Wachstumsleistung und Wasserqualitätskontrolltechnologie von Süßwasserfischen im Kreislauf-Aquakultursystem
Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Intensivierung der Aquakulturindustrie und immer strengeren Umweltschutzanforderungen stehen traditionelle Aquakulturmodelle vor zahlreichen Problemen wie Umweltverschmutzung, Verschwendung von Wasserressourcen und sinkender Produktqualität. Das Recirculated Aquaculture System (RAS) als neuartige Aquakulturmethode bietet Vorteile wie Wassereinsparung, Flächeneinsparung, hohe Besatzdichte, Umweltkontrollierbarkeit und reduzierte Unterwasserableitung. Es steht im Einklang mit den aktuellen nationalen strategischen Anforderungen an die Kreislaufwirtschaft sowie Energieeinsparung und Emissionsreduzierung, stellt eine wichtige Richtung für die Transformation und Entwicklung der Aquakulturindustrie dar und ist zu einem entscheidenden Modell für die nachhaltige Entwicklung der modernen Fischerei geworden. In RAS wird das Aquakulturwasser nach einer physikalischen Filterung, biologischen Reinigung, Belüftung, Desinfektion und anderen Behandlungen im Kreislauf geführt, sodass das System kontinuierlich Wasserqualitätsbedingungen aufrechterhalten muss, die für das Fischwachstum geeignet sind. Als direkte Umgebung für das Überleben von Fischen wirken sich Schwankungen verschiedener Wasserqualitätsparameter direkt auf die physiologischen Funktionen, die Stoffwechseleffizienz und die Krankheitsresistenz von Fischen aus und äußern sich letztendlich in Unterschieden in der Wachstumsleistung. Daher ist die eingehende Untersuchung der inhärenten Beziehung zwischen der Kontrolle der Wasserqualität und der Wachstumsleistung von Süßwasserfischen in RAS von erheblicher theoretischer und praktischer Bedeutung für die Verbesserung der Effizienz der Aquakultur und die Förderung einer gesunden Industrieentwicklung.
1 Übersicht über das Kreislauf-Aquakultursystem
Das Kreislauf-Aquakulturmodell ist eine Zuchtmethode, bei der Kulturwasser nach der Aufbereitung durch physikalische, chemische und biologische Filterprozesse in den Kreislauf zurückgeführt wird. Die Forschung zur Technologie der Kreislaufaquakultur begann bereits früher im Ausland. In den 1960er Jahren initiierten Länder wie die USA, die Niederlande und Dänemark entsprechende Studien. Die Vereinigten Staaten nutzten es hauptsächlich für die Zucht von Regenbogenforellen, Streifenbarschen und Schwarzmeerbarschen; die Niederlande nutzten es hauptsächlich für den Europäischen Aal und den Afrikanischen Wels; Dänemarks zirkulierendes Aquakultur-Prozesssystem war ein halbgeschlossenes Außensystem, das hauptsächlich für die Regenbogenforellenproduktion verwendet wurde.
China führte in den 1980er Jahren ausländische Technologien und Anlagen für die Kreislaufaquakultur ein. Aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten wurden die meisten der eingeführten Anlagen schnell wieder aufgegeben. Im Jahr 1988 entwarf und baute das Forschungsinstitut für Fischereimaschinen und -instrumente der Chinesischen Akademie der Fischereiwissenschaften auf der Grundlage westdeutscher Technologie Chinas erste Produktionswerkstatt für zirkulierende Aquakulturen. In den letzten Jahren haben chinesische Wissenschaftler wie Qu Keming auf der Grundlage der unterschiedlichen Bedürfnisse verschiedener Arten von Aquakulturunternehmen Modelle für die Aquakultur mit hohem, mittlerem und niedrigem Niveau vorgeschlagen und diese in Küstengebieten gefördert. Liu Bo von der Fischereitechnologie-Erweiterungsstation der Provinz Heilongjiang schlug „Container“-Rezirkulationstechnologien und -modelle für die Aquakultur vor; Professor He
Kreislaufaquakulturmodelle werden hauptsächlich in Typen wie „Raceway“, „Container“ und „Captive“ unterteilt. Am Beispiel des „Raceway“-Aquakulturmodells besteht es aus einem Durchflusstank, einem Abfallsammelbereich, Belüftungsanlagen, Umleitungsanlagen, einem Reinigungsbereich, einem Feuchtgebiet und anderen Komponenten. Das kleine -Wasser-Körperwasser-schiebende Aquakulturgebiet besteht aus rechteckigen Tanks, die 2–5 % der Teichfläche einnehmen. In den letzten Jahren sind die Spezifikationen für inländische Durchflusstanks im Allgemeinen 20 m lang, 4 m breit und 2,5 m hoch, wobei 1–2 Tanks pro 6670 m² Wasserkörper installiert sind. Die Kernkomponente ist die wasser-drückende Belüftungsanlage. Frühere Versionen nutzten Laufradvorrichtungen zum Drücken des Wassers und Belüftungsvorrichtungen zur Sauerstoffanreicherung, heute verwenden die meisten jedoch Lufthebevorrichtungen, die aus Gebläsen, mikroporösen Belüftungsrohren und Leitblechen bestehen. Im Allgemeinen werden für jeweils drei Tanks zwei miteinander verbundene Tauchabfallsammeltanks mit einem Volumen von 10 m³ gebaut, die am hinteren Ende der Durchflusstanks zum Sammeln von Abfall aus dem Kulturbereich platziert werden. Das große-Wasserkörper-ökologische Reinigungsgebiet nimmt 95–98 % der Teichfläche ein, mit Umleitungsdeichen und einer Wassertiefe von über 2 m. In diesem Bereich werden vor allem filternde Futterfische gezüchtet, wobei die Wasserpflanzenbedeckung auf 20–30 % der Reinigungsfläche begrenzt wird. Es ist mit Schaufelradbelüftern, Flügelradbelüftern, Wellenerzeugungsmaschinen usw. ausgestattet und wird gegebenenfalls mit mikrobiellen Präparaten versetzt.
