"تعتبر تربية الأحياء المائية حاليًا أسرع قطاعات إنتاج الأغذية الحيوانية نموًا وستوفر قريبًا أكثر من نصف المأكولات البحرية في العالم للاستهلاك البشري". [1] وقد تم استخدامه في العديد من الثقافات المختلفة، وخاصة لإنتاج الغذاء وإزالة النفايات السامة، مثل تلك التي تنتجها مدافن النفايات. [2] تم استخدام أنواع مختلفة من البكتيريا والطحالب لمعالجة مياه الصرف الصحي (مثل طحالب Gracilaria Birdiae). [3] يعتبر نظام Aquaponics جزءًا ناشئًا من تربية الأحياء المائية يستخدم التفاعل الطبيعي بين البكتيريا والأسماك والنباتات لتحويل النفايات إلى مياه نظيفة.
محتويات
ما هو نظام الزراعة المائية؟
Aquaponics هي طريقة لإنتاج الغذاء تدمج تربية الأحياء المائية مع الزراعة المائية . تسهل هذه العلاقة التكافلية إنشاء نظام مستدام مع القليل من المدخلات الضرورية. تتراكم البكتيريا الجيدة، والتي تحول بعد ذلك السموم الناتجة عن نفايات الأسماك إلى مغذيات تستخدمها النباتات. ومن خلال امتصاص هذه العناصر الغذائية، تقوم النباتات بتصفية المياه، مما يمنح الأسماك بيئة صالحة للعيش. تساعد هذه الدورة في الحفاظ على الحوض في حالة جيدة لكل من الأسماك والنباتات.
إن إنتاج الطعام بهذه الطريقة هو أمر عضوي بقدر ما يمكنك الحصول عليه. مع هذا الإعداد، ليست هناك حاجة للأسمدة لأن مخلفات الأسماك هي كل ما هو ضروري لنمو النباتات. ليست هناك حاجة أيضًا إلى مبيدات الأعشاب لأنه لا توجد تربة تستخدم لزراعة النباتات، وقد تكون ضارة للأسماك. يعد هذا النظام رائعًا بشكل خاص للمناطق ذات نوعية التربة الرديئة لأنه ليس مسؤولاً عن توفير العناصر الغذائية للنباتات. يمكنك زراعة كميات كبيرة من النباتات في مساحات صغيرة، دون الحاجة إلى مساحة كبيرة من الأرض. تعتبر تقنية Aquaponics طريقة رائعة لزراعة الأسماك والخضروات الطازجة بشكل مستدام للعائلة، أو لإطعام قرية، أو تحقيق ربح من حجم الزراعة التجارية. ناهيك عن حقيقة أنه يمكنك إعداد العشاء والطبق الجانبي الخاص بك في نظام واحد. أفضل شيء هو أنه عندما تصبح أسماكك كبيرة بما فيه الكفاية، يمكنك أن تأكلها! [4]
تاريخ
عادت شعبية نظام الزراعة المائية (أكوابونيك) إلى الظهور مؤخرًا، [5] ومع ذلك، تم استخدام هذه التحفة الهندسية والبيولوجية لأول مرة في الحضارات القديمة [6] وفي حوالي القرن الثالث عشر، كانت حضارة الأزتيك أول من استخدم نظام الزراعة المائية (أكوابونيك). لقد أنشأوا جزرًا زراعية معقدة تسمى تشينامباس. تقع هذه الجزر النباتية داخل المياه الضحلة للبحيرة وتم خلطها بالنفايات الحيوانية. سمح هذا الإعداد لشعب الأزتيك بالاستفادة من إزالة النفايات وتوفير الغذاء لخصائص نظام aquaponics. [7] كما تم إنشاء الاستزراع المتعدد في الصين وتايلاند حيث تم وضع الأسماك (وكذلك الأنواع الأخرى مثل ثعبان المستنقعات وحلزون البرك) في حقول الأرز للمساعدة في إنتاج النباتات وتكون بمثابة مصدر غذائي آخر. [6]
أين يتم استخدام الأكوابونيك؟
منذ تجدد الإثارة حول نظام aquaponics، بدأت البلدان في جميع أنحاء العالم في الاستفادة؛ هذه البلدان بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية وتلك الموجودة في أمريكا الجنوبية وأجزاء كثيرة من آسيا وأستراليا وأجزاء من أفريقيا. [5] [8] [9] [10] حتى في المياه قليلة الملوحة في صحراء النقب، تم إنشاء أنظمة aquaponic بنجاح كافٍ لنمو النباتات والأسماك. [11] تندرج معظم العمليات ضمن إحدى الفئات التالية: بحثية أو تعليمية أو غير ربحية أو تجارية أو خاصة للهواة. [1] على الرغم من أن معظم الأنظمة صغيرة الحجم في الوقت الحالي، إلا أن التقدم في التكنولوجيا أدى إلى "زيادة مطردة في عدد التطبيقات التجارية، وهناك مجالان رئيسيان مثيران للاهتمام، وهما الربحية وإدارة النفايات، وقد حفزا الاهتمام بالأكوابونيك كبديل محتمل". وسيلة لزيادة الأرباح مع استغلال بعض المخلفات". يمكن العثور على شرح أكثر تفصيلاً لكيفية تنفيذ نظام aquaponic في هذه البلدان المختلفة في الأقسام اللاحقة.
مقارنة الطرق
من أجل فهم نظام aquaponics بشكل كامل، من الضروري أن نفهم أنه يستخدم كلا من أساليب تربية الأحياء المائية والزراعة المائية لزراعة محاصيله المستدامة. ومن خلال التعرف على الطريقتين، يمكنك أن تقدر بشكل كامل مزايا وعيوب طرق الزراعة الثلاثة هذه.
تربية الأحياء المائية
تربية الأحياء المائية هي استغلال العلاقات الطبيعية بين النباتات المائية والحيوانات للحصول على عوائد متعددة بطريقة مستدامة. كيف يتم تحقيق ذلك؟ من خلال التصميم بذكاء، وهو ما تدور حوله الزراعة المستدامة.
أعطي الكلمة الآن لبيل موليسون، أب الزراعة المستدامة، في الاقتباس من دليل تصميم الزراعة المستدامة، الفصل 13.2، الصفحة 459 "قضية الزراعة المائية":
"حتى العقود القليلة الماضية، كنا قادرين على حصاد ما يكفي من الأسماك والرخويات والنباتات من أنظمة المياه الطبيعية. ولكن لم يعد هذا هو الحال، وظهر زخم جديد واضح في خلق وثقافة الكائنات الحية في الموائل المائية.
لقد تم اختبار ثقافات المياه منذ فترة طويلة واستقرارها بلا شك، وقد استمر الكثير منها دون مدخلات خارجية لآلاف السنين. إن استقرار وإنتاجية أنظمة تربية الأحياء المائية تتفوق على أنظمة الاستزراع الأرضية التي تم تطويرها حتى الآن. وبالنظر إلى نفس المدخلات من الطاقة أو العناصر الغذائية، يمكننا أن نتوقع ما بين 4 إلى 20 ضعف إنتاجية المياه من إنتاج الأرض المجاورة.
باختصار، تربية الأحياء المائية هي مهنة مستقبلية مستقرة للمجتمعات المسؤولة مثلها مثل الغابات، وبين هذين النظامين المفيدين سنشهد انخفاضًا كبيرًا في المناطق المخصصة الآن للرعي (ملاحظة: إنه يشير إلى الرعي الجائر الضار) والمحاصيل الأحادية. (ملاحظة: وهي في الأساس إبادة جماعية بيئية). وكل من هاتين المهنتين الأخيرتين عبارة عن مشاريع أصبحت أقل تفضيلاً من قبل المجتمع، وتشكل منتجاتها خطراً واضحاً من أي وجهة نظر يهتم بها المرء (المالية، أو الصحة، أو الرعاية الاجتماعية، أو كفاءة استخدام الطاقة، أو استقرار المشهد العام).
لم تعد تربية الأحياء المائية صالحة باعتبارها تربية أحادية عالية الاستخدام للطاقة مقارنة بأسلافها التاريخيين - مزارع الحبوب الكبيرة أو مزارع المحصول الواحد. إنها في أكثر حالاتها إمتاعًا وبهيجًا وقيمة اجتماعيًا عند مواجهتها كثقافة مجتمعية لشرفة القلقاس، وفي أكثر حالاتها إحباطًا مثل مزارع الجمبري أو سمك السلور التي تبلغ مساحتها 100 هكتار. وبالتالي، فإن موقفي طوال الوقت هو التأكيد على الإنتاجية والإجراءات المعقولة، ولكن مع تثبيط توقعات "الحد الأقصى للإنتاجية لنوع واحد".
الزراعة المائية
الزراعة المائية هي طريقة لزراعة النباتات في محلول مياه معدنية بدون تربة. يسمح هذا النظام بطريقة نمو أكثر كفاءة ومجهزة بمساحة أقل وعمالة ومياه أقل. نظرًا لأن النباتات في ظروف مائية مثالية فإنها لا تحتاج إلى الماء الزائد، حيث يتم إهدار الكثير من الماء عادةً. يتطلب هذا النوع من النظام مدخلات من العناصر الغذائية.
| مزايا | سلبيات | |
|---|---|---|
| الزراعة العضوية |
|
|
| الزراعة المائية غير العضوية (تستخدم الأسمدة المستخرجة والمصنعة) |
|
|
| إعادة تدوير تربية الأحياء المائية |
|
|
| الزراعة المائية (الزراعة المائية العضوية) |
|
|
إنتاج الغذاء باستخدام نظام أكوابونيك: تربية الأسماك والنباتات من أجل الغذاء والربح، ريبيكا ل. نيلسون بمساهمات من جون س. باد
التصميم: الميزات والمكونات الرئيسية
إحدى السمات الملحوظة لنظام aquaponic هو العدد الهائل من الطرق المختلفة التي يمكن بناؤها. على الرغم من هذا التنوع، هناك خمسة مكونات رئيسية في أي نظام aquaponics: خزان التربية، وإزالة المواد الصلبة، والمرشح الحيوي، والنظام الفرعي للزراعة المائية، والحوض (الشكل 1؛ [5] هذه المكونات الرئيسية جميعها تنجز الوظائف التالية، "الأسماك الزعنفية و الإنتاج النباتي وإزالة المواد الصلبة العالقة والنترجة البكتيرية [1]
الشكل 1: عدم قياس الرسم البياني للمكونات المختلفة المهمة في نظام aquaponics.حوض التربية: حيث يتم تربية الأسماك
هناك ثلاثة أنواع مختلفة من تقنيات التربية: التربية المتتابعة، وتقسيم المخزون، ووحدات التربية المتعددة. كل من هذه التقنيات المختلفة لها فوائد وعيوب وتتطلب تخطيطات مختلفة. على سبيل المثال، تتطلب التربية المتتابعة العديد من الفئات العمرية المختلفة للأسماك في حوض واحد. يعتبر هذا الإعداد أقل تعقيدًا من تقنيات التربية الأخرى. ومع ذلك، فإنه يمكن أن يسبب الإجهاد في الأسماك التي لم يتم نموها بشكل كامل للتسويق عندما يتم صيد أسماك أخرى، كما أنه يجعل من الصعب تتبع سجلات المخزون وتتجنب الأسماك المتقزمة صيدها. أسلوب آخر للتربية يسمى تقسيم المخزون. في عملية تقسيم المخزون، يتم تقسيم الأسماك إلى حوضين مختلفين بشكل عشوائي عندما يصل الخزان الأول إلى القدرة الاستيعابية. على الرغم من أن هذه التقنية تساعد على تجنب ترحيل الأسماك المتقزمة، إلا أن الضغط الناتج عن نقل الأسماك يمكن أن يكون ضارًا بنموها الإجمالي. الأسلوب الشائع الأخير هو نظام ذو وحدات تربية متعددة. في هذا النظام، تبدأ التجمعات في أعمار مختلفة ويتم نقلها إلى خزانات أكبر عندما تصبح الأسماك كبيرة بدرجة كافية.
إزالة المواد الصلبة: إزالة النفايات العضوية الكبيرة
يعتمد نوع نظام إزالة المواد الصلبة على كمية النفايات العضوية التي يتم إنتاجها في النظام (ويعرف أيضًا باسم عدد الأسماك التي يتم رفعها إلى عدد النباتات التي تتم زراعتها). إذا كان هناك نفايات سمكية أكثر مما يمكن الحفاظ عليه من خلال عدد النباتات في النظام، فمن الضروري وجود جهاز إزالة صلب مثل أسطوانة الغربلة الدقيقة.
تساعد هذه المرشحات الوسيطة على جمع المواد الصلبة و"تسهيل تحويل الأمونيا ومنتجات النفايات الأخرى قبل تسليمها إلى الخضروات المائية". [10] وقد تم استخدام هذا في الأنظمة التجارية والموضحات (الشكل 2). يقوم نظام التوضيح بجمع المواد الصلبة في الجزء السفلي من المخروط. يتطلب الأمر وجود الأسماك في الخزان لتتغذى على النفايات التي قد تكون بالقرب من الأعلى وتحافظ على نظافة الأنابيب. يتم أيضًا إعداد الشباك بعد المصافي لالتقاط النفايات العضوية الزائدة التي هربت من المصافي. يجب تنظيف هذه الشباك مرة إلى مرتين في الأسبوع. ومن المهم إزالة هذه الشباك لأن تراكم المواد العضوية يمكن أن يؤدي إلى ظروف لا هوائية يمكن أن تقتل الأسماك. [5] هناك حاجة إلى معايير معينة لجودة المياه لتربية الأسماك والنباتات بما في ذلك الرقم الهيدروجيني الثابت وتركيز الأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون والأمونيا والكلور والنتريت والنترات. [10] يمكن استخدام الحمأة المتجمعة من الشباك لتخصيب محاصيل أخرى، أو في المناطق الحضرية، يمكن استخدامها في محطات معالجة مياه الصرف الصحي لتنظيف المياه. [5] على نطاق أصغر، قد تكون إزالة النفايات غير ضرورية (حيث توجد كميات صغيرة من الأسماك مقارنة بمنطقة زراعة النباتات). [5] في هذه الأنظمة، عادة ما يكون هناك تدفق مباشر للمياه من خزان تربية الأسماك إلى "أحواض الخضروات المائية المزروعة بالحصى". [10]
الشكل 2: أ) يعمل جهاز التصفية عن طريق دخول الماء أولاً إلى الحاجز المركزي ب) ثم يتحرك ليغادر إما من خلال حاجز التفريغ C) أو إلى منفذ D لتصفية الخزانات أو الخروج من خلال E) تصريف الحمأة. [5]الترشيح الحيوي: استخدام البكتيريا
جزء حيوي من نظام aquaponics هو إزالة الأمونيا التي تفرز كمنتج نفايات استقلابية من خياشيم الأسماك. [5] إذا كان تركيز الأمونيا مرتفعًا جدًا، فسوف تموت الأسماك. [5] يتم منع ذلك من خلال نترجة الأمونيا. خلال هذه العملية تتأكسد الأمونيا إلى نتريت ثم إلى نترات. تستفيد تقنية Aquaponics من البكتيريا الآزوتية الموجودة بشكل طبيعي، Nitrosomonas وNitrobacter، والتي تتوسط هذه العملية. [5]
الشكل 3: رسم تخطيطي للدورة الطبيعية التي يمر بها النيتروجين في الطبيعة. يوضح الرسم البياني على وجه التحديد النقطة التي تكون فيها البكتيريا الآزوتية، Nitrosomonas و Nitrobacter، لاعبين رئيسيين في تحويل النتريت السام إلى نترات غير سامة نسبيًا. [12]تحب هذه البكتيريا الآزوتية التي تحدث بشكل طبيعي أن تنمو في الأغشية الحيوية على طول الأسطح المختلفة. لتحقيق أقصى قدر من النمو البكتيري، يتم إنشاء المرشحات الحيوية في نظام aquaponics، في الغالب، من الرمل أو البيرلايت أو الحصى. [5] [10]
الشكل 4: رسم تخطيطي بسيط لإعداد نظام aquaponicsنظام الزراعة المائية: حيث يتم زراعة النباتات
من المهم أيضًا التعرف على هذه المرشحات الحيوية المختلفة عند التمييز بين الأنواع المختلفة لأنظمة الزراعة المائية. في المنشآت الصغيرة، يتم استخدام الحصى بسبب فائدة الكالسيوم للنباتات. [5] يحتاج هذا النوع من النظام إلى انحسار وتدفق مستمر للمياه. تشمل عيوب هذا النظام الانسداد من الجذور المتبقية، والنمو الميكروبي، ونقص الدورة الدموية الكاملة للمياه (يؤدي نقص التدفق إلى المناطق اللاهوائية وضعف إنتاج النباتات). [5] وقد يؤدي نقص التدفق أيضًا إلى سوء نوعية المياه وموت الأسماك. [10] إذا كان نظام aquaponics أكبر ولم يكن التدفق المستمر للمياه خيارًا، فإن النظام الرملي يعد خيارًا جيدًا. [5] يوصى باستخدام حبيبات أكبر من الرمل لمنع انسداد الأنابيب. إذا لم يكن الرمل أو الحصى خيارًا متاحًا، فإن البيرلايت هو خيار رائع آخر. [5] تعتبر الأنظمة القائمة على البيرلايت جيدة إذا كانت تتم زراعة نباتات ذات جذور صغيرة وكان المزارع على استعداد لإزالة جميع المواد الصلبة قبل أن تدخل إلى جزء الزراعة المائية. إذا لم يتم ذلك، سوف تتشكل الأجزاء اللاهوائية. [5]
الحوض: جمع الماء النظيف
الحوض هو المكان الوحيد الذي يتم فيه ضخ المياه في النظام. يعد هذا مكانًا جيدًا لإضافة الماء إذا فقد النظام أيًا منه. [5]
النظرية العلمية: كيف يعمل نظام الزراعة المائية
Aquaponics هو نظام متداول يستفيد من العمليات البيولوجية الطبيعية. وفيما يلي شرح لكل جزء من أجزاء النظام (النباتات والأسماك والمياه والبكتيريا):
النباتات: ماذا تحتاج وكيف تنمو بشكل أفضل؟
أولاً، من المهم معالجة النباتات التي تتكيف بشكل أفضل مع نظام aquaponics. يدعم هذا النظام بشكل أفضل النباتات التي لديها متطلبات غذائية منخفضة مثل الجرجير والريحان والثوم المعمر والسبانخ والأعشاب والخس. [10] ومع ذلك، فقد تمت زراعة الطماطم والخيار أيضًا. [13] إذا نشأت الظروف اللاهوائية بسبب ضعف تدفق المياه، فقد تؤدي هذه المناطق أيضًا إلى نقص نمو النباتات. [5]
مثال على نباتات الطماطم في نظام مملوء بالوسائط. صورة شخصية للمؤلف.المحاصيل الجذرية
على الرغم من نموها في وسط صخري، مثل الحصى الطينية أو الحصى، يقال إن المحاصيل الجذرية تعمل بشكل جيد إلى حد معقول في نظام aquaponics. قائمة قصيرة من النباتات التي يمكن زراعتها باستخدام نظام aquaponics ستتكون من الخس، والثوم المعمر، والجرجير، والريحان، والملفوف، والطماطم، والقرع، والبطيخ. في وقت مبكر من تطوير نظام aquaponics، كان يعتقد أنه يمكن زراعة المحاصيل الورقية فقط. والآن، تمت زراعة أكثر من 60 نوعًا مختلفًا من الأغذية بنجاح، كما جربها مركز تنويع المحاصيل في ألبرتا، كندا. [14]
الجذور الغازية
لا يُنصح بزراعة أنواع ذات جذور سريعة النمو مثل النعناع. سوف ينمو نظام الجذر العدواني في الأنابيب ويتفوق على النظام. [4]
النظام المليء بالوسائط
نظرًا لأن الأنظمة المملوءة بالوسائط هي الأكثر شيوعًا لإنتاج الغذاء في المنزل، سيتم تفصيل هذا القسم، حيث إنه يتعلق بالطريقة المملوءة بالوسائط. تُستخدم العديد من مكونات هذه الطريقة أيضًا في أنظمة الطوافة وNFT. الأجزاء الأساسية للعملية المليئة بالوسائط هي أحواض النمو وخزانات الأسماك والمصفاة. وبطبيعة الحال، هناك حاجة أيضًا إلى مضخات فردية وآليات تهوية وسخان/مبرد مياه وأنظمة طاقة احتياطية ومجموعة متنوعة من السباكة باستخدام أنابيب PVC.
تزايد المتوسط
يمكن استخدام الحصى القياسي أو البيرلايت أو الهيدروتون بقياس 1/4 بوصة (0.66 سم)، وهو نوع من الحصى الطينية شائع الاستخدام في الزراعة المائية، كوسيلة للنمو. يعتبر الحصى أقل تكلفة قليلاً، لكن الهيدروتون يسمح بزراعة أسهل في بعض الحالات بسبب تجانسه.
مقدار
تحتاج السمكة الواحدة إلى حوالي 10 لترات، أو 2.5 جالونًا من المساحة لنفسها. لذلك، إذا كان لديك حوض سمك سعة 50 جالونًا، فيمكنك الحصول على 20 سمكة. ومع ذلك، كلما زادت كمية المياه المتوفرة لديك، سيساعد ذلك على استقرار النظام. الحد الأدنى الموصى به لحجم الخزان هو 250 جالونًا، أو 1000 لترًا. يجب أن يكون حجم سرير النمو هو نفس حجم حوض السمك. [4] تم صنع أنظمة أصغر بدرجات متفاوتة من النجاح.
نظام التدفق/التعبئة
عند استخدام س