تطبيق المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب على النباتات موجودة (Goddek 2017). ولذلك، فإن تطبيق أو عدم تطبيق مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب على المكون النباتي للتصاميم المائية ينظر إليه بشكل مختلف من قبل المجموعات التي تدعو إلى نهج تصميم مختلفة.

   وهناك تصور بأن وجود كل من الأسماك والنباتات في نفس النظام المائي يوفر آثارا تآزرية إيجابية على صحة الأسماك والنباتات (بليداريو وغروزيا 2011). وقد تجلى ذلك بشكل غير مباشر في قدرة علم الأحياء المائية في بعض الدراسات على إنتاج معدلات نمو نباتية أكبر من تلك التي لوحظت في الزراعة المائية القياسية (نيكولز ولينارد 2010؛ ديلايد وآخرون 2016). ومع ذلك، لم يثبت وجود علاقة سببية مباشرة بين وجود الأسماك والنباتات على حد سواء وأي نتيجة إيجابية لصحة الأسماك أو النباتات.