2 Auswirkungen des rezirkulierenden Aquakulturmodells auf die Wachstumsleistung von Süßwasserfischen
2.1 Wachstumsrate
Das Kreislauf-Aquakulturmodell kann eine relativ stabile Wachstumsumgebung für Süßwasserfische bieten, was zur Verbesserung der Wachstumsraten beiträgt. In der traditionellen Teichaquakultur wird die Wasserqualität stark von externen Umweltfaktoren wie Temperatur und Niederschlag beeinflusst, was leicht zu Schwankungen der Wasserqualität führen und das Fischwachstum beeinträchtigen kann. Im Kreislaufaquakulturmodell kann das Wasserqualitätskontrollsystem relativ stabile Wasserqualitätsparameter wie Wassertemperatur, gelösten Sauerstoff und pH-Wert aufrechterhalten und so geeignete Wachstumsbedingungen für Fische schaffen. Beispielsweise kann im „Raceway“-Aquakulturmodell die Wasserströmungsgeschwindigkeit im Durchfluss-Becken durch wasserdrückende Belüftungsgeräte angepasst werden. Eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit kann die Bewegung der Fische fördern, die körperliche Fitness verbessern, die Futteraufnahme erhöhen und das Wachstum beschleunigen.
2.2 Futterauslastungsrate
Das rezirkulierende Aquakulturmodell kann die Futterverwertungsrate von Süßwasserfischen verbessern. In der traditionellen Aquakultur sinkt nach der Futtergabe ein Teil des Futters auf den Boden, ohne verbraucht zu werden, was zu Abfall führt. Währenddessen zersetzt sich das zu Boden sinkende Futter und produziert Schadstoffe, die die Wasserqualität beeinträchtigen. Im Kreislauf-Aquakulturmodell kann das Futter aufgrund der Wirkung des Wasserflusses besser im Wasser verteilt werden, was den Fischen die Aufnahme erleichtert und so die Futterverschwendung reduziert. Darüber hinaus können Aufbereitungseinheiten wie Biofilter im Kreislauf-Aquakultursystem organische Stoffe wie Restfutter und Fäkalien aus dem Kulturwasser entfernen und so den Gehalt an Schadstoffen wie Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff im Wasser reduzieren. Dadurch wird der Einfluss dieser Schadstoffe auf die Verdauungs- und Absorptionsfunktionen der Fische verringert und dadurch die Futterverwertung verbessert.
2.3 Produktqualität
Das Kreislauf-Aquakulturmodell trägt dazu bei, die Produktqualität von Süßwasserfischen zu verbessern. In der traditionellen Aquakultur sind Fische anfällig für Infektionen durch Krankheitserreger wie Parasiten und Bakterien, was zum Auftreten von Krankheiten führt und die Produktqualität beeinträchtigt. Im Modell der Kreislaufaquakultur können Maßnahmen wie die Kontrolle der Wasserqualität und die Desinfektion die Anzahl der Krankheitserreger im Wasser wirksam reduzieren und so das Risiko von Fischkrankheiten senken. Gleichzeitig reduziert die relativ saubere Wachstumsumgebung der Fische im Kreislauf-Aquakulturmodell die Entstehung unerwünschter Gerüche wie z. B. trüben Geruch und verbessert so den Geschmack und die Qualität des Produkts.
3 Schlüsselparameter und Methoden der Wasserqualitätskontrolle im Modell der Kreislaufaquakultur
3.1 Schlüsselparameter
3.1.1 Gelöster Sauerstoff
Gelöster Sauerstoff ist einer der wichtigen Wasserqualitätsparameter, die das Fischwachstum beeinflussen. Fische benötigen während des Wachstums ausreichend Sauerstoff für die Atmung. Zu wenig gelöster Sauerstoff kann zu langsamem Wachstum, verminderter Immunität und sogar zum Tod führen. Im Allgemeinen sollte der gelöste Sauerstoff in zirkulierenden Aquakultursystemen über 5 mg/L gehalten werden.
3.1.2 Ammoniak-Stickstoff
Ammoniakstickstoff ist einer der Hauptschadstoffe im Aquakulturwasser und entsteht hauptsächlich aus Fischausscheidungen und der Zersetzung von Futterresten. Ammoniakstickstoff ist für Fische hochgiftig, schädigt das Kiemengewebe, das Nervensystem und das Immunsystem und beeinträchtigt Wachstum und Überleben. Die Ammoniakstickstoffkonzentration in zirkulierenden Aquakultursystemen sollte unter 0,5 mg/L gehalten werden.
3.1.3 Nitrit-Stickstoff
Nitritstickstoff ist ein Zwischenprodukt, das bei der Nitrifikation von Ammoniakstickstoff entsteht und eine gewisse Toxizität aufweist. Nitritstickstoff verbindet sich mit Hämoglobin im Fischblut, verringert dessen Sauerstofftransportkapazität und führt bei Fischen zu Hypoxie und Erstickung. Die Nitritstickstoffkonzentration in zirkulierenden Aquakultursystemen sollte unter 0,1 mg/L gehalten werden.
3.1.4 pH-Wert
Der pH-Wert ist ein wichtiger Indikator für den Säuregehalt oder die Alkalität des Wassers und hat erhebliche Auswirkungen auf das Fischwachstum und die physiologischen Funktionen. Der pH-Wert in zirkulierenden Aquakultursystemen sollte zwischen 7,0 und 8,5 kontrolliert werden.
3.2 Methoden zur Kontrolle der Wasserqualität
3.2.1 Physische Kontrolle
Die physikalische Kontrolle umfasst hauptsächlich Maßnahmen wie Filtration, Sedimentation und Belüftung. Die Filtration ist eine wirksame Methode zur Entfernung von Schwebstoffen und Partikeln aus Wasser. Zu den häufig verwendeten Filtergeräten gehören Mikrosiebfilter und Sandfilter. Bei der Sedimentation wird die Schwerkraft genutzt, um feste Partikel im Wasser am Boden abzusetzen und so die Wasserqualität zu reinigen. Belüftung ist ein wichtiges Mittel zur Erhöhung des gelösten Sauerstoffs im Wasser. Zu den häufig verwendeten Belüftungsgeräten gehören Gebläse, Schaufelradbelüfter und Laufradbelüfter.
3.2.2 Chemische Kontrolle
Bei der chemischen Kontrolle handelt es sich hauptsächlich um die Zugabe chemischer Wirkstoffe zum Wasser, um die Wasserqualität zu regulieren. Wenn beispielsweise die Konzentrationen von Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff im Wasser zu hoch sind, können nitrifizierende Bakterienpräparate zugesetzt werden, um Nitrifikationsreaktionen zu fördern und den Gehalt an Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff zu reduzieren; Wenn der pH-Wert des Wassers zu niedrig ist, kann Branntkalk verwendet werden, um den pH-Wert zu erhöhen.
3.2.3 Biologische Kontrolle
Bei der biologischen Kontrolle werden Mikroorganismen, Wasserpflanzen und andere Organismen eingesetzt, um die Wasserqualität zu reinigen. Mikroorganismen können organische Stoffe im Wasser zersetzen und Schadstoffe wie Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff in harmlose Stoffe umwandeln. Zu den häufig verwendeten mikrobiellen Präparaten gehören photosynthetische Bakterien, Bacillus und nitrifizierende Bakterien. Wasserpflanzen können Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor aus dem Wasser aufnehmen, wodurch das Auftreten von Eutrophierung verringert wird und sie gleichzeitig Lebensraum und Schatten für Fische bieten. Zu den häufigsten Wasserpflanzen gehören Wasserhyazinthe, Alligatorkraut und Elodea.
4 Zusammenhang zwischen der Wachstumsleistung von Süßwasserfischen und der Wasserqualitätskontrolle im Modell der Kreislaufaquakultur
4.1 Gelöster Sauerstoff und Wachstumsleistung
Wenn im Wasser ausreichend gelöster Sauerstoff vorhanden ist, funktioniert die Atmung der Fische normal, der Stoffwechsel ist aktiv, die Futteraