Technologie voor groeiprestaties en waterkwaliteitscontrole van zoetwatervissen in recirculerend aquacultuursysteem
Met de voortdurende verbetering van de intensivering in de aquacultuursector en de steeds strengere eisen op het gebied van milieubescherming, worden traditionele aquacultuurmodellen geconfronteerd met talloze problemen, zoals milieuvervuiling, verspilling van watervoorraden en afnemende productkwaliteit. Het Recirculating Aquaculture System (RAS), als een nieuw type aquacultuurmethode, heeft voordelen zoals waterbesparing, landbesparing, hoge bezettingsdichtheid, beheersbaarheid vanuit het milieu en verminderde afvoer van staartwater. Het sluit aan bij de huidige nationale strategische eisen voor de circulaire economie en energiebesparing en emissiereductie, vertegenwoordigt een belangrijke richting voor de transformatie en ontwikkeling van de aquacultuursector en is een cruciaal model geworden voor de duurzame ontwikkeling van de moderne visserij. Bij RAS wordt het aquacultuurwater gerecirculeerd nadat het fysieke filtratie, biologische zuivering, beluchting, desinfectie en andere behandelingen heeft ondergaan, waardoor het systeem voortdurend de waterkwaliteit moet handhaven die geschikt is voor de groei van vissen. Als de directe omgeving voor het overleven van vissen hebben fluctuaties in verschillende waterkwaliteitsparameters een directe invloed op de fysiologische functies, de metabolische efficiëntie en de ziekteresistentie van vissen, wat zich uiteindelijk manifesteert als verschillen in groeiprestaties. Daarom is een diepgaand onderzoek naar de intrinsieke relatie tussen waterkwaliteitscontrole en groeiprestaties van zoetwatervissen in RAS van groot theoretisch en praktisch belang voor het verbeteren van de efficiëntie van de aquacultuur en het bevorderen van een gezonde ontwikkeling van de industrie.
1 Overzicht van het recirculerende aquacultuursysteem
Het recirculerende aquacultuurmodel is een landbouwmethode waarbij kweekwater na behandeling via fysische, chemische en biologische filterprocessen wordt gerecirculeerd. Onderzoek naar recirculerende aquacultuurtechnologie begon eerder in het buitenland. In de jaren zestig startten landen als de Verenigde Staten, Nederland en Denemarken relevante onderzoeken. De Verenigde Staten gebruikten het voornamelijk voor de kweek van regenboogforel, gestreepte baars en zwarte zeebaars; Nederland gebruikte het vooral voor Europese paling en Afrikaanse meerval; Het recirculerende aquacultuurprocessysteem in Denemarken was een semi{4}}gesloten buitensysteem dat voornamelijk werd gebruikt voor de productie van regenboogforel.
China introduceerde in de jaren tachtig buitenlandse recirculerende aquacultuurtechnologie en -faciliteiten. Vanwege de hoge investerings- en exploitatiekosten werden de meeste geïntroduceerde faciliteiten snel verlaten. In 1988 ontwierp en bouwde het Fishery Machinery and Instrument Research Institute van de Chinese Academie voor Visserijwetenschappen, gebruikmakend van West-Duitse technologie, China's eerste recirculerende aquacultuurproductiewerkplaats. De afgelopen jaren hebben Chinese wetenschappers zoals Qu Keming modellen voor recirculerende aquacultuurtechnologie op hoog, gemiddeld en laag-niveau voorgesteld, gebaseerd op de verschillende behoeften van verschillende soorten aquacultuurbedrijven, en deze in kustgebieden gepromoot; Liu Bo van het Heilongjiang Provincial Fisheries Technology Extension Station stelde "container" recirculerende aquacultuurtechnologie en -modellen voor; Professor He Xugang van de Huazhong Agricultural University stelde een groen en efficiënt aquacultuurmodel met "nul{6}} lozing" voor.
Recirculerende aquacultuurmodellen zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in typen zoals 'raceway', 'container' en 'captive'. Als we het 'raceway'-aquacultuurmodel als voorbeeld nemen, bestaat dit uit een stroom-door een tank, een afvalverzamelgebied, beluchtingsfaciliteiten, omleidingsfaciliteiten, een zuiveringsgebied, een moerasland en andere componenten. Het kleine-water-lichaamswater-duwende aquacultuurgebied bestaat uit rechthoekige tanks, die 2%–5% van het vijveroppervlak beslaan. De afgelopen jaren zijn de specificaties voor doorstroomtanks voor huishoudelijk gebruik- over het algemeen 20 m lang, 4 m breed en 2,5 m hoog, met 1 à 2 tanks per 6670 m² waterlichaam. Het kernonderdeel is de water-duwende beluchtingsapparatuur. Vroege versies gebruikten waaierapparaten voor het voortduwen van water en beluchtingsapparaten voor oxygenatie, maar nu gebruiken de meeste luchtliftapparatuur bestaande uit ventilatoren, microporeuze beluchtingsbuizen en schotten. Over het algemeen worden voor elke drie tanks twee onderling verbonden ondergedompelde afvalverzameltanks met een volume van 10 m³ gebouwd, geplaatst aan het achtereinde van de doorstroom-tanks voor het verzamelen van afval uit het kweekgebied. Het grote-water-ecologische zuiveringsgebied beslaat 95%–98% van het vijveroppervlak, met omleidingsdijken en een waterdiepte van meer dan 2 meter. In dit gebied worden voornamelijk culturen gefilterd-die vis voeden, waarbij de dekking van waterplanten wordt beperkt tot 20%-30% van het zuiveringsgebied. Het is uitgerust met schoepenradbeluchters, waaierbeluchters, machines voor het maken van golven, enz., en indien nodig worden microbiële preparaten toegevoegd.
2 Effecten van het recirculerende aquacultuurmodel op de groeiprestaties van zoetwatervissen
2.1 Groeisnelheid
Het recirculerende aquacultuurmodel kan een relatief stabiele groeiomgeving voor zoetwatervissen bieden, wat de groeisnelheid helpt verbeteren. In de traditionele vijveraquacultuur wordt de waterkwaliteit sterk beïnvloed door externe omgevingsfactoren zoals temperatuur en regenval, die gemakkelijk schommelingen in de waterkwaliteit kunnen veroorzaken en de visgroei kunnen beïnvloeden. In het recirculerende aquacultuurmodel kan het waterkwaliteitscontrolesysteem relatief stabiele waterkwaliteitsparameters handhaven, zoals watertemperatuur, opgeloste zuurstof en pH-waarde, waardoor geschikte groeiomstandigheden voor vissen worden gecreëerd. In het aquacultuurmodel met "raceway" kan de waterstroomsnelheid in de stroming-door de tank bijvoorbeeld worden aangepast via water-duwende beluchtingsapparatuur. Een juiste stroomsnelheid kan de beweging van vissen bevorderen, de fysieke fitheid verbeteren, de voeropname verhogen en de groei versnellen.
2.2 Voerbenuttingsgraad
Het recirculerende aquacultuurmodel kan de voerbenutting van zoetwatervissen verbeteren. In de traditionele aquacultuur zinkt een deel van het voer, nadat het voer is verstrekt, naar de bodem zonder te worden geconsumeerd, waardoor verspilling ontstaat. Ondertussen valt het voer dat naar de bodem zinkt uiteen en produceert schadelijke stoffen, die de waterkwaliteit aantasten. In het recirculerende aquacultuurmodel kan het voer, dankzij het effect van de waterstroom, beter in het water worden verspreid, waardoor het voor vissen gemakkelijker wordt om te consumeren, waardoor voerverspilling wordt verminderd. Bovendien kunnen behandelingseenheden zoals biofilters in het recirculerende aquacultuursysteem organisch materiaal zoals restvoer en ontlasting uit het kweekwater verwijderen, waardoor het gehalte aan schadelijke stoffen zoals ammoniakstikstof en nitrietstikstof in het water wordt verminderd. Dit vermindert de impact van deze schadelijke stoffen op de spijsverterings- en opnamefuncties van vissen, waardoor de voerbenutting wordt verbeterd.
2.3 Productkwaliteit
Het recirculerende aquacultuurmodel helpt de productkwaliteit van zoetwatervis te verbeteren. In de traditionele aquacultuur zijn vissen vatbaar voor infectie door ziekteverwekkers zoals parasieten en bacteriën, wat leidt tot het optreden van ziekten en het beïnvloeden van de productkwaliteit. In het recirculerende aquacultuurmodel kunnen maatregelen zoals waterkwaliteitscontrole en desinfectie het aantal ziekteverwekkers in het water effectief verminderen, waardoor het risico op visziekten wordt verlaagd. Tegelijkertijd vermindert de relatief schone groeiomgeving van vissen in het recirculerende aquacultuurmodel de productie van ongewenste geuren zoals modderige geur, waardoor de smaak en kwaliteit van het product worden verbeterd.
3 sleutelparameters en methoden voor waterkwaliteitscontrole in het recirculerende aquacultuurmodel
3.1 Belangrijke parameters
3.1.1 Opgeloste zuurstof
Opgeloste zuurstof is een van de belangrijke parameters voor de waterkwaliteit die de groei van vissen beïnvloeden. Vissen hebben tijdens de groei voldoende zuurstof nodig voor de ademhaling. Onvoldoende opgeloste zuurstof kan leiden tot langzame groei, verminderde immuniteit en zelfs de dood. Over het algemeen moet de opgeloste zuurstof in recirculerende aquacultuursystemen boven de 5 mg/l worden gehouden.
3.1.2 Ammoniak Stikstof
Ammoniakstikstof is een van de belangrijkste verontreinigende stoffen in aquacultuurwater en is voornamelijk afkomstig van de uitwerpselen van vissen en de afbraak van restvoer. Ammoniakstikstof is zeer giftig voor vissen en beschadigt het kieuwweefsel, het zenuwstelsel en het immuunsysteem, waardoor de groei en overleving worden aangetast. De ammoniak-stikstofconcentratie in recirculerende aquacultuursystemen moet onder de 0,5 mg/l worden gehouden.
3.1.3 Nitriet Stikstof
Nitrietstikstof is een tussenproduct dat ontstaat tijdens de nitrificatie van ammoniakstikstof en heeft een bepaalde toxiciteit. Nitrietstikstof combineert met hemoglobine in het bloed van vissen, waardoor het zuurstoftransportvermogen- wordt verminderd en hypoxie en verstikking bij vissen wordt veroorzaakt. De nitrietstikstofconcentratie in recirculerende aquacultuursystemen moet onder de 0,1 mg/l worden gehouden.
3.1.4 pH-waarde
De pH-waarde is een belangrijke indicator die de zuurgraad of alkaliteit van water weerspiegelt en heeft aanzienlijke gevolgen voor de groei van vissen en fysiologische functies. De pH-waarde in recirculerende aquacultuursystemen moet tussen 7,0 en 8,5 worden geregeld.
3.2 Methoden voor waterkwaliteitscontrole
3.2.1 Fysieke controle
De fysieke controle omvat vooral maatregelen als filtratie, bezinking en beluchting. Filtratie is een effectieve methode om zwevende deeltjes en zwevende deeltjes uit water te verwijderen. Veelgebruikte filtratieapparatuur omvat microzeeffilters en zandfilters. Bij sedimentatie wordt gebruik gemaakt van de zwaartekracht om vaste deeltjes in het water naar de bodem te bezinken, waardoor de waterkwaliteit wordt gezuiverd. Beluchting is een belangrijk middel om de opgeloste zuurstof in water te verhogen. Veelgebruikte beluchtingsapparatuur omvat ventilatoren, schoepenradbeluchters en waaierbeluchters.
3.2.2 Chemische controle
Chemische controle omvat voornamelijk het toevoegen van chemische middelen aan het water om de waterkwaliteit te reguleren. Als de concentraties ammoniakstikstof en nitrietstikstof in het water bijvoorbeeld te hoog zijn, kunnen nitrificerende bacteriepreparaten worden toegevoegd om nitrificatiereacties te bevorderen en het gehalte aan ammoniakstikstof en nitrietstikstof te verminderen; wanneer de pH-waarde van het water te laag is, kan ongebluste kalk worden toegepast om de pH-waarde te verhogen.
3.2.3 Biologische bestrijding
Biologische controle maakt gebruik van micro-organismen, waterplanten en andere organismen om de waterkwaliteit te zuiveren. Micro-organismen kunnen organisch materiaal in het water afbreken, waarbij schadelijke stoffen zoals ammoniakstikstof en nitrietstikstof worden omgezet in onschadelijke stoffen. Veelgebruikte microbiële preparaten zijn onder meer fotosynthetische bacteriën, Bacillus en nitrificerende bacteriën. Waterplanten kunnen voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor uit het water opnemen, waardoor het optreden van eutrofiëring wordt verminderd, terwijl ze ook leefgebieden en schaduw voor vissen bieden. Veel voorkomende waterplanten zijn waterhyacint, alligatorwiet en elodea.
4 Correlatie tussen groeiprestaties van zoetwatervissen en waterkwaliteitscontrole in het recirculerende aquacultuurmodel
4.1 Opgeloste zuurstof en groeiprestaties
Wanneer de opgeloste zuurstof in het water voldoende is, functioneert de ademhaling van de vis normaal, is de stofwisseling krachtig, neemt de voeropname toe en versnelt de groeisnelheid. Omgekeerd vertraagt de stofwisseling en neemt de groeisnelheid af. In het recirculerende aquacultuurmodel zorgen redelijke beluchtingsmaatregelen ervoor dat het opgeloste zuurstofgehalte in het water stabiel blijft, waardoor vissen een goede ademhalingsomgeving krijgen en hun groei en ontwikkeling worden bevorderd.
4.2 Ammoniakstikstof, nitrietstikstof en groeiprestaties
Ammoniakstikstof en nitrietstikstof zijn giftige stoffen in aquacultuurwater die de groei en overleving van vissen ernstig schaden. Hoge concentraties ammoniak-stikstof beschadigen het kieuwweefsel van vissen en beïnvloeden de ademhalingsfunctie; ze beschadigen ook het zenuwstelsel en het immuunsysteem van vissen, waardoor hun ziekteresistentie wordt verminderd. In het recirculerende aquacultuurmodel kunnen behandelingseenheden zoals biofilters onmiddellijk ammoniakstikstof en nitrietstikstof uit het water verwijderen, waardoor hun toxische effecten op vissen worden verminderd en een gezonde visgroei wordt gegarandeerd.
4.3 pH-waarde en groeiprestaties
De pH-waarde heeft een belangrijke invloed op de groei van vissen en op de fysiologische functies. Verschillende vissoorten hebben verschillende aanpassingsbereiken voor de pH-waarde. In het recirculerende aquacultuurmodel wordt de pH-waarde van het water regelmatig getest en worden op basis van de testresultaten overeenkomstige aanpassingsmaatregelen genomen.
5 ontwikkelingstrends en uitdagingen van het recirculerende aquacultuurmodel
5.1 Intelligente en nauwkeurige ontwikkelingsrichting
Met de ontwikkeling van het Internet der Dingen, big data en kunstmatige intelligentie-technologieën evolueert het recirculerende aquacultuurmodel in de richting van intelligentie en precisie. Door systemen zoals online monitoring van de waterkwaliteit, automatische voeding en apparatuurcontrole te integreren, kan realtime regeling van de kweekomgeving en geautomatiseerd beheer van het productieproces worden bereikt.
5.2 Koolstofarme-route voor milieubescherming en duurzame ontwikkeling
Het recirculerende aquacultuurmodel voldoet aan de vereisten van-koolstofarme milieubescherming en duurzame ontwikkeling door middel van waterbesparing, energiebesparing en vermindering van vervuiling. Toekomstige inspanningen moeten de waterbehandelingsprocessen verder optimaliseren, het energieverbruik en de kosten verlagen en de systeemstabiliteit en bruikbaarheid verbeteren. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om elektriciteit te leveren, waardoor de CO2-uitstoot wordt verminderd; microbiële brandstofceltechnologie kan worden gebruikt om het energieverbruik van organisch materiaal in afvalwater te bereiken, waardoor een geïntegreerd systeem voor "aquacultuur-energie-milieubescherming" wordt opgebouwd.
5.3 Uitdagingen en tegenmaatregelen
Het huidige recirculerende aquacultuurmodel wordt nog steeds geconfronteerd met uitdagingen zoals hoge investeringen, technische complexiteit en hoge managementvereisten. Het is noodzakelijk om technologisch onderzoek en ontwikkeling en geïntegreerde innovatie te versterken om de systeembouw- en exploitatiekosten terug te dringen; het standaardsysteem en de operationele specificaties verbeteren om het technische niveau van boeren te verbeteren; en versterking van de beleidsondersteuning en financiële investeringen om de toepassing van recirculerende aquacultuurmodellen in plattelandsgebieden te bevorderen.
6 Conclusie en vooruitzichten
Het recirculerende aquacultuurmodel handhaaft, door middel van een redelijke waterkwaliteitscontrole, stabiele niveaus van belangrijke waterkwaliteitsparameters zoals opgeloste zuurstof, ammoniakstikstof, nitrietstikstof en pH-waarde. Dit zorgt voor een goede groeiomgeving voor zoetwatervissen, waardoor hun groeisnelheid, voerbenutting en productkwaliteit worden verbeterd. Momenteel zijn er bij praktische toepassingen van het recirculerende aquacultuurmodel nog steeds problemen zoals een slechte efficiëntie van de afvalinzameling als gevolg van de impact van de structuur van de kweektank op de hydrodynamische eigenschappen, en een onstabiele behandelingsefficiëntie van biofilters. Toekomstig onderzoek zou de structuur van de kweektanks verder moeten optimaliseren om de efficiëntie van de afvalinzameling te verbeteren; het onderzoek naar de regulering van de groei van biofilms en de optimalisatie van de watercirculatie versterken om de behandelingsefficiëntie van biofilters te verbeteren; combineer tegelijkertijd intelligente technologieën om realtime monitoring en automatische controle van waterkwaliteitsparameters te realiseren, waardoor de wetenschappelijke en precieze aard van het recirculerende aquacultuurmodel verder wordt versterkt en de duurzame ontwikkeling van de zoetwatervisaquacultuurindustrie wordt bevorderd.