Source material

الفصل 7 أنظمة أكوابونيكش المقترنة

1. 7-1 مقدمة

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

   

   ** الشكل 7.1** رسم تخطيطي للنظام الأول من قبل نايجل (1977) ينمو Tilapia والكارب المشترك مع الخس والطماطم (البندورة) في نظام إعادة تدوير مغلق

   يعود تاريخ الجمع بين زراعة الأسماك والنباتات في الزراعة المائية المقترنة إلى التصميم الأول الذي قام به نايجل (1977) في ألمانيا، باستخدام نظام مقياس هواية 2000 لتر (الشكل 7.1) الموجود في الدفيئة البيئية الخاضعة للرقابة. تم تطوير هذا النظام للتحقق من استخدام المغذيات من مياه الصرف الصحي في ظروف إعادة تدوير المياه الخاضعة للرقابة الكاملة والمخصصة لإنتاج النباتات بما في ذلك نظام الحمأة المزدوج (معالجة مياه الصرف الهوائي/اللاهوائية). استند نايجل مفهومه على نظام البركة المفتوحة لمحطة التجارب الزراعية في ولاية كارولينا الجنوبية، في الولايات المتحدة الأمريكية، حيث تم التخلص من المغذيات الزائدة من أحواض الأسماك، التي تم تخزينها بسمك السلور (Ictalurus punctatus) من خلال إنتاج الكستناء المائي (Eleocharis dulcis) ( ل واياكانو و غروسفينور 1973). وقد حاول نايجل (1977)، من خلال تضمين صهاريج النتريك وإزالة النتريتريك لزيادة تركيز النترات داخل نظامه، إجراء أكسدة كاملة لجميع المركبات النيتروجينية، ليصل إلى تركيزات نترات قدرها 1200 ملغم/لتر، وإثبات فعالية خطوة النتروجينية. وعلى الرغم من أن النظام كان مخزنة بكثافة منخفضة (20 كجم/مسوب/سوب لكل منهما) باستخدام البلطي (_البلطي موسمبيكا _) والكارب (Cyprinus carpio)، فإن الطماطم (Lycopersicon esculentum) والخس الجليدي (Lactuca scariola) نمت بشكل جيد وأنتجت محصول قابل للحصاد. وأدت هذه النتائج البحثية الأولى إلى مفهوم النظم المائية المقترنة، حيث تقضي النباتات على النفايات التي تنتجها الأسماك، وخلق نمو كاف، مما يدل على استخدام المياه بكفاءة عالية في كلتا الوحدتين. وقد وصف هوي تران مبدأ الأحياء المائية المقترنة لأول مرة في المؤتمر العالمي للاستزراع المائي في عام 2015 (تران 2015).

   ولا تستخدم الأنظمة المائية المقترنة بالضرورة الترشيح الميكانيكي للجسيمات بالمعنى الكلاسيكي، كما تحافظ على التدفق المتسق للمغذيات بين الاستزراع المائي والوحدات المائية. ويتمثل التحدي الرئيسي في كيفية إدارة الحمولة البرازية في النظام المائي المقترن حيث تمتص النباتات المغذيات ويمكن إزالة نفايات الجسيمات من النظام بواسطة مكابس الترشيح أو التكسية الأرضية.

   و أدى تطوير الزراعة الحديثة, و النمو السكاني البشري, و تقلص الموارد في جميع أنحاء العالم, إلى تشجيع تطوير النظم المائية المقترنة. وبما أن الاستزراع السمكي أكثر كفاءة بكثير في إنتاج البروتين واستخدام المياه مقارنة بالحيوانات المستزرعة الأخرى، وبما أن النظم المغلقة مستقلة إلى حد كبير عن الموقع، فقد تمكنت النظم المائية المقترنة بالتطور في جميع أنحاء العالم (Graber and Junge 2009)، في ظل ظروف قاحلة (Kotzen and Appelbaum 2010؛ أبيلباوم وكوتزن 2016) وحتى في المناطق الحضرية (كونيغ وآخرون 2016). تنتمي معظم الأنظمة الموصوفة إلى المنشآت المحلية والصغيرة وشبه التجارية (Palm et al. 2018) التي يقودها أكواريستس هواية أو عشاق أو شركات ناشئة أصغر. و تبين نتائج البحوث الجديدة, الملخصة في هذا الفصل, الإمكانات و القيود المتعلقة باستمرار تطوير هذه النظم إلى أحياء مائية تجارية, لكونها قادرة على تقديم مساهمة كبيرة في إنتاج الأغذية في المستقبل.

2. 7.2 التطور التاريخي للأكوابونيكش المقترنة

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

   وقد جرت معظم الجهود البحثية الأصلية على النظم المائية المقترنة في الولايات المتحدة الأمريكية مع وجود متزايد في الاتحاد الأوروبي بدأته جزئياً COST Action FA1305، ومركز Aquaponics التابع للاتحاد الأوروبي، وفي مراكز البحوث الأوروبية الأخرى. في الوقت الحاضر، تهيمن تصاميم نظام أكوابونك بالكامل بالكامل تقريبا على صناعة أكوابونيكش الأمريكية، مع تقديرات أن أكثر من 90٪ من أنظمة أكوابونك الموجودة في الولايات المتحدة الأمريكية هي من تصميم إعادة تدوير كامل (لينارد، بيرس. تم إجراء أول بحث أمريكي في مجال الأحياء المائية في مركز إلينوي لمصايد الأسماك وتربية الأحياء المائية (سابقا مختبر بحوث المصايد التعاونية SIU) وقسم علم الحيوان، مع التركيز على النظم المائية المقترنة المخزنة بسمك السلور (Ictalurus punctatus) بالاشتراك مع الطماطم (Lycopersicon esculentum) (لويس وآخرون 1978). وأشار المؤلفون إلى أن النمو الأمثل للنباتات لا يمكن تحقيقه إلا عندما تتوفر جميع المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة الأساسية في مياه العملية، وبالتالي يلزم توفير مكملات غذائية في حالة نقص المغذيات. كما أظهر المؤلفون نقصاً في الحديد المتاح للنباتات، مما يحد من نمو النبات، وهو ما يمكن تسويته عن طريق التكميل بالحديد الحديدي. وركزت دراسات سابقة أخرى أجريت في الولايات المتحدة الأمريكية على تحليل الأداء التكنولوجي ونوعية سمك السلور والطماطم (Lewis et al. 1978؛ Sutton and Lewis 1982). وقامت النظم المائية على نطاق مختبري بفحص البارامترات، مثل كفاءة الموارد فيما يتعلق بالمواد والتكاليف والمياه واستهلاك الطاقة، وفحصت استخدام أنواع الأسماك الأخرى مثل Tilapia_ spp في جزر فرجن الأمريكية (Watten and Busch 1984). قام الدكتور جيمس راكوسي في UVI بتطوير أول نظام أكوابوني تجاري مقترن، وهو نظام طوف يجمع بين إنتاج النيل _البلطي (Oreochromis niloticus) والخس (Lactuca sativa)، ثم بحث في إنتاج أنواع أخرى من النباتات (Rakocy 1989, 2012; Rakocy et al. 2000, 2003, 2004, 2006, 2011). وقد استفادت هذه المنشأة التجارية المتوسطة الحجم من المناخ المحلي الذي لم تكن فيه البيوت البلاستيكية ضرورية ومن ظروف السوق في جزر فرجن لتوليد الأرباح. واعتمد نظام UVI المائي بعد ذلك في بلدان مختلفة فيما يتعلق بالاحتياجات الخاصة بالمصانع المختلفة ومدى ملاءمة التكنولوجيا، على سبيل المثال في كندا بواسطة سافيدوف (2005) وفي المملكة العربية السعودية بواسطة الحافظ وآخرون (2008). وهذا هو الحال في أوروبا أيضا، حيث تطورت أنظمة أكوابونية مقترنة من تصميم أوفي الأصلي، على سبيل المثال نظام أكوابونك الرأسي في مختبر أبحاث أكوابونيكش.، جامعة غرينتش (خهانداكر وكوتزن 2018). وقامت عدة أقسام بحثية أخرى ببحث الجدوى التكنولوجية لإنتاج الأحياء المائية المغلق - أو «المقترن» - باستخدام أنواع مختلفة من الأسماك والنباتات، فضلا عن النظم الفرعية المائية لزيادة الغلة والحد من بارامترات الانبعاثات المختلفة (Graber and Junge 2009). على سبيل المثال، في جامعة روستوك (ألمانيا)، ركز البحث على استقرار نظم الفناء الخلفي (Palm et al. 2014a)، والجمع بين أنواع مختلفة من الأسماك، والسلور الأفريقي (Clarias gariepinus) والبلطي النيلي (Oreochromis niloticus)، مع نباتات مختلفة (Palm et al. 2014b، 2015). في عام 2015، تم بناء نظام أكوابوني تجريبي حديث شبه تجاري، «فيشغلاسهاوس»، في حرم جامعة روستوك (Palm et al. 2016). غير أن النظام صمم بحيث يسمح بالعمليات المقترنة و المنفصلة على حد سواء. تم بناء مرافق بارزة أخرى في جامعة زيوريخ للعلوم التطبيقية (ZHAW) في Waedenswil في سويسرا (Graber and Junge 2009؛ Graber et al. 2014)، على حد سواء منشأة البحوث إلى جانب وفصل من شركة Svinna-Verkfraedi المحدودة (Thorarinsdottir 2014؛ Thorarinsdottir وآخرون. 2015)، المياه الباردة نظام أكوابونك نيبيو لاندفيك في غريمستاد (Skar et al. 2015؛ Thorarinsdottir وآخرون. 2015)، صندوق PAFF (صندوق الزراعة النباتية والأسماك) نظام أكوابوني حلقة واحدة في Gembloux Agro-Bio التكنولوجيا جامعة لييج، في جيمبلو، بلجيكا (ديلايد وآخرون. 2017)، والجدار المعيشة مجتمعة و الزراعة العمودية نظام أكوابوني في جامعة غرينتش (خانداكر وكوتزن 2018)، فضلا عن نظام أكوابوني البحوث المحلية إلى جانب (تغيرت من فصل إلى يقترن في 2018، مورجنسترن ودابريتش 2018، pers. comm.) في جامعة جنوب وستفاليا للعلوم التطبيقية، I.Green Institute للأخضر التكنولوجيا والتنمية الريفية.

3. 7.3 أكوابونيكش المقترن: تصميم النظام العام

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

   ويجمع مبدأ الأحياء المائية المقترن بين ثلاث فئات من الكائنات الحية: (1) الكائنات المائية، (2) البكتيريا، (3) النباتات التي تستفيد من بعضها البعض في جسم مائي مغلق أعيد تدويره. تعمل المياه كوسيلة لنقل المغذيات، خاصة من نفايات الأسماك الذائبة، والتي يتم تحويلها إلى مواد غذائية لنمو النباتات بواسطة البكتيريا. هذه البكتيريا (مثل المواصفات Nitrosomonas، Nitrobacter) تؤكسد الأمونيوم إلى النتريت وأخيرا إلى النترات. ولذلك، فمن الضروري للبكتيريا أن تتلقى كميات كبيرة من الأمونيوم والنتريت لتحقيق الاستقرار في نمو المستعمرة وكمية إنتاج النترات. وبالتالي، فإن الأحجام في النظام المائي المقترن لها أهمية حاسمة، '1` وحدة الاستزراع المائي التي تتبع مبادئ إعادة تدوير نظم الاستزراع المائي (راس)، 2) ركيزة النمو البكتيري، 3) مساحة الوحدات النباتية وكمية النباتات المراد زراعتها. معا، فإنها تشكل وحدة أكوابونيكش (الشكل 7.2).

   

   الشكل 7.2 مبدأ النظام المائي المقترن مع الأسماك والبكتيريا والنباتات في إعادة تدوير المياه مغلقة بالكامل

   المكونات البيولوجية والكيميائية المحددة للمياه العملية لها أهمية خاصة للأنظمة المائية المقترنة. مع الطعام أو جزيئات الأعلاف غير المأكولة، والنفايات السمكية العضوية والبكتيريا داخل مياه العملية، مستحلب من المواد الغذائية جنبا إلى جنب مع الإنزيمات والبكتيريا الهضمية يدعم نمو الأسماك والنباتات. وهناك أدلة على أنه بالمقارنة مع النظم القائمة بذاتها مثل تربية الأحياء المائية (الأسماك) والزراعة المائية (النباتات)، فإن نمو الكائنات الحية والمحاصيل المائية في بيئة مائية مقترنة يمكن أن يكون مماثلا أو أعلى من ذلك. ووصف راكوسي (1989) محصول البلطي أعلى قليلا (البلطي نيلوتيكا، 46.8 كجم) في الأحياء المائية المقترنة على النقيض من الاستزراع السمكي المستقل (41.6 كجم) وزيادات طفيفة في محصول خس بيبي الصيفي (385.1 كجم) مقارنة بالإنتاج المائي النباتي (380.1 كجم). وسجل كناوس وآخرون (2018ب) أن علم الأحياء المائية زاد من نمو الكتلة الحيوية للبازيليكوم، ويرجع ذلك على ما يبدو إلى زيادة توليد أوراق النباتات (3550 ورقة في أكوابونيا) مقارنة بالزراعة المائية التقليدية (2393 ورقة). أثبتت شركة Delaide et al. (2016) أن العلاجات المائية المائية والخس المائية أظهرت نموًا نباتًا مماثلاً، في حين أن وزن التصوير للمحلول أكوابوني المكمل مع العناصر الغذائية أفضل أداء. وقد أبديت ملاحظات مماثلة من قبل غودديك وفيرمولين (2018). لاحظ ليمونين وسيريني (2017) زيادة في وزن الجذر ومساحة الأوراق ولون الأوراق في سلطة باتافيا (Lactuca sativa var. capitata) والخس الجليدي (L. sativa) مع المياه المعالجة المائية من C. gariepinus جنبا إلى جنب مع الأسمدة الإضافية. بعض النباتات مثل الخس (Lactuca sativa)، والخيار (Cucumis sativus) أو الطماطم (Solanum lycopersicom) يمكن أن تستهلك المواد الغذائية بشكل أسرع، ونتيجة لذلك زهرة في وقت سابق في أكوابونيكش مقارنة مع الزراعة المائية (Savidov 2005). كما أبلغ ساها وآخرون (2016) عن ارتفاع محصول الكتلة الحيوية النباتية في O. basilium بالاشتراك مع جراد البحر Procambarus spp. وانخفاض إخصاب نظام أكوابوني عند بدء التشغيل.

   يتكون تصميم النظام الأساسي للأكوابونيكش المقترن من واحد أو أكثر من خزانات الأسماك، وحدة الترسيب أو المرطب، ركائز لنمو البكتيريا أو المرشحات الحيوية المناسبة ووحدة مائية لنمو النبات (الشكل 7.3). يتم توصيل هذه الوحدات بواسطة أنابيب لتشكيل دورة مياه مغلقة. في كثير من الأحيان، بعد الترشيح الميكانيكي والمرشح الحيوي، يتم استخدام حوض المضخة (مضخة واحدة أو نظام حلقة واحدة) والتي، باعتبارها أعمق نقطة في النظام، يضخ الماء مرة أخرى إلى خزانات الأسماك من حيث يتدفق عن طريق الجاذبية إلى وحدة المائية.

   

   الشكل 7.3 تصميم النظام الفني الأساسي لنظام أكوابوني مقترن مع خزان السمك، والرواسب، والمرشح الحيوي، والوحدة المائية، والمستنقع حيث يتم ضخ المياه أو نقلها جوا مرة أخرى إلى خزانات الأسماك وتدفق عن طريق الجاذبية على طول المكونات

   وتستخدم أنظمة أكوابونك المقترنة في نطاقات مختلفة. ويمكن استخدام مبدأ الحلقة المغلقة في النظم المنزلية (الصغيرة/الهوبي/الاقتران الخلفي)، ووحدات العرض (مثل الجدران الحية المقترنة)، والزراعة المائية التجارية (مع التربة)، تتراوح بين النظم الصغيرة/شبه التجارية إلى النظم الكبيرة (Palm et al. 2018). ومن التطورات الأخيرة في علم الأحياء المائية الإخصاب الجزئي الذي يعتمد على تحمل الأنواع السمكية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي ذلك إلى ذروة المغذيات قصيرة الأجل في النظام ولكن يمكن تعويضها عن طريق احتفاظ النباتات بالمغذيات. وفي الأحياء المائية المقترنة، يجب تحقيق النسبة المثلى لمساحة الإنتاج (أو أحجام الأسماك) لوحدة الاستزراع المائي مع الطلب على العلف الناتج، فضلا عن كمية كافية من النباتات التي سيتم استزراعها في الوحدة المائية (منطقة الإنتاج النباتي). (للاطلاع على المناقشات المتعلقة بدور التبخر والنتح والإشعاع الشمسي داخل النظم، انظر الفصل 8 و 11). بالنسبة للحصى المائية، اقترح Rakocy (2012) كمحاولة أولى «مبادئ نسبة المكونات»، مع حجم تربية الأسماك من 1 msup3/sup من حجم خزان الأسماك إلى 2 msup3/sup وسائل الإعلام المائية من 3 إلى 6 سم الحصى البازلاء كقاعدة الإبهام. وفي نهاية المطاف، تحدد كمية الأسماك محصول المحاصيل في الأحياء المائية المقترنة. وبالإضافة إلى ذلك، يجب تكييف الظروف التقنية لوحدة تربية الأسماك وفقا لاحتياجات الأنواع المائية المزروعة.

4. 7-4 وحدة تربية الأحياء المائية

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

   يتم اختيار صهاريج تربية الأسماك (الحجم والأرقام والتصميم) حسب حجم الإنتاج وأنواع الأسماك المستخدمة. واستخدم راكوسي وآخرون (2006) أربعة صهاريج كبيرة لصيد الأسماك لإنتاج O. niloticus تجاريا في نظام UVI Aquaponic (الولايات المتحدة الأمريكية). مع إنتاج أنواع الأسماك النهمة أو النهمة، مثل C. gariepinus، ينبغي استخدام العديد من الخزانات بسبب فرز فئات الحجم والإنتاج المتدرج (Palm et al. 2016). و ينبغي تصميم صهاريج الأسماك بحيث يمكن إزالة المواد الصلبة التي تستقر في قاع الصهاريج بصورة فعالة من خلال النفايات السائلة الموجودة في القاع. وتعتبر عملية إزالة النفايات الصلبة هذه أول خطوة حاسمة لمعالجة المياه في الأحياء المائية المقترنة كما هو الحال في الاستزراع المائي والأحياء المائية المنفصلة. وتنبع النفايات من الأعلاف غير المأكل، وبراز الأسماك، والكتلة الحيوية البكتيرية، والمواد الملوثة التي تنتج أثناء إنتاج الاستزراع المائي، مما يزيد من جودة المياه وتوافر الأوكسجين فيما يتعلق بتربية الأحياء المائية والوحدات المائية. وفي الاستزراع المائي، تتكون النفايات الصلبة إلى حد كبير من الكربون العضوي، الذي تستخدمه البكتيريا المتغايرة لإنتاج الطاقة من خلال استهلاك الأوكسجين. وكلما كانت إزالة النفايات الصلبة أفضل، كان الأداء العام للنظام أفضل لكل من الأسماك والنباتات، أي مع مستويات الأوكسجين المثلى وعدم تراكم الجسيمات في جذوسفير مما يثبط امتصاص المغذيات، ومع وجود خزانات مستديرة أو بيضاوية تثبت فعاليتها بشكل خاص (Knaus et al. 2015).

   تم اختبار إنتاج الأسماك في الأحياء المائية المقترنة في فيشغلاس هاوس في ألمانيا على نطاقات مختلفة من أجل التأكد من فعالية التكلفة. وقد تم ذلك على نحو فعال على نطاق واسع (بحد أقصى 50 كيلوغراما، 35 سمكة-3/سوب) أو مكثف (بحد أقصى 200 كجم، 140 سمكة-3/سوب) في أفريقيا من سمك السلور. ولا يمكن التوصية بالإنتاج شبه المكثف (100 كجم كحد أقصى، 70 سمكة مسوب-3/سوب) بسبب توازن التكلفة السلبية والفوائد. وفي وضع الإنتاج شبه المكثف، كانت صيانة النظام والعمالة والمدخلات العلفية بنفس القدر من الإنتاج المكثف ولكن مع انخفاض إنتاج الكتلة الحيوية للأسماك والنباتات، ولم تؤتي أي مكاسب اقتصادية في وحدة الاستزراع المائي ثمارها (Palm et al. 2017). وقد نتج ذلك عن ارتفاع الطلب على الأوكسجين البيوكيميائي (BOD)، وارتفاع التشويه بسبب انخفاض توافر الأكسجين، وارتفاع أسعار صرف المياه نسبيا، وتمعدن اللاهوائي في الغالب مع هطول واضح، وانخفاض مستويات P و K، فضلا عن انخفاض قيم درجة الحموضة مع إنتاج الأسماك أقل بكثير مقارنة مع الظروف المكثفة. وعلى النقيض من ذلك، سمح الإنتاج الواسع النطاق للأسماك بتوافر أكسجين أعلى مع انخفاض أسعار صرف المياه وتوافر المغذيات بشكل أفضل لنمو النباتات. وهكذا، وفي ظل الظروف المذكورة أعلاه، فإن وحدة إنتاج أسماك RAS للأحياء المائية المقترنة إما تعمل في ظل ظروف إنتاج الأسماك المكثفة أو المكثفة، وينبغي تجنب الظروف الوسيطة.

   7.4.1 الترشيح

   أما أجهزة التوضيح، التي تسمى أحياناً أيضاً أجهزة الترسيب أو فواصل الدوامات (انظر أيضاً الفصل 3)، فهي أكثر الأجهزة استخداماً لإزالة النفايات الصلبة في أكوابونيكش (Rakocy et al. 2006؛ Nelson and Pade 2007؛ Danaher et al. الشكل 7.4). و يجب إزالة المسائل الجسيمية الأكبر حجما من النظام لتجنب المناطق التي تعاني من نقص الأوكسجين التي تنطوي على آثار مشوهة أو تطور HSUB2/Subs. تستخدم معظم أجهزة التصفيح إدراج الصفيحة أو الألواح للمساعدة في إزالة المواد الصلبة. وتدعم القيعان المخروطية تركيز الحمأة في القاع أثناء التشغيل والتنظيف، في حين تتطلب القيعان المسطحة كميات كبيرة من الماء لطرد الحمأة وإزالتها. أثناء التشغيل، تغرق المواد الصلبة في الجزء السفلي من المرطب لتشكيل الحمأة. اعتمادًا على مدخلات التغذية ووقت الاحتفاظ بها، يمكن أن تتراكم هذه الحمأة لتشكيل طبقات سميكة نسبيًا. يتحول النشاط الميكروبي داخل طبقات الحمأة تدريجياً نحو الظروف اللاهوائية، مما يحفز التشويه الميكروبي. وتقلل هذه العملية من النترات المتاحة للنباتات وينبغي تجنبها، خاصة إذا كانت مياه المعالجة ستستخدم في إنتاج النباتات المائية. وبالتالي، يمكن أن يؤدي نزع النيترينغ إلى نتائج عكسية في أكوابونيكش المقترن.

   كثافة النفايات الصلبة التي يتم إزالتها بواسطة المرطب منخفضة إلى حد ما، بالمقارنة مع التكنولوجيات الأخرى، والصيانة تستغرق وقتا طويلا، وتنظيف المرطب مع المياه العذبة هو المسؤول عن فقدان المياه الرئيسية للنظام بأكمله. تتأثر الكمية المطلوبة من الماء بتصميمها العام والشكل السفلي وإمكانية الوصول إلى PVC يحير إلى مياه التنظيف (الشكل 7.4a، ب). تتطلب زيادة كثافة تخزين الأسماك كميات أكبر من تبادل المياه (كل يوم في الأسبوع في ظل ظروف مكثفة) للحفاظ على جودة المياه المثلى لإنتاج الأسماك، مما قد يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من مياه المعالجة، وفقدان كميات كبيرة من المواد الغذائية اللازمة للنباتات النمو. وعلاوة على ذلك، فإن الاستبدال بالمياه العذبة يدخل كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم التي قد تترسب بعد ذلك بالفوسفات. ولذلك، فإن استخدام هذه المصفيات التي تعمل يدوياً يجعل التنبؤات بشأن تكوين مياه المعالجة فيما يتعلق بالنمو الأمثل للنباتات مستحيلة تقريباً (Palm et al. 2019). و سيكون من الأكثر فعالية اتباع مثال Naegle (1977) لفصل الحمأة الهوائية و اللاهوائية و تصريف النيتروجين الغازي مع نظام الحمأة المزدوج.

   

   الشكل 7.4 مبدأ الترشيح المائي مع الرسوبيات (a-b) و (c) فلتر الأقراص (Pal-Aquakulur GmbH، أبتشاغن، ألمانيا) من سمك السلور الأفريقي التجاري (Clarias gariepinus) RAS في فيشغلاسهاوس (جامعة روستوك، ألمانيا)

   ويمكن تحقيق إزالة أكثر فعالية للنفايات الصلبة عن طريق مرشحات البرميل أو الأقراص الأوتوماتيكية التي توفر حواجز ميكانيكية تمنع المواد الصلبة، والتي يتم إزالتها بعد ذلك عن طريق الشطف. وتهدف التطورات الجديدة إلى الحد من استخدام مياه الشطف من خلال تقنيات التنظيف الفراغي، مما يسمح بتركيز إجمالي المواد الصلبة في الحمأة بنسبة تصل إلى 18٪ (الدكتور غونتر شيبي، Pal-Aquakultur GmbH، ألمانيا، الاتصالات الشخصية، الشكل 7.4 ج). و هذه الإزالة الفعالة لل نفايات لها تأثير إيجابي على تكوين الحمأة, و تحسين التحكم في المياه السائلة من أجل تلبية متطلبات البستنة على نحو أفضل. خيار آخر هو تطبيق أجهزة تصفية متعددة (الرواسب) أو مكونات إزالة الحمأة في صف واحد.

   الفلاتر الحيوية هي جزء أساسي آخر من RAS، لأنها تحول النيتروجين الأمونيا عن طريق الأكسدة الميكروبية إلى نترات (النتريفيكاتيون). و على الرغم من أن جذور النباتات و النظام نفسه يوفران أسطح لل بكتيريا النتروية, فإن القدرة على التحكم في نوعية المياه محدودة. الأنظمة التي لا تحتوي على الترشيح الحيوي تقتصر على المنشآت الصغيرة أو الهواية مع مدخلات تغذية منخفضة. وبمجرد زيادة الكتلة الحيوية للأسماك ومدخلات الأعلاف، يلزم توفير قدرة إضافية على الترشيح الحيوي للحفاظ على نوعية المياه الكافية لاستزراع الأسماك وتوفير كميات كافية من النترات لنمو النباتات.

   أما بالنسبة إلى الأحياء المائية المحلية والصغيرة النطاق، فإن الوسائط النباتية (الحصى أو الطين الموسع على سبيل المثال) يمكن أن تكون كافية كمرشحات بيولوجية فعالة. ومع ذلك، نظرا للإمكانيات العالية للانسداد وبالتالي الحاجة إلى التنظيف اليدوي والصيانة المنتظمة، فإن هذه الطرق ليست مناسبة لأكوابونيكش التجارية على نطاق أوسع (Palm et al. 2018). بالإضافة إلى ذلك، أظهر كناوس وبالم (2017a) أن استخدام فلتر بيولوجي بسيط في الالتفافية قد زاد بالفعل من مدخلات التغذية اليومية المحتملة في نظام أكوابونيكالمقترن بنسبة 25٪ تقريبًا. المرشحات الحيوية الحديثة التي تستخدم في RAS المكثف فعالة في توفير قدرة كافية على النتروية لإنتاج الأسماك والنباتات. وبسبب زيادة تكاليف الاستثمار، تصبح هذه المكونات أكثر قابلية للتطبيق في النظم المائية التجارية المتوسطة والكبيرة.

   7-4-1-1 الزراعة المائية في علم الأحياء المائية المقترن

   ويمكن استخدام مجموعة واسعة من النظم الفرعية المائية (انظر أيضا الفصل 4) اعتمادا على حجم التشغيل (Palm et al. 2018). وما لم يكن لليد العاملة تأثير كبير على المحصول (أو الربح) ولم يكن النظام كبيرا جدا، يمكن استخدام نظم فرعية مائية فرعية مختلفة في الوقت نفسه. وهذا أمر شائع في أكوابونيكش المحلية والمظاهرة التي غالبا ما تستخدم أنظمة الركيزة السرير وسائل الإعلام (الرمل والحصى والبيرلايت، الخ) في الانحناء والتدفق، وقنوات دوك (ثقافة المياه العميقة أو أنظمة الطوافة) وحتى في كثير من الأحيان قنوات المغذيات عصامي (NFT). ومعظم كثافة اليد العاملة هي أسرة الركيزة الإعلامية (الرمل/الحصى) في أحواض الانحسار والتدفق، والتي يمكن أن تسد بسبب ترسب المخلفات وغالبا ما تحتاج إلى غسلها (Rakocy et al. 2006). بسبب التعامل مع الركائز، وعادة ما تكون هذه الأنظمة محدودة في الحجم. ومن ناحية أخرى، تتطلب النظم الفرعية المائية التابعة لشركة دوبروفينك WC عمالة أقل وأقل عرضة للصيانة، مما يتيح اعتمادها في مناطق زراعة أكبر. ولهذا السبب، توجد أنظمة DWC الفرعية بشكل رئيسي في الأنظمة المحلية إلى الصغيرة/شبه الموصلات، ومع ذلك، لا عادة في أنظمة أكوابونية واسعة النطاق. وفيما يتعلق بالإنتاج التجاري الأكبر حجما، لا تزال نسبة اليد العاملة والصيانة في نظام DWC مرتفعة للغاية. وحتى استخدام موارد المياه والطاقة في الضخ غير مؤات أيضا للنظم الواسعة النطاق.

   وإذا كانت النظم المائية المغلقة مصممة للإنتاج الموجه نحو الربح، يجب أن ينخفض استخدام اليد العاملة بينما يجب زيادة مساحة الإنتاج. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق تبسيط إنتاج الأسماك إلى جانب تطبيق النظم الفرعية المائية سهلة التركيب. ويمكن، في الوقت الحاضر، اعتبار تقنية الأغشية المغذيات أنجع نظام مائي، يجمع بين العمالة المنخفضة ومناطق زراعة النباتات الكبيرة ونسبة جيدة من تكاليف المياه والطاقة والاستثمار. ومع ذلك، لا تنمو جميع النباتات المائية بشكل جيد في أنظمة NFT، وبالتالي فمن الضروري العثور على الخيار الصحيح للنباتات لكل نظام فرعي مائي، والذي يرتبط بدوره مع إمدادات المغذيات لأنواع معينة من الأسماك المتكاملة في تصميم النظم الفرعية المائية المحددة. بالنسبة لأكوابونيكش المقترن، يمكن أن يكون تحميل الجسيمات الأعلى في بعض الأحيان في الماء إشكالية بسبب انسداد القطرات والأنابيب والصمامات في منشآت NFT. وبالتالي، يجب أن تحتوي الأنظمة المائية الكبيرة على إدارة المياه الاحترافية مع الترشيح الميكانيكي الفعال لتجنب انسداد إعادة الدوران. عندما يتم ضمان الإمداد المستمر للمياه من خلال الأنابيب، يمكن استخدام نظام NFT في جميع أنواع الأنظمة المائية المقترنة، ولكن يوصى بإنتاجه في إطار الأنظمة الصغيرة/شبه التجارية وأنظمة واسعة النطاق (Palm et al. 2018).

5. 7.5 التحجيم إلى جانب أنظمة أكوابونك

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

   مجموعة نظام أكوابوني إلى جانب نموذجي من صغيرة إلى متوسطة الحجم وأنظمة أكبر حجما (Palm et al. 2018). ولا يزال الارتقاء بالمستوى أحد التحديات المستقبلية لأنه يتطلب اختبارًا دقيقًا لمجموعات الأسماك والنباتات المحتملة. يمكن تكرار أحجام الوحدة المثلى لتشكيل أنظمة متعددة الوحدات، مستقلة عن حجم الإنتاج. وفقًا لـ Palm et al. (2018)، تم تصنيف مجموعة أنظمة aquaponic إلى (1) مصغرة، (2) هواية، (3) منزلية وخلفية، (4) صغيرة/شبه تجارية و (5) أنظمة كبيرة (ص) على نطاق واسع، كما هو موضح أدناه:

   

   الشكل 7.5 مبدأ نظام أكوابوني صغير إلى جانب محلي (\ 2 m<sup2/sup، بعد Palm et al. 2018) مع التهوية (أ) ومضخة (ب)، تعمل الزراعة المائية (ج) مثل المرشح الحيوي

   عادة ما تتكون المنشآت الصغيرة (الشكل 7.5) من خزان أسماك صغير مثل خزان السمك أو حوض السمك الذي تنمو فيه النباتات على السطح أو داخل سرير مائي صغير. وعادة ما تستخدم مرشحات الحوض التقليدية والتهوية والمضخات. أنظمة مصغرة وعادة ما تكون 2 MSU2/سوب أو أقل في الحجم (بالم وآخرون. 2018). هذه النظم المائية الصغيرة يمكن استخدامها في المنزل مع عدد قليل فقط من النباتات للاستهلاك المنزلي وزرعت مع النباتات مثل الطماطم والأعشاب أو الزينة. تضيف هذه الأنظمة قيمًا جديدة إلى مساحة المعيشة البشرية بإضافة «الطبيعة» إلى منطقة الحياة الأسرية التي تحظى بشعبية خاصة في المدن الكبيرة. تتكون بعض الأنظمة الصغيرة من مزهرية نباتية فقط وسمك واحد أو أكثر بدون مرشح ومضخة. ومع ذلك، فإن هذه الأنظمة قصيرة الأجل فقط لأن الترشيح المنظم مفقود.

   

   الشكل 7.6 مبدأ نظام هواية هواية داخلية مقترنة (2—10 msup2/sup بعد Palm et al. 2018) مع (أ) خزان السمك والتهوية، (ب) الرواسب أو المرطب تغير بعد نيلسون وبايد (2007)، (ج) السرير المائي، مثل الحصى مع المحاصيل المختلفة التي تعمل مثل مرشح بيولوجي و (د) مستنقع مع مضخة

   يتم تصنيف أنظمة هواية أكوابونك للوصول إلى الحد الأقصى لحجم 10 msup2/sup (Palm et al. 2018). مع ارتفاع كثافة تخزين الأسماك، والمزيد من الأعلاف والتهوية، من الضروري وجود وحدة ترسيب ميكانيكية (الرسوبة/المرطب) (الشكل 7.6). يزيل الرسوبيات المادة الجسيمية - «الحمأة» مثل البراز والأعلاف غير المأكل من النظام دون استخدام الطاقة. يتدفق الماء عن طريق الجاذبية من خزان السمك إلى الرسوبيات ثم من خلال الخزانات المائية ثم يسقط في مستنقع حيث مضخة أو رفع الهواء يضخ الماء مرة أخرى إلى خزانات الأسماك. في منشآت الهوايات، تعمل أسرة النبات كمرشح ميكروبي طبيعي وغالبا ما تستخدم ركائز السرير وسائل الإعلام مثل الرمل والحصى الناعم أو البيرلايت. أنظمة هواية أكوابونك هي أكثر فئة الحيل التي لا تستهدف إنتاج الأغذية. بل يتمتعون بوظيفة النظام المتكامل. وعادة ما يتم تثبيت أنظمة الهوايات، كما يوحي الاسم، من قبل الهواة الذين يرغبون في زراعة مجموعة متنوعة من الكائنات الحية والنباتات المائية لاستخدامها الخاص و «المرح».

   يحتوي أكوابونيكش المحلي/الفناء الخلفي على الغرض من إنتاج الاستخدام المنزلي الخارجي للأسماك والنباتات التي تتميز بأنها تحتوي على مساحة إنتاج قصوى تبلغ 50 msup2/sup (Palm et al. 2018). يتم بناء هذه الأنظمة من قبل المتحمسين. يتم تمييز البناء من الناحية الفنية مع ارتفاع إنتاج الأسماك، وتهوية إضافية ومدخلات علوية أعلى. يتم تطبيق مبدأ أكوابونيكش المقترن باستخدام مضخة واحدة إعادة تدويرs الماء من مستنقع (أدنى نقطة) إلى خزانات أسماك أعلى مكانة ثم عن طريق الجاذبية عن طريق الرسوبيات وفلتر بيولوجي (مع تهوية وبكتيريا ركائز) إلى الوحدات المائية (الشكل 7.7).

   

   الشكل 7.7 مبدأ نظام أكوابونك الفناء الخلفي إلى جانب، 10-50 msup2/sup (من Palm et al. 2018) مع (أ) خزان السمك والتهوية، (ب) الرسوبيات أو المرطب تغير بعد نيلسون وبايد (2007)، (ج) المرشح الحيوي مع ركائز والتهوية، (د) وحدة مائية يمكن أن تتكون من طوف مجتمعة أو قنوات DWC, و (ه) نظام الركيزة الإعلامية بالحصى أو الرمل, و (و) قنوات تقنية أغشية المغذيات, و (ز) حوض بمضخة و احدة

   وبالنسبة للترشيح الحيوي، يمكن أيضًا استخدام مرشحات الأسرّة التقليدية كما هو موضح في Palm et al. (2014a، b، 2015). في الأحياء المائية في الفناء الخلفي، يمكن أن تتكون الزراعة المائية وحدها أو مجتمعة من الطوافة أو DWC (تربية المياه العميقة) الحوض الصغيرs، النظم الفرعية الركيزة مثل انحسار الحصى والرمل الخشنة وصناديق التدفق أو قنوات تقنية الأغشية المغذيات (NFT). في نصف الكرة الشمالي، في المنشآت الخارجية، يقتصر الإنتاج على فترات الربيع والصيف وأوائل الخريف بسبب الظروف الجوية. ومع هذا الحجم من التشغيل، يمكن إنتاج الأسماك والنباتات للاستهلاك الخاص (ويمكن توسيع الإنتاج من خلال إنتاج الاحتباس الحراري الصغير)، ولكن المبيعات المباشرة بكميات صغيرة ممكنة أيضاً.

   تتميز أنظمة Aquaponic على نطاق Small و semi-commercial بكونها تصل إلى 100 msup2/sup (Palm et al. 2018) مع تركيز الإنتاج على سوق التجزئة. تتميز هذه الأنظمة بمزيد من الخزانات، التي تتميز بكثافة تخزين أعلى، وفلاتر إضافية وأنظمة معالجة المياه ومنطقة مائية أكبر ذات تصميمات أكثر تنوعا.

   تصل العمليات التجارية الكبيرة (ص) فوق 100 msup2/sup (Palm et al. 2018) وتصل إلى عدة آلاف من الأمتار المربعة إلى أعلى درجة من التعقيد وتتطلب تخطيطًا دقيقًا لتدفق المياه وأنظمة المعالجة (الشكل 7.8). المكونات العامة هي خزانات أسماك متعددة، مصممة كأنظمة إعادة تدوير مكثفة للاستزراع المائي (RAS)، ونقطة لنقل المياه أو مستنقع يسمح بتبادل المياه بين الأسماك والنباتات، ووحدات إنتاج النباتات التجارية (aquaponics s./s.l.). وبما أن إنتاج الأسماك مخصص لكثافات التخزين المكثفة، فإن مكونات مثل الترشيح الإضافي بمساعدة مرشحات الأسطوانة، وإمدادات الأكسجين، ومعالجات الأشعة فوق البنفسجية للتحكم الميكروبي، والتغذية التي يتم التحكم فيها تلقائيًا والحوسبة بما في ذلك التحكم التلقائي في جودة المياه تقوم بتصنيف هذه الأنظمة.

   تتميز هذه الأنظمة بتصميم متعدد الوحدات قادر على الارتقاء تحت إعادة تدوير المياه المغلقة بالكامل، مما يسمح أيضًا بالإنتاج المتدرج، والزراعة المتوازية للنباتات المختلفة التي تتطلب أنظمة فرعية مائية مختلفة والتحكم بشكل أفضل في الوحدات المختلفة في حالة تفشي الأمراض والنباتات. مكافحة الآفات.

6. 7.6 أكوابونيكش المياه المالحة

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

   و ثمة مجال جديد نسبيا لل بحث هو تقييم الملوحة المختلفة لمياه العملية من أجل نمو النبات. وبما أن الطلب على المياه العذبة في جميع أنحاء العالم يتزايد باستمرار وبأسعار مرتفعة، فقد أولي قدر من الاهتمام لاستخدام موارد المياه المالحة والمياه المالحة في الزراعة وتربية الأحياء المائية وكذلك في الأحياء المائية. ويكتسي استخدام المياه المالحة أهمية كبيرة لأن العديد من البلدان، مثل إسرائيل، لديها موارد مياه مالحة تحت الأرض، وأكثر من نصف المياه الجوفية في العالم هي مياه ملحية. وفي حين تقدر كمية المياه المالحة الجوفية بنسبة 0.93 في المائة فقط من مجموع موارد المياه في العالم بنحو 000 870 12 كمسوب/سوب، فإن هذا يزيد عن احتياطيات المياه العذبة الجوفية (000 530 10 كمسوب/سوب)، التي تشكل 30.1 في المائة من جميع احتياطيات المياه العذبة.

   

   ** الشكل 7.8** مخطط (إشراف) لوحدة إيكوابونيات مائية واسعة النطاق تم اعتمادها بعد فيشغلاس هاوس في جامعة روستوك (ألمانيا) (1000 مليون مسوب/سوب مساحة الإنتاج الإجمالية، بالم وآخرون 2018) مع (أ) وحدة مستقلة للاستزراع المائي، (ب) نظام نقل المياه، (ج) الوحدة المائية المستقلة؛ F1-F9 الأسماك الدبابات, S) الرواسب, P-I مضخة واحدة (مضخة فلتر بيولوجي), P-II مضخة اثنين (مضخة إعادة تدوير تربية الأحياء المائية), T) مرشح القذف, سو) الحوض. في الوسط، يقوم نظام نقل المياه المغذيات مع خزان نقل المياه Wt-I من وحدة الاستزراع المائي، P-III) بضخ المياه الغنية بالمغذيات من الاستزراع المائي إلى C) وحدة الهيدروبونيات على اليمين مع خزان المغذيات ونظام مستقل لإعادة الدوران المائي وطاولات الزراعة (أو NFT) P-IV) مضخة أربعة, التي تضخ المياه المنخفضة المغذيات من الوحدة المائية إلى WT-II) خزان نقل المياه الثاني و إلى و حدة الاستزراع المائي لل ظروف المائية المقترنة (أو المفصولة إن لم تستخدم)

   تم إجراء أول بحث منشور حول استخدام المياه المالحة في الأحياء المائية في الفترة 2008-2009 في صحراء النقب في إسرائيل (كوتزن وأبلباوم 2010). ودرس المؤلفون إمكانية استخدام أكوابونيات المياه المالحة التي يمكن أن تستخدم ما يقدر بـ 200-300 مليار مليار/ سوب تقع على مسافة 550-1000 متر تحت الأرض في المنطقة. استخدمت هذه الدراسات ودراسات إضافية ما يصل إلى 4708-6800 ميكروسية/سم (4000—8000 μs/سم = محلول ملحي معتدل، كوتزن وأبلباوم 2010؛ أبيلباوم وكوتزن 2016) في أنظمة أكوابونية مقترنة مع Tilapia sp. (سلالة حمراء من البلطي النيلي Oreochromis niloticus x الأزرق Tilapia O. aureus الهجينة)، جنبا إلى جنب مع الطوافة العائمة المستزرعة في المياه العميقة وأنظمة الحصى. وقد انعكست النظم مع نظم مياه الشرب كعنصر تحكم. وزرعت مجموعة واسعة من الأعشاب والخضروات، مع نتائج جيدة جدا ومقارنة في كل من أنظمة المياه المالحة والمياه العذبة. في كلا النظامين كانت صحة الأسماك ونموها جيدة مثل نمو نبات الكراث (Allium ampeloprasum)، والكرفس (Apium graveolens) (الشكل 7.9)، والكرنب (Brassica oleeracea v. gongylodes)، والملفوف (Brassica oleracea v. capata)، الخس (Laca) sativa_), القرنبيط (Brassica oleracea v. botrytis), سويسرا السلق (_البيتا الشائع)، البصل الأخضر (أليوم فيستولوسوم)، الريحان (Ocimum basilium)، الماء (Nasturtium officinale) (كوتزن وأبلباوم 2010؛ أبيلباوم وكوتزن 2016).

   

   الشكل 7.9 نبات الكرفس الناضج المزروع في المياه المالحة

   يشير «تقرير مهمة» لفان دير هايجدن وآخرون (2014) حول دمج الزراعة والاستزراع المائي مع المياه المالحة في مصر إلى أن «البلطي الأحمر» (ربما سلالات حمراء من Oreochromis mossambicus) له إمكانات عالية جنبا إلى جنب مع الخضروات مثل البازلاء والطماطم والثوم التي يمكن أن تتسامح مع انخفاض الملوحة المعتدلة. النباتات التي من المعروف أن لديها تحمل المياه المالحة تشمل عائلة الملفوف (براسيكاس)، مثل الملفوف (Brassica oleracea)، والقرنبيط (Brassica oleracea italica)، واللفت (Brassica oleracea var. sabellica)، عائلة بيتا، مثل Beta vulgaris (الشمندر)، السبان الأبدي (بيتا الشاذلة subsp. Vulgaris)، والفلفل الجرس (Capsicum annuum) والطماطم (Solanum lycopersicom). ومن المرشح الواضح للنباتات المائية المائية المالحة هو السامفير المستنقعات (Salicornia europaea) وربما «الخضروات حبلا» الأخرى مثل اللفت البحري (Crambe marima)، أستر البحر (Tripolium pannonicum) والبرسلان البحري (Atriplex portulacoides). وأشار Gunning (2016) إلى أنه في المناطق الأكثر جفافا من الكلمة تكتسب زراعة الهالوفيتس كبديل للمحاصيل التقليدية شعبية كبيرة وساليكورنيا أوروبا أصبحت شعبية متزايدة على قوائم المطاعم وعدادات صيادي الأسماك ومحلات الأغذية الصحية عبر البلد. وهذا هو الحال أيضا في جميع أنحاء المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي حيث يتم تصدير معظم المنتجات من إسرائيل والآن مصر أيضا. ميزة مميزة لزراعة السامفير الأهوار هي أنه محصول «قطع وتأتي مرة أخرى» مما يعني أنه يمكن حصاده على فترات تصل إلى حوالي شهر واحد. في بيئتها الطبيعية على طول مصبات الأنهار المالحة ساليكورنيا europaea ينمو على طول التدرج الملحي من المياه المالحة من خلال المياه المالحة (Davy et al. 2001). في التجارب التي أجراها Gunning (2016)، كانت النباتات تزرع من البذور، في حين نما Kotzen نباتاته التجريبية من قطع الجذوع التي تم شراؤها من منضدة الأسماك في السوبر ماركت. أجرى نوزي وآخرون (2016) دراسات أخرى تحت الظروف المالحة، حيث درسوا آثار عدوى الدينوفلاجيلات (أميلودينوم أوكيلاتوم) في باس البحر (Dicentrarchus labrax) عند مستويات ملوحة مختلفة. درس بانتانيلا (2012) نمو صودا سالسولا الهالوفيت (ملفوف الملح) بالاشتراك مع البوري الرمادي المسطح (Mugil cephalus) في ظل الظروف البحرية لزيادة محتويات الملح في مزرعة تجريبية في جامعة توسكيا (إيطاليا). كما استخدمت موارد المياه البحرية بنجاح في الزراعة المائية المقترنة بإنتاج باس البحر الأوروبي (Dicentrarchus labrax) والنباتات المقاومة للأملاح (الهالوفيتس) مثل Salicornia dolichostachya و Plantago coronopus و Tripolium pannonicum في تربية الأحياء المائية البرية البرية التي يعاد تدويرها نظام (والر وآخرون. 2015).

7. 7.7 خيارات الأسماك والنباتات

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

   7.7.1 إنتاج الأسماك

   في الزراعة المائية التجارية على نطاق أوسع، تحتاج الأسماك والإنتاج النباتي إلى تلبية متطلبات السوق. و يسمح إنتاج الأسماك باختلاف الأنواع, و فقا لتصميم النظام المعني و الأسواق المحلية. يعتمد اختيار الأسماك أيضًا على تأثيرها على النظام. ويمكن تجنب إنتاج الأسماك المائية المقترنة بالإشكالية بسبب عدم كفاية تركيزات المغذيات، مما يؤثر سلباً على صحة الأسماك. إذا كانت الأنظمة المائية المقترنة تحتوي على نسب متوازنة من الأسماك إلى النباتات، سيتم امتصاص المواد الغذائية السامة من قبل النباتات التي تقوم بتنظيف المياه. وبما أن قبول المواد السامة يعتمد على الأنواع، فإن اختيار أنواع الأسماك له تأثير حاسم على النجاح الاقتصادي. ولذلك، فمن المهم إيجاد التركيبة الصحيحة والنسبة بين الأسماك والنباتات، وخاصة الأنواع السمكية التي لديها أنشطة أقل تلويثا للمياه والنباتات ذات القدرة العالية على الاحتفاظ بالمغذيات.

   و فوائد و جود أسرة سمكية معينة في النظم المائية المقترنة ليست مفهومة بوضوح فيما يتعلق باحتياجاتها المحددة من حيث نوعية المياه و الأحمال الغذائية المقبولة. وجد نايجل (1977) أنه لا يوجد أي تأثير سلبي ملحوظ على نمو الأسماك والأسماك في تعاطيه للبلطي (البلطي موسمبيكا) والشبوط الشائع (Cyprinus carpio). كما استخدمت قناة السلور (Ictalurus punctatus) من قبل لويس وآخرون (1978) وسوتون ولويس (1982) في الولايات المتحدة الأمريكية. وقد ثبت أن نوعية المياه المائية تلبي بسهولة متطلبات مختلف أنواع الأسماك، وخاصة من خلال استخدام أنواع الأسماك «سهلة الإنتاج» مثل البلطي الأزرق (Oreochromis aureus، سابقا Saroterodon aurea) في Watten and Busch (1984)؛ والبلطي النيلي (Oreochromis) niloticus)، والذي كان يستخدم في كثير من الأحيان في الدراسات مع الأنواع النباتية المختلفة كنوع من الأسماك النموذجية (راكوسي 1989؛ راكوسي وآخرون 2003، 2004؛ الحافظ وآخرون 2008؛ راكوسي 2012؛ فيلارويل وآخرون 2011؛ سيميونيدو وآخرون 2012؛ بالم وآخرون 2014a، 2014b؛ ديم وآخرون 2017)؛ وأيضا أيضا البلطي - سلالة حمراء ( أوروكروميس نيلوتيكوس x البلطي الأزرق O. aureus الهجينة)، التي تم التحقيق فيها في البيئات الصحراوية القاحلة (كوتزن وأبلباوم 2010؛ أبيلباوم وكوتزن 2016).

   وقد حدث توسع في أنواع أنواع الأسماك المستخدمة في الأحياء المائية، على الأقل في أوروبا، التي تقوم على استخدام أنواع الأسماك المحلية وكذلك الأنواع التي تحظى بقبول أكبر من المستهلكين. ويشمل ذلك سمك السلور الأفريقي (Clarias gariepinus) الذي تم زراعته بنجاح في ظل الظروف المائية المقترنة من قبل بالم وآخرون (2014b)، وكناوس وبالم (2017a) وباسمان وآخرون (2017) في شمال ألمانيا. ميزة C. gariepinus هو قبول أعلى لمعلمات المياه الضارة مثل الأمونيوم والنترات، وكذلك ليست هناك حاجة لإمدادات إضافية من الأكسجين بسبب علم وظائف الأعضاء التنفس الهواء الخاصة بهم. ووصفت بانتانيلا (2012) معدلات نمو جيدة لـ C. gariepinus في ظل الظروف المائية المقترنة في إيطاليا، وفي ماليزيا بواسطة Endut et al. (2009). ويمكن توقع حدوث توسع في إنتاج سمك السلور في أفريقيا في إطار علم الأحياء المائية المقترن، وذلك بسبب عدم وجود مشاكل في الإنتاج والإدارة، وارتفاع جودة المنتجات، وزيادة الطلب على السوق في كثير من أنحاء العالم.

   وفي أوروبا، أصبحت أنواع الأسماك الأخرى ذات الإمكانات السوقية العالية والقيمة الاقتصادية محط التركيز في الإنتاج المائي، مع التركيز بشكل خاص على الأنواع المسروقة مثل «زاندر» الأوروبي (Sander lucioperca_). وقد تم اختبار إنتاج Pikeperch، وهو نوع من الأسماك حساس نسبياً لبارامترات المياه، في رومانيا في مجال الأحياء المائية المقترنة. أظهر Blidariu et al. (2013a، b) مستويات أعلى بكثير من PSUB2/sub5/sub (بنتوكسيد الفوسفور) والنترات في الخس (Lactuca sativ) باستخدام pikeperch مقارنة بالإنتاج التقليدي، مما يشير إلى أن إنتاج البيكيبيرش في أكوابونيكش المقترن ممكن دون آثار سلبية على الأسماك النمو عن طريق سمية المغذيات. وقد تم استخدام Cyprinidae (Cypriniformes) مثل الكارب بشكل شائع في الزراعة المائية المقترنة وأظهرت بشكل عام نموًا أفضل مع انخفاض كثافات التخزين والحد الأدنى من معدلات تدفق المياه في العملية المائية (الاستخدام الفعال للمياه) أثناء التجارب في الهند. وكانت كثافة تخزين الكارب الأمثل لكوي (Cyprinus carpio var. koi) 1.4 كجم/م (حسين وآخرون. 2014)، وأفضل زيادة في الوزن والعائد من Beta pulgaris var. تم العثور على بنجالينسيس (سبانخ) بمعدل تدفق مياه 1.5 لتر/دقيقة (حسين وآخرون 2015). تم الإبلاغ عن نمو جيد للأسماك والعائد النباتي من السبانخ المائي (Ipomoea aquatica) مع الحد الأقصى لنسبة إزالة المغذيات (Nosub3/sub3/n و Posub4/sub-P و K) عند الحد الأدنى لمعدل تدفق المياه قدره 0.8 لتر/دقيقة مع سمك الكارب متعدد الاستزراع (Cyprinus carpio varpio_ koi koi) وسمك الذهب (_koi) نوانسي وآخرون آل. (2016). ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن نمو النبات وإزالة المغذيات في كوي (Cyprinus carpio var. koi) والأسماك الذهبية (Carassius auratus) إنتاج (حسين وآخرون 2014، 2015) مع Beta vulgaris var. زادت السبانخ (السبانخ) والسبانخ المائي (Ipomoea aquatica) خطياً مع انخفاض في تدفق مياه العملية بين 0.8 لتر/دقيقة و 1.5 لتر/دقيقة. وتشير هذه النتائج إلى أنه بالنسبة لاستزراع الأسماك السيبرينية، يوصى بانخفاض تدفق المياه لأن ذلك ليس له آثار سلبية على نمو الأسماك. وعلى النقيض من ذلك، وصف Shete et al. (2016) معدل تدفق أعلى يبلغ 500 لتر hsup-1/sup (حوالي 8 لتر/دقيقة) لإنتاج الكارب والنعناع الشائع (Mentha arvensis)، مما يشير إلى الحاجة إلى معدلات مختلفة لتدفق المياه لمختلف أنواع النباتات. تم اختبار سيبرينيد آخر، وهو التنش (Tinca tinca)، بنجاح من قبل Lobillo et al. (2014) في إسبانيا، وأظهر معدلات بقاء عالية على الأسماك (99.32%) بكثافة تخزين منخفضة تبلغ 0.68 كجم msup-3/sup بدون أجهزة إزالة المواد الصلبة ومعدلات جيدة للبقاء على الخس (98%). وبشكل عام، يساهم أفراد الأسرة القبرصية مساهمة كبيرة في إنتاج الاستزراع المائي في جميع أنحاء العالم (FAO 2017)؛ ومن المرجح أن يكون ذلك صحيحاً أيضاً في ظل الظروف المائية والإنتاجية، ولكن يجب اختبار الوضع الاقتصادي لكل بلد على حدة.

   و أدخلت كائنات مائية أخرى مثل الجمبري و جراد البحر في الإنتاج المائي المقترن. قامت ماريسكال-لاغاردا وآخرون (2012) بالتحقيق في تأثير مياه عملية الروبيان الأبيض (Litopenaeus vannamei) على نمو الطماطم (Lycopersicon esculentum) ووجدت غلة جيدة في أكوابونيكش مع تأثير تجنيب المياه في إطار الإنتاج المتكامل. وقارنت دراسة أخرى الإنتاج المائي شبه المكثف لروبيان المياه العذبة (Macrobrachium rosenbergii - الروبيان الماليزي) بالريحان (Ocimum basilium) مقابل زراعة النباتات المائية التقليدية بمحلول المغذيات (Ronzón-Ortega et al. 2012). ومع ذلك، كان إنتاج الريحان في علم الأحياء المائية أقل فعالية في البداية (25٪ البقاء على قيد الحياة)، ولكن مع زيادة الكتلة الحيوية من القريدس، زادت الكتلة الحيوية النباتية أيضا بحيث توصل المؤلفون إلى نتيجة إيجابية مع إنتاج الريحان مع M. rosenbergii. أبلغ سايس وفيتزسيمونز (2013) عن نمو نباتات أفضل في الخس (Lactuca sativa) والملفوف الصيني (Brassica rapa pekinensis) وباكتشوي (Brassica rapa) مع M. rosenbergii في تعدد الثقافات مع النيل Tilapia (O. niloticus). niloticus_). وأدت زراعة القريدس إلى استقرار النظام من حيث البارامترات الكيميائية الفيزيائية، مما أدى بدوره إلى تحسين نمو النبات، على الرغم من أن ارتفاع درجة الحموضة، حدث نقص في المغذيات في الملفوف الصيني والخس. بشكل عام، توضح هذه الدراسات أن إنتاج الجمبري في ظل ظروف أكوابونك ممكن ويمكن أن يكون له تأثير استقرار على الحلقة المغلقة - أو مبدأ أكوابونك المقترن.

   7.2 الإنتاج النباتي

   وقد و صفت زراعة أنواع كثيرة من النباتات و الأعشاب و المحاصيل المثمرة و الخضراوات الورقية في الزراعة المائية المقترنة. في كثير من الحالات، كان المحتوى المغذي لمياه عملية أكوابونيكش كافيا لنمو النبات الجيد. ولخص استعراض أجراه Thorarinsdottir وآخرون (2015) معلومات عن الإنتاج النباتي في ظل ظروف الإنتاج المائي من مصادر مختلفة. كان الخس (Lactuca sativa) هو النبات المزروع الرئيسي في أكوابونيكش، وكان يستخدم في كثير من الأحيان في أشكال مختلفة مثل الخس المقرمش الرأس (فيض)، والخس الزبد (بيب في الولايات المتحدة الأمريكية)، والخس الرومين والخس ورقة فضفاضة تحت ليلة أقل (3-12 درجة مئوية) ودرجات حرارة نهارية أعلى (17-28 درجة مئوية) (سومرفيل وآخرون 2014). أجريت العديد من التجارب مع الخس في أكوابونيكش (على سبيل المثال راكوسي 1989) أو كمقارنة لنمو الخس بين أكوابونيكش المائية والمائية وأكوابونيكش المكمل (Delaide et al. 2016). الخس الرومين (Lactuca ساتيفا longifolia السيرة الذاتية. أريحا) أيضا من قبل سيرايت وآخرون (1998) مع نتائج نمو جيدة مماثلة للزراعة المائية المستقلة وتراكم متزايد من K و Mg و Mn و P و Na و Zn مع زيادة الكتلة الحيوية للأسماك في النيل Tilapia (Oreochromis niloticus). ولم تتأثر تركيزات الحديد والكوكو. وكان محصول الخس ضئيلا مع كثافة تخزين مختلفة من الأسماك (151 غرام، 377 غرام، 902 غرام، 1804 غرام) والكتلة الحيوية النباتية بين 3040 غرام (151 غرام من الأسماك) و 3780 غرام (902 غرام من الأسماك). كما تم زراعة الخس، على سبيل المثال من قبل لينارد وليونارد (2006) مع موراي كود (Maccullochella peeliii)، ولورينا وآخرون (2008) مع سمك الحفش «بيستر» (هجين من أنثى هوسو و و Acipenser روثينوس الذكور) وبانتانيلا (2012) مع البلطي النيل (O. oticus). وكمحصول ماء دافئ، تم الإبلاغ عن الريحان (Ocimum basilium) كعشب جيد للزراعة في إطار الزراعة المائية المقترنة، وأبلغ 81% من المستطلعين عن ذلك في نتائج مسح دولي (Love et al. 2015). وقام راكوسي وآخرون (2003) بالتحقيق في الريحان ذي الغلة المماثلة في إطار الإنتاج الدفعي والمتدرج (2.0؛ 1.8 كغم/مسوب/سوب) على النقيض من زراعة الحقول ذات الغلة المنخفضة نسبيا (0.6 كغم/مسوب/سوب). وصف سومرفيل وآخرون (2014) الريحان بأنه واحد من الأعشاب الأكثر شعبية لأكوابونيكش، وخاصة في النظم واسعة النطاق نظرا لنموه السريع نسبيا وقيمته الاقتصادية الجيدة. يمكن زراعة أصناف مختلفة من الريحان تحت درجات حرارة أعلى تتراوح بين 20 و 25 درجة مئوية في أسرة الوسائط، NFT (تقنية الأغشية المغذيات) و DWC (زراعة المياه العميقة). يمكن أن يصل الريحان المزروع في أسرة وسائط الحصى إلى محصول أعلى بمقدار 2.5 أضعاف مع أحداث البلطي (O. niloticus، 0.30 جم) على النقيض من C. gariepinus (0.12 جم) (كناوس وبالم 2017a).

   وصفت سومرفيل وآخرون (2014) الطماطم (Lycopersicon esculentum) بأنها «نباتات صيفية ممتازة مثمرة» في أكوابونيكش ويمكن التعامل مع التعرض الكامل لأشعة الشمس ودرجات حرارة أقل من 40 درجة مئوية اعتمادا على نوع الطماطم. ومع ذلك، فإن الاستدامة الاقتصادية في الزراعة المائية المقترنة هي موضع خلاف بسبب انخفاض القدرة التنافسية لإنتاج الطماطم المائية مقارنة بالإنتاج المائي التقليدي عالي الهندسة في البيوت البلاستيكية، على سبيل المثال، مركز التحسين الهولندي في DLV GreenQ في بليزويك مع محصول طماطم يبلغ 100.6 كجم MSUP-2/سوب (هورتيديلي 2015)، أو حتى أعلى (هيوفيلينك 2018). وركزت التحقيقات السابقة على زراعة هذا النبات في الغالب مقارنة بالإنتاج الحقلي. وأبلغ لويس وآخرون (1978) عن ضعف محصول الطماطم (البندورة) في إطار الزراعة المائية مقارنة بالإنتاج الحقلي، وتم إصلاح نقص الحديد الذي حدث باستخدام حامض رباعي الأسيتيك من الإيثيلين، ديامين، حامض الأسيتيك. كما تم إنتاج الطماطم (البندورة) في أنظمة مائية مختلفة على مدى العقود الماضية، من قبل ساتون ولويس (1982) مع غلة نباتية جيدة عند درجات حرارة المياه تصل إلى 28 درجة مئوية مع سمك السلور القنال (Ictalurus punctatus)، بواسطة واتين وبوش (1984) جنبا إلى جنب مع البلطي (Sarotherodon aurea) إجمالي محصول فواكه الطماطم القابلة للتسويق يبلغ 9.6 كجم/msup2/sup، أي ما يقرب من 20٪ من الغلة المسجلة للأكوابونيكش المنفصل (47 كجم/msup2/sup/y، جيلين 2016). McMurtry et al. (1993) البلطي الهجين (Oreochromis mossambicus x Oreochromis niloticus) مع الطماطم (البندورة) في المرشحات الحيوية الرملية المرتبطة بها والتي أظهرت «غلة نبات/ارتفاع إجمالي إنتاج النبات» بنسبة 1:1 .5 (سرير الترشيح الرملي) و McMcMcMcMcMcMurtry وآخرون (1997) مع زيادة إجمالي الفاكهة النباتية العائد مع زيادة نسبة الترشيح الحيوي/الخزان. يجب أن يذكر أن إنتاج الطماطم ممكن تحت أكوابونيكش جنبا إلى جنب. وفقا لمبدأ زراعة النباتات بدون تربة في أكوابونيكش sensu stricto بعد Palm et al. (2018)، فمن المفيد أن تسميد جزئيا بعض العناصر الغذائية مثل الفوسفور والبوتاسيوم والمغنيسيوم لزيادة الغلة (انظر التحديات أدناه).

   ومن الممكن أيضا زراعة المزيد من الأنواع النباتية, و يجري الإبلاغ باستمرار عن اختبار محاصيل جديدة. في المملكة المتحدة، اختبر كوتزن وخانداكر الخضروات الآسيوية الغريبة، مع نجاح خاص مع القرع المر، والمعروف باسم كيرالا أو البطيخ المر (Momordica charantia) (Kotzen pers. comm.). تارو (Colocasia esculenta) هو نوع آخر يتم زراعته بسهولة مع النجاح المبلغ عنه سواء بالنسبة «لأذن الفيل» الكبيرة مثل الأوراق وكذلك جذورها (Kotzen pers. comm.). وأشار سومرفيل وآخرون (2014) إلى أن المحاصيل مثل القرنبيط والباذنجان والفلفل والفاصوليا والبازلاء والملفوف والقرنبيط والسلق السويسري والبقدونس لها إمكانية زراعتها تحت الماء. ولكن هناك الكثير (مثل الكرفس، القرنبيط، الكرنب، الفلفل الحار، الخ) بما في ذلك النباتات التي تفضل أن يكون لها ظروف جذرية رطبة، بما في ذلك السبانخ المائي (Ipomoea aquatica) والنعناع (Menta sp.) وكذلك بعض النباتات الهالوفيتية، مثل مستنقعات السامفير (Salicornia europaeaaaaaaaaaaaaa).

   ويمكن أيضا زراعة نباتات الزينة، وحدها أو جنبا إلى جنب مع محاصيل أخرى (الزراعة البينية)، على سبيل المثال Hedera helix (اللبلاب المشترك) التي تزرع في جامعة روستوك بواسطة Palm & Knaus في نظام أكوابوني مقترن. استخدمت التجارب مواد غذائية أقل بنسبة 50٪ يتم توفيرها عادة للنباتات في ظروف الحضانة العادية بمعدل نجاح بنسبة 94.3٪ (الشكل 7.10).

   

   الشكل 7.10 ثلاث فئات نوعية من اللبلاب (Hedera helix)، نمت في نظام أكوابوني مقترن يشير إلى الجودة التي تتطلبها تجارة الحضانة (أ) جيدة جدا وقابلة للتسويق مباشرة، (ب) جيدة وقابلة للتسويق و (ج) ليست ذات جودة عالية بما فيه الكفاية

   وإلى جانب المصنع والنوع المختار، هناك عقبتان رئيسيتان تتعلقان بإنتاج النباتات المائية في إطار حالتين مقترحتين لإنتاج الأسماك، واسعة النطاق ومكثفة. في ظل ظروف واسعة النطاق، يكون توافر المغذيات داخل مياه العملية أقل بكثير مما هو عليه في إنتاج النباتات التجارية، والمغذيات مثل K و P و Fe ناقصة، والتوصيل بين 1000 و 1500 ميكروثانية /سم، وهو أقل بكثير مما يطبق في إطار الإنتاج المائي المنتظم من المنتجات التجارية النباتات بانتظام بين 3000 و 4000 ميكروثانية /سم. يمكن للنباتات التي تعاني من نقص في بعض العناصر الغذائية أن تظهر علامات على نخر الأوراق ولها أقل من الكلوروفيل مقارنة بالنباتات المخصبة على النحو الأمثل. وبالتالي، فإن الإضافة الانتقائية لبعض المغذيات تزيد من جودة النبات المطلوبة لإنتاج منتجات تنافسية.

   وفي الختام، يواجه إنتاج المصانع التجارية للأحياء المائية المقترنة في إطار الإنتاج المكثف للأسماك صعوبة في التنافس مع الإنتاج المنتظم للنباتات المائية التجارية على نطاق واسع. إن التركيب غير الأمثل للمغذيات التي تسببها عملية إنتاج الأسماك والذي لا يمكن التنبؤ به وفقاً لـ Palm et al. (2019) يجب أن يتنافس مع الظروف الغذائية المثلى الموجودة في الأنظمة المائية. ولا شك في أن هناك حاجة إلى تطوير حلول تسمح بالنمو الأمثل للنباتات مع توفير نوعية المياه اللازمة للأسماك في الوقت نفسه.

   7.3 خيارات تركيبة الأسماك والنباتات

   يمكن أن يؤدي الجمع بين الأسماك والنباتات في الأحياء المائية المغلقة إلى نمو أفضل للنباتات (Knaus et al. 2018b) إلى جانب فوائد لرفاه الأسماك (Baßmann et al. 2017). داخل مياه العملية، قد تحدث اختلافات كبيرة في المغذيات الدقيقة والمغذيات الكبيرة مع آثار سلبية على الاحتياجات الغذائية النباتية (Palm et al. 2019). وقد أظهر تحليل عام للنظم المائية المقترنة أن هناك مستويات منخفضة من المغذيات داخل النظم (Bittsanszky et al. 2016) بالمقارنة مع حلول المغذيات المائية (Edaroyati et al. 2017). لا تتسامح النباتات مع نقص أو زيادة المعروض من المغذيات دون أن يؤثر ذلك على النمو والجودة، ويجب تعديل مدخلات التغذية اليومية لنظام أكوابونك بما يتناسب مع احتياجات النبات من المغذيات. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تنظيم كثافة تخزين الأسماك وكذلك تغيير علف الأسماك. صنفت سومرفيل وآخرون (2014) النباتات في الأحياء المائية وفقاً لاحتياجاتها من المغذيات على النحو التالي:

   1 - النباتات ذات المتطلبات الغذائية المنخفضة (مثل الريحان، Ocimum basilium)

   2 - النباتات ذات المتطلبات الغذائية المتوسطة (مثل القرنبيط، _Brassica oleracea var. بوتريتيس _)

   3 - النباتات ذات المتطلبات الغذائية العالية مثل الأنواع المثمرة (مثل الفراولة، مواصفات Fragaria).

   لا يمكن زراعة جميع النباتات في جميع النظم الفرعية المائية مع نفس الغلة. يعتمد اختيار النبات على النظام الفرعي المائي إذا تم استخدام الأنظمة المائية التقليدية الخالية من التربة (مثل DWC، NFT، الانحسار والتدفق؛ aquaponics بالمعنى الضيق - s. - بالمعنى الضيق). في إطار الزراعة المائية ('aquaponics sensu lato' - s.l. - بالمعنى الأوسع، Palm et al. 2018)، يستخدم استخدام التربة الخاملة أو مع إضافة الأسمدة تقنيات البستنة من البستنة، مما يزيد من النطاق المحتمل للأنواع.

   في ظل الظروف المائية، يكون للهياكل المكونة للنظم الفرعية تأثير حاسم على معايير نمو النبات. وفقا لوف وآخرون. (2015)، فإن معظم المنتجين أكوابونك تستخدم الطوافة وأنظمة السرير وسائل الإعلام وإلى كمية أقل NFT والأبراج العمودية. درس لينارد وليونارد (2006) نمو الخس البلوط الأخضر (Lactuca sativa) وسجلت العلاقة بين سرير الحصى\ > الطوافة العائمة\ > NFT من حيث تطوير الكتلة الحيوية والعائد بالاشتراك مع سمك القد موراي (Maccullochella peeliii) في أستراليا. اختبرت كناوس آند بالم (2016-2017، بيانات غير منشورة) أنظمة فرعية مائية مختلفة مثل NFT، الطوافة العائمة والحصى الركيزة على نمو النباتات المختلفة في فيشغلاسهاوس في تصميم تجريبي أكوابوني منفصل، مما يتطلب اختبارًا لاحقًا في ظل ظروف مقترنة. ومع زيادة كثافة إنتاج سمك السلور الأفريقي (C. gariepinus، حوالي 20-168 كجم/مسو3/سوب)، فإن معظم المحاصيل المستزرعة مثل الخيار (Cucumis sativus) والريحان (Ocimum basilium) وباك تشوي (Brassica rapa chinensis) تميل إلى النمو بشكل أفضل، على النقيض من نارد ولونارد (2006)، بالحصى و NFT أكوابونيكش (الحصى\ > NFT\ > RAFT؛ Wermter 2016؛ Pribbernow 2016؛ Lorenzen 2017)، والنعناع المغربي «النعناع» (Mentha spicata) أظهر أداء النمو المعاكسة (RAFT = NFT\ > Gravel) مع أعلى أرقام الأوراق في NFT (زيمرمان 2017). وهذا يدل على ميزة من ظروف الحصى ويمكن استخدامها مجازيا أيضا في الأواني النباتية التقليدية مع الركيزة التربة في ظل ظروف أكوابونية مقترنة. تم تصنيف هذا النوع من الأكوابونيات المائية على أنه «البستنة - أكوابونيكش _ (س. ل.) _' بسبب استخدام ركائز من قطاع البستنة (التربة، ألياف الكوكو، الخث، إلخ). (انظر Palm et al. 2018). ويشمل ذلك جميع تقنيات زراعة النباتات التي تسمح للنباتات بالنمو في الأواني، حيث يمكن اعتبار الركيزة الموجودة في الوعاء نفسه مكافئة لركيزة الحصى الكلاسيكية للأكوابونيكش. وأظهرت البحوث التي أجراها كناوس آند بالم (بيانات غير منشورة) تباينا في نوعية الخضروات التي تزرع عادة وبالتالي ملاءمتها للنمو في هذا النوع من أكوابونيكش مع التربة (الشكل 7-11، الجدول 7-1). في هذا النوع من أكوابونيكش والفاصوليا والخس والحملان والفجل فعلت بشكل جيد.

   

   ** الشكل 7.11** تجارب مع مجموعة متنوعة من الخضروات التي تزرع عادة، في ظروف الشتاء في فصل الشتاء 2016/2017 في فيشغلاسهاوس (جامعة روستوك، ألمانيا)

   ** الجدول 7-1** توصية باستخدام نباتات البستنة في الزراعة المائية باستخدام 50 في المائة من الأسمدة العادية في الأواني ذات التربة

   الجدول ثياد tr class = «رأس» Thname/th (ثلات) الاسم/ث من الممكن للأكوابونيك/ال Thmark/th نظام المغذية/ال /tr /thead tbody tr class = «غريب» TDBeans/TD TD إيفاسيولوس الشاملة/ط /td TDYS/TD TD1/td TDextensive/TD /tr tr class = «حتى» TDPEAS/TD TD إيبيسوم ساتيفوم/ط /td تدنو/تد td2/td TDIntensive/TD /tr tr class = «غريب» TDBeet/TD TD iBeta الشائل/ط /td تدنو/تد td2/td TDBOTH/TD /tr tr class = «حتى» TDTOMATOS/TD TD إيزولانوم ليكوبرسيكوم/ط /td تدنو/تد td2.3/td TDBOTH/TD /tr tr class = «غريب» TDLamb الخس /تد TD إيفاليريانيلا الجراد /td TDYS/TD TD1/td TDBOTH/TD /tr tr class = «حتى» TDradish/TD TD إيرافانوس ساتيفوس/ط /td TDYS/TD TD1/td TDBOTH/TD /tr tr class = «غريب» TDwheat/TD TD إتريتيكوم أستيفوم/ط /td تدنو/تد td2/td TDBOTH/TD /tr tr class = «حتى» TDLettuce/TD TD إلكتيكا ساتيفا/ط /td TDYS/TD TD1/td TDIntensive/TD /tr /tbody /الجدول

   ويؤثر اختيار النبات (الأنواع والسلالة) وخاصة النظام الفرعي المائي و/أو الركيزة، بما في ذلك الخث، وبدائل الخث، وألياف الكوكو، والسماد العضوي، والطين، وما إلى ذلك، أو مزيج منها (انظر Somerville et al. 2014) تأثيرا كبيرا على النجاح الاقتصادي للمشروع. ويجب اختبار كفاءة بعض الركائز في الوحدات الفرعية المائية لقاع الوسائط (مثل استخدام الرمل (McMurtry et al. 1990، 1997) والحصى (Lennard and Leonard 2004) والبيرلايت (Tyson et al. 2008). وقد وصف سومرفيل وآخرون (2014) استخدام ركائز أخرى من قاع وسائل الإعلام مثل الحصى البركانية أو الصخور (tuff/tufa)، والحصى الجيري، وحصى قاع النهر، وحجر الخفاف، واللدائن المعاد تدويرها، والركائز العضوية مثل ألياف جوز الهند، ونشارة الخشب، وطحلب الخث، وجذع الأرز. ومع ذلك، فإن الدراسات المقارنة النوعية مع التوصيات نادرة جدا وموضوعا للبحث في المستقبل.

   7.7.4 بوليبونيات

   يمكن أن يؤدي الجمع بين الكائنات الحية المائية المختلفة في نظام أكوابوني واحد إلى زيادة إجمالي الغلة. طبقت نايجل لأول مرة (1977)، هذا المبدأ إنتاج الأنواع المتعددة من مصطلح متعدد الاستزراع جنبا إلى جنب مع أكوابونيكش في أنظمة مقترنة باسم «بوليبوني» (متعدد الاستزراع المائي + أكوابونيكش) من قبل كناوس و بالم (2017ب). وعلى غرار IMTA (الاستزراع المائي المتعدد التغذية المتكاملة)، توسع البوليبونيات تنوع أنظمة الإنتاج. ولاستخدام أنواع متعددة في نظام واحد مزايا وعيوب على حد سواء، ذلك أن (أ) التنويع يسمح للمنتج بالاستجابة لطلبات السوق المحلية، ولكن (ب) من ناحية أخرى، ينتشر التركيز على عدد من المنتجات، الأمر الذي يتطلب قدرا أكبر من المهارات والإدارة الأفضل. المعلومات المنشورة عن البوليبونيات نادرة. ومع ذلك، أفاد ساس وفيتزسيمونز (2013) عن تحسن نمو نباتات الخس والملفوف الصيني والباكتشوي في الاستزراع المتعدد مع روبيان المياه العذبة (Macrobrachium rosenbergiii) والبلطي النيلي (O. niloticus) في أكوابونيكا. وصف ألبرتس هوباتش وآخرون (2017) زراعة جراد البحر النبيل (Astacus Astacus)، وباس مخطط هجين (Morone saxatilis x M. chrysops)، والطحالب الدقيقة (Nannochloropsis limnetica) والجرجير (Nasurtium officinale)، حيث كان نمو جراد البحر أعلى مما كان متوقعا، تتغذى على جذور الجرجير، و براز السمك و اتباع نظام غذائي مصمم بواسطة بايكبيرس.

   وأظهرت التحريات الأولية في جامعة روستوك اختلافات في نمو النبات في وحدتين متطابقتين مع 25msup2/sup مع إنتاج سمك السلور الأفريقي (Clarias gariepinus) والنيل Tilapia (Oreochromis niloticus، Palm وآخرون 2014ب). كانت غلة النبات من الخس (Lactuca sativa) وفواكه الخيار (Cucumis sativus) أفضل بكثير في تركيبة مع O. niloticus. وشهد هذا التأثير أيضا كناوس وبالم (2017a) مع محصول أعلى 2.5 أضعاف في الريحان (Ocimum basilium) وزيادة بمقدار مرتين الكتلة الحيوية من البقدونس (Petroselinum crispum) جنبا إلى جنب مع O. niloticus. وأظهرت مقارنة أخرى بين O. niloticus والشبوط الشائع (Cyprinus carpio) وجود كتلة حيوية إجمالية أعلى مرتين لكل نبات (g plantsup-1/sup) من الطماطم (Solanum lycopersicom) مع البلطي وزيادة طفيفة في الكتلة الحيوية الإجمالية للخيار (Cucumis sativus) مع سمك الشبوط، ومع ذلك مع ارتفاع خيار فاكهة الوزن في O. niloticus وحدة أكوابونك (كناوس ونخيل 2017b). وكان محصول النعناع (Mentha x piperita) أعلى بمقدار 1.8 مرة تقريبا في وحدة البلطي، ولكن البقدونس كان أعلى بمقدار 2.4 مرة مع الكارب (Knaus et al. 2018a). وتبعت نتائج هذه التجارب ترتيب نمو النبات: O. niloticus\ > C. carpio\ > C. gariepinus, في حين أظهر نمو الأسماك ترتيبا عكسيا مع: C. gariepinus\ > O. niloticus\ > C. carpio.

   ووفقا لهذه النتائج، فإن اختيار الأسماك يؤثر على محصول النبات ومزيج من أنواع الأسماك المختلفة، كما أن أداء نموها يسمح بتعديل الكائنات المائية المقترنة مع محصول الأسماك والنباتات المثلى. خلال التجارب المتتالية (O. niloticus فقط، C. gariepinus فقط)، لوحظ ارتفاع العائد من الكتلة الحيوية من الريحان (O. basilicum) بنسبة 20.44٪ (فرق نمو النبات - PGD) لـ O. niloticus على النقيض من العائد الريحان مع C. gariepinus (كناوس وآخرون 2018b). وهكذا، O. niloticus يمكن استخدامها لزيادة العائد النباتي في نظام C. gariepinus العام. وهذا ما يسمى تأثير التعزيز من قبل Tilapia يعزز الناتج الإجمالي لنظام الإنتاج ويعوض i) نمو النبات الأفقر مع ارتفاع نمو الأسماك من C. gariepinus وكذلك ii) نمو الأسماك الأفقر في O. niloticus مع زيادة في الغلة النباتية. تم افتتاح أول مزرعة للبلبونيات التجارية في بالي، إندونيسيا، لإنتاج البلطي جنبا إلى جنب مع سمك السلور الآسيوي (Clarias batrachus) والمنتجات الزراعية التقليدية.

8. 7-8 المسائل المتعلقة بتخطيط النظام وإدارتها

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

   وتعتمد الأحياء المائية المقترنة على العناصر المغذية التي يتم توفيرها من وحدات الأسماك، سواء أكانت عبارة عن مركب تجاري كثيف أو خزانات مخزنة في ظروف واسعة النطاق في عمليات أصغر حجما. وتتراوح كثافة الأسماك في هذه الأخيرة في كثير من الأحيان بين 15 و20 كجم/مسوب/سوب (البلطي، الكارب)، ولكن إنتاج سمك السلور الأفريقي الواسع يمكن أن يكون أعلى من 50 كجم/مسوب/سوب. وتؤثر كثافات التخزين المختلفة هذه تأثيراً كبيراً على تدفقات المغذيات وتوافر المغذيات للنباتات، وشرط مراقبة جودة المياه وتعديلها، فضلاً عن ممارسات الإدارة المناسبة.

   و تعتمد نوعية مياه العملية فيما يتعلق بتركيزات المغذيات في المقام الأول على تكوين العلف و معدلات دوران الأسماك ذات الصلة. الفرق بين مدخلات الأعلاف ومغذيات الأعلاف، الاستيعاب داخل الأسماك أو الفقدان من خلال صيانة النظام، يساوي أقصى قدر ممكن من المغذيات النباتية المتاحة من الاستزراع المائي. وكما لوحظ أعلاه، ينبغي تعديل تركيزات المغذيات إلى المستويات التي تسمح للنباتات بالنمو بفعالية. ومع ذلك، ليس كل أنواع الأسماك قادرة على تحمل مثل هذه الظروف. ونتيجة لذلك، فإن الأنواع السمكية المرنة مثل سمك السلور الأفريقي أو البلطي أو الكارب هي المرشحة للأحواض المائية المفضلة. وفي جامعة روستوك، تم تحليل سمك السلور بأكمله ونظامه الغذائي القياسي كقيم للمخرجات والمدخلات لتحديد معدلات دوران المغذيات الكبيرة N و P و K و Ca و Mg و S والمغذيات الدقيقة Fe و Mn و Mo و Cu و Zn و Se. وباستثناء P، لا يتم الاحتفاظ بأكثر من 50٪ من مغذيات العلف التي تعطى للأسماك في جسمها ويمكن اعتبارها متاحة كمواد غذائية نباتية (Strauch et al. 2018؛ الشكل 7.12). ومع ذلك، لا يتم توزيع هذه العناصر الغذائية بالتساوي داخل مياه العملية والرواسب. خاصة المغذيات الكبيرة (N، P، K) تتراكم في المياه العملية وكذلك داخل الجزء الصلب في حين تختفي المغذيات الدقيقة، مثل الحديد، في الجزء الصلب مفصولة بواسطة المرطب. ويبين الشكل 7-13 ناتج المغذيات لكل تنظيف مرطب بعد 6 أيام من جمع الحمأة في سمك السلور الأفريقي المكثف. نسب المواد الغذائية الأساسية النباتية التي ترتبط في المواد الصلبة بالنسبة إلى الكميات المعنية التي تظهر الذائبة كبيرة: N = 48٪، P = 61٪، K = 10٪، كاليفورنيا = 48٪، ملغ = 16٪، S = 11٪، Fe = 99٪، Mn = 86٪، مو = 100٪، الزنك = 48٪ و Cu = 55٪.

   

   ** الشكل 7-12** المغذيات غير المستخدمة في تربية أسماك السلور الأفريقية التي يمكن أن تكون متاحة لإنتاج النباتات المائية (البيانات الأصلية)

   

   الشكل 7-13 توزيع المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة داخل مياه العملية والمواد الصلبة. (بيانات من ستراوتش وآخرون (2018))

   أحد عوامل الإدارة الرئيسية هو توافر الأكسجين داخل النظام، وهو أمر حاسم للحفاظ على تركيز نترات النبات المتاحة في مياه العملية عالية. وتزيل أجهزة التصفيح التقليدية التي يتم تطبيقها في العديد من النفايات الصلبة الغنية بالكربون من إعادة الدوران ولكنها ستتركها على اتصال بمياه المعالجة حتى فترة التنظيف التالية لخزان الترسيب. خلال هذا الوقت، يتم استخدام المادة العضوية الغنية بالكربون كمصدر للطاقة عن طريق إزالة البكتيريا، مما يمثل خسائر كبيرة من النترات. فإنه يخرج كما النيتروجين في الغلاف الجوي ويفقد. وفي ظل ظروف الإنتاج المكثفة، تتراكم كميات كبيرة من الحمأة العضوية داخل صهاريج الترسيب، مع ما يترتب على ذلك من عواقب على الصيانة والاستبدال بالمياه العذبة، وبعد ذلك على تكوين المغذيات داخل مياه العملية. ويوضح الشكل 7-14 تركيزات المغذيات في خزانات حفظ أسماك السلور الأفريقية RAS تحت ثلاث كثافات تخزين مختلفة (واسعة: 35 سمكة/صهريج، شبه كثيفة: 70 سمكة/صهريج، مكثف: 140 سمكة/خزان). وكلما ارتفعت كثافة التخزين وانخفاض محتوى الأكسجين الناتج داخل النظام، وانخفاض هو نترات النبات المتاحة لكل كيلوغرام تغذية داخل النظام.

   

   ** الشكل 7.14** الميزانية لكل كيلوغرام من العلف ومستوى الأكسجين في تربية أسماك السلور الأفريقية تحت ثلاث كثافات تخزين مختلفة (البيانات الأصلية)

   بشكل عام، مع زيادة كثافة الأسماك، يتناقص توافر الأكسجين داخل النظام بسبب استهلاك الأكسجين من قبل الأسماك والهضم الحمأة الهوائية داخل المرطب والنظم الفرعية المائية. ويمكن الحفاظ على مستويات الأكسجين عند مستويات أعلى، ولكن هذا يتطلب استثمارًا إضافيًا لمراقبة الأكسجين والتحكم فيه. وتكتسي هذه المسألة أهمية كبيرة بالنسبة للأحياء المائية المقترنة، منذ بداية مرحلة التخطيط للأنظمة لأن السيناريوهات المختلفة حاسمة بالنسبة للإنتاج السمكي المخطط، ونوعية مياه العملية الناتجة لوحدات إنتاج النبات، وبالتالي بالنسبة للاقتصاد الاقتصادي الاستدامة. ويمكن تعريف أربعة مبادئ أساسية لنظم الإنتاج المائي المقترنة مع عواقب إدارية من حيث تصميم النظام وإجراءات الصيانة وتوافر المغذيات لنمو النبات، مع التحولات فيما بينها، على النحو التالي:

   • إنتاج مكثف، أسماك مرنة أكسجين (مثل البلطي، الكارب)، لا تحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 ملغم/لتر، استخدام قليل من الماء مع تركيزات المغذيات العالية، استثمار صغير، انخفاض BOD، نترات عالية لكل كيلوغرام من العلف.

   • الإنتاج المكثف، الأسماك المرنة الأكسجين (مثل سمك السلور الأفريقي)، عدم التحكم في الأوكسجين، OSUB2/sub أقل من 6 ملغم/لتر، الاستخدام العالي للمياه، الاستثمار المتوسط، ارتفاع BOD، نترات منخفضة لكل كيلوغرام من العلف، تركيزات عالية من المغذيات.

   • الإنتاج المكثف، الأسماك التي تتطلب الأكسجين (مثل سمك السلمون المرقط)، التحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 إلى 8 ملغم/لتر، الاستخدام المرتفع للمياه، الاستثمار المتوسط، انخفاض BOD، نترات عالية لكل كيلوغرام من العلف، تركيزات منخفضة من المغذيات.

   • الإنتاج المكثف، الأسماك التي تتطلب الأوكسجين (مثل سمك السلمون المرقط، pikeperch)، التحكم بالأكسجين، OSUB2/sub فوق 6 إلى 8 ملغم/لتر، الاستخدام المرتفع للمياه، الاستثمار المرتفع، انخفاض BOD، نترات متوسطة لكل كيلوغرام من العلف.

   وبالإضافة إلى كثافة التخزين ومتوسط كمية الأكسجين داخل النظام، فإن نظام الإنتاج النباتي، أي الزراعة دفعة أو متداخلة، له عواقب على العناصر الغذائية المتاحة للنبات داخل مياه العملية (Palm et al. 2019). وهذا هو الحال خاصة بالنسبة للأسماك السريعة النمو، حيث يمكن أن تكون الزيادة في الأعلاف أثناء دورة الإنتاج سريعة لدرجة أنه يجب أن يكون هناك سعر صرف أعلى للمياه وبالتالي يمكن أن يزيد تخفيف المغذيات، مع ما يترتب على ذلك من عواقب على تكوين وإدارة المغذيات.

   كما تحدث نفس العمليات الأكسكية أو الأنوكسي التي تحدث في RAS كجزء من النظام المائي المقارن داخل النظم الفرعية المائية. ولذلك، فإن توافر الأوكسجين وربما تهوية مياه النبات يمكن أن يكونا حاسمين من أجل تحسين نوعية المياه لتحقيق نمو جيد للنباتات. يسمح الأكسجين للبكتيريا المتغايرة بتحويل المغذيات العضوية المرتبطة إلى المرحلة الذائبة (أي نيتروجين البروتين إلى أمونيا) والبكتيريا النتريفينغ لتحويل الأمونيا إلى نترات. كما أن توافر الأكسجين في الماء يقلل أيضاً من الأيض الجرثومي الناقص للأكسجين (أي البكتيريا المخفضة للنترات و/أو الكبريتات، Comeau 2008)، وهي عمليات يمكن أن يكون لها آثار هائلة على خفض تركيزات المغذيات. تتميز تهوية الجذور أيضًا بميزة نقل الماء والمواد المغذية إلى سطح الجذر، وأن الجسيمات التي تستقر على سطح الجذر تتم إزالتها (Somerville et al. 2014).

9. 7.9 بعض مزايا وعيوب Aquaponics المقترنة

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

   وتكشف المناقشة التالية عن عدد من الإيجابيات والتحديات الرئيسية التي تواجه الأحياء المائية المقترنة على النحو التالي:

   برو: أنظمة أكوابونك المقترنة لها العديد من فوائد الإنتاج الغذائي، وخاصة توفير الموارد تحت مستويات الإنتاج المختلفة وعلى نطاق واسع من المناطق الجغرافية. والغرض الرئيسي من مبدأ الإنتاج هذا هو الاستخدام الأكثر كفاءة واستدامة للموارد الشحيحة مثل الأعلاف والمياه والفوسفور كمغذيات نباتية محدودة والطاقة. وفي حين أن تربية الأحياء المائية والزراعة المائية (بوصفها قائمة بذاتها)، بالمقارنة بالأحياء المائية أكثر قدرة على المنافسة، فإن علم الأحياء المائية المقترن قد يكون له ميزة من حيث الاستدامة وبالتالي تبرير هذه النظم، لا سيما عندما ينظر إليها في سياق، على سبيل المثال، تغير المناخ، وتناقص الموارد، والسيناريوهات التي قد تغير رؤيتنا لل زراعة المستدامة في المستقبل.

   برو: يقصد بالأحياء المائية الصغيرة الحجم والمقترنة بالخلفية دعم إنتاج الأغذية المحلي والمجتمعي من قبل الأسر المعيشية والمزارعين. فهي غير قادرة على وقف تكاليف الاستثمار المرتفعة و تتطلب تكنولوجيات بسيطة و فعالة. وينطبق ذلك على مجموعات الأسماك والنباتات المختبرة في أكوابونيكش المقترنة.

   

   ** الشكل 7-15** تطوير نظم مائية مقترنة من (أ) النفايات المنزلية المبنية من الأراضي الرطبة (CW) و (ب) الأسلحة الكيميائية بالاقتران مع نظم إعادة تدوير تربية الأحياء المائية إلى (ج) الوحدات المائية في النظم المائية المشتركة

   برو: النباتات في الأحياء المائية المعاصرة المقترنة لها دور مماثل في معالجة النفايات كما تفعل الأراضي الرطبة المبنية في إزالة النفايات من المياه (الشكل 7-15). وبالتالي فإن النباتات الموجودة في الوحدة المائية في الأحياء المائية المقترنة تؤدي مهمة تنقية المياه ويمكن اعتبارها «وحدة بيولوجية متقدمة لتنقية المياه» من أجل الحد من التأثير البيئي للاستزراع المائي.

   التحدي: من المقبول على نطاق واسع أن استخدام علف الأسماك فقط كمدخل لتغذية النبات غالبا ما يكون غير كاف نوعيا وكميا بالمقارنة مع نظم الإنتاج الزراعي التقليدية (مثل السماد المائي N-P-K) (Goddek et al. 2016)، مما يحد من نمو بعض المحاصيل في إلى جانب أكوابونيكش.

   برو: النظم المائية المقترنة لها تأثير إيجابي على رفاه الأسماك. وتبين أحدث الدراسات أنه في تركيبة مع الخيار والريحان، انخفض السلوك الناهض لسمك السلور الأفريقي (C. gariepinus) (Baßmann et al. 2017, 2018). والأهم من ذلك، مقارنة الإصابات والأنماط السلوكية مع السيطرة، أثرت أكوابونيكش ذات الكثافة العالية للريحان على سمك السلور الأفريقي بشكل أكثر إيجابية. تطلق النباتات مواد في مياه العملية مثل الفوسفاتيز (Tarafdar and Claassen 1988؛ Tarafdar et al. 2001) قادرة على تحلل مركبات الفوسفات البيوكيميائية حول منطقة الجذر وتحلب الأحماض العضوية (Bais et al. 2004). بالإضافة إلى ذلك، تلعب الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على أسطح الجذور دورًا مهمًا من خلال إفراز المواد العضوية التي تزيد من ذوبان المعادن مما يجعلها متاحة للتغذية النباتية. ومن الواضح أن بيئة الريزوسفير، «الافرازات الجذرية»، تتكون من العديد من المركبات العضوية مثل أنيونات الأحماض العضوية، فيتوسيديروفوريس، السكريات، الفيتامينات، الأحماض الأمينية، البيورين، النيوكليوسيدات، الأيونات غير العضوية، الجزيئات الغازية، الإنزيمات وخلايا الحدود الجذرية (Dakora و Phillips 2002)، والتي قد تؤثر على صحة الكائنات الحية المائية في النظم المائية المقترنة. ولا تتوفر هذه العلاقة التكافلية سواء في الاستزراع المائي النقي أو في الأحياء المائية المنفصلة. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى إجراء بحوث كثيرة لفهم العوامل المسؤولة عن تحسين رفاه الأسماك.

   Pro: يمكن اعتبار Aquaponics شكلاً مثالياً من أشكال الإنتاج الزراعي التقليدي خاصة في المناطق التي تشكل فيها عوامل الإنتاج الناجمة عن الظروف البيئية تحدياً خاصاً، مثلاً في الصحاري أو المناطق الحضرية المكتظة بالسكان (المدن). يمكن تعديل الأنظمة المائية المقترنة بسهولة وفقًا للظروف المحلية، من حيث تصميم النظام وحجم التشغيل.

   التحدي: تظهر الأكوابونية المقترنة أيضًا عيوب، بسبب ظروف نسبة المكونات غير المناسبة في كثير من الأحيان لإنتاج الأسماك والنباتات. ومن أجل تجنب العواقب على رفاه الأسماك، يجب على النظم المائية المقترنة بالتوازن بين مدخلات الأعلاف، وكثافة التخزين، وكذلك حجم وحدات معالجة المياه والمياه المائية. حتى الآن المعرفة من نسب المكونات في أكوابونيكش جنبا إلى جنب لا تزال محدودة، والنمذجة للتغلب على هذه المشكلة في البداية. اقترح Rakocy (2012) 57 جم من الأعلاف/اليوم لكل متر مربع من مساحة زراعة الخس ونسبة مركبة تبلغ 1 msup3/sup من خزان تربية الأسماك إلى 2 msup3/sup من حصى البازلاء الذي يسمح بإنتاج 60 كجم /msup3/sup البلطي. واستناداً إلى نظام الأشعة فوق البنفسجية (UVI)، اعتبرت نسب الحجم نفسها غير مؤات لأن نسبة كبيرة نسبياً من مساحة زراعة النباتات إلى مساحة سطح الأسماك لا تقل عن 7:3 يجب أن تتحقق من أجل الإنتاج النباتي الكافي. ومن ناحية أخرى، فإن تصميمات نظم النظم المقترنة متغيرة للغاية، وغالباً ما تكون غير قابلة للمقارنة، ولا يمكن نقل الخبرات المكتسبة بسهولة إلى نظام آخر أو موقع آخر. ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى المزيد من البيانات البحثية من أجل تحديد أفضل نسب الإنتاج الممكنة، مما يتيح في النهاية رفع مستوى النظم المائية المقترنة من خلال ضرب الوحدات الأساسية المثلى المصممة (انظر أيضا الفصل 11).

   التحدي: ذُكر أن بارامترات نوعية المياه الضارة تؤثر سلباً على صحة الأسماك. وكما أشار Yavuzcan Yildiz et al. (2017)، ينبغي زيادة احتفاظ النباتات بالمغذيات إلى أقصى حد لتجنب الآثار السلبية لجودة المياه على رفاه الأسماك. ومن المهم اختيار أنواع الأسماك الكافية التي يمكن أن تقبل أحمال المغذيات العالية، مثل سمك السلور الأفريقي (C. gariepinus) أو Tilapia_ النيل (O. niloticus،). ويمكن أيضا تطبيق أنواع أكثر عقلانية مثل زاندر أو بيكيبيرش (Sander lucioperca) في علم الأحياء المائية لأنها تفضل المسطحات المائية الغنية بالمغذيات أو المغذيات ذات التعكر العالي (Jeppesen et al. 2000؛ Keskinen and Marjomäki 2003؛ انظر [الفرع 7-7-1. إنتاج الأسماك]). وحتى الآن، لا توجد بيانات قليلة تسمح ببيانات دقيقة عن إعاقات رفاه الأسماك. ونظراً لأن النباتات تحتاج عموماً إلى تركيزات بوتاسيوم عالية تتراوح بين 230 و400 ملغم/لتر داخل مياه العملية، فإن 200 - 400 ملغم/لتر من البوتاسيوم لم يظهر أي تأثير سلبي على رفاه سمك السلور الأفريقي (بريساس باسالو 2017). وبالمثل، فإن 40 و80 ملغم/لتر أورثوب في مياه تربية المياه لم يكن لها تأثير سلبي على أداء النمو وكفاءة الأعلاف وسمات الرفاهية لصغار سمك السلور الأفريقي (Strauch et al. 2019).

   التحدي: هناك مسألة أخرى تتمثل في احتمال انتقال الأمراض من حيث سلامة الأغذية إلى الناس من خلال استهلاك النباتات التي كانت على اتصال مع النفايات السمكية. بشكل عام، حدوث الأمراض الحيوانية المصدر هو طفيف لأن أكوابونيكش مغلقة هي أنظمة تسيطر عليها بالكامل. ومع ذلك، يمكن أن تتراكم الجراثيم في المياه العملية من مكونات النظام أو في الأمعاء السمكية. الإشريكية coli و سالمونيلا _ النيابة. (البكتيريا المعوية الحيوانية المنشأ) كمؤشرات للتلوث البرازي ونوعية المياه الميكروبية، ومع ذلك، لم يتم اكتشافها في علم الأحياء المائية إلا بكميات صغيرة جدا (مونغيا-فراغوزو وآخرون 2015). وأظهرت مقارنة أخرى بين الخضر الورقية الملمس على نحو سلس بين أكوابونيكش المائية والإنتاج القائم على التربة عدم وجود اختلافات كبيرة في عدد الصفائح الهوائية (APC، والبكتيريا الهوائية)، وenterobacteriaceae، و_E. coli و Listeria غير المسببة للأمراض، مما يشير إلى مستوى تلوث مماثل مع مسببات الأمراض ( بارنهارت وآخرون 2015). الليستيريا النيابة. كان الأكثر شيوعا (40٪) في الزراعة المائية مع النباتات دي-الجذور (النباتات المائية مع جذور 0٪، والنباتات المائية دون جذور\ < 10٪)، ولكن ليس بالضرورة أنواع _L الضارة. وأشير إلى أن مصدر البكتيريا قد يكون راجعا إلى عدم وجود إدارة للنظافة الصحية، مع القليل من الأهمية بالنسبة لعلم الأحياء المائية في حد ذاته. وقد اكتشف شماوتز وآخرون (2017) بكتيريا معدية أخرى هي _Fusobacteria (Cetobacterium) _ في براز الأسماك مع انتشار مرتفع يصل إلى 75٪. ممثلو Fusobacteria هم المسؤولون عن الأمراض البشرية (جرثومة المستشفى، الخراجات، الالتهابات)، التكاثر في الأفلام الحيوية أو كجزء من أمعاء الأسماك. لم يتم بعد تسجيل العدوى البشرية مع Fusobacteria من أكوابونيكش ولكن قد يكون ممكنا عن طريق إهمال بروتوكولات النظافة المطلوبة.

   وبوجه عام، لا توجد سوى معلومات قليلة عن الأمراض الناجمة عن استهلاك الأسماك والنباتات الناشئة عن النظم المائية المقترنة. وفي ويلسون (2005)، ذكر الدكتور ج. إي. راكوسي أنه لم تسجل أي فاشية من الأمراض البشرية خلال 25 عاماً من الإنتاج المائي المقترن. ومع ذلك، ينبغي استخدام إجراء غسل المنتجات النباتية للحد من عدد البكتيريا كإجراء وقائي. أوصى تشالمرز (2004) باستخدام حمام الكلور (100 جزء في المليون) يليه شطف مياه الشرب. إذا تم استخدام هذه المنهجية وتجنب الاتصال من النباتات أو المنتجات النباتية مع عملية إعادة تدوير المياه، واحتمال التلوث مع البكتيريا المسببة للأمراض البشرية يمكن أن تنخفض بقوة. هذا هو الاحتياط الضروري ليس فقط لمقارنة ولكن أيضا لجميع أشكال أخرى من أكوابونيكش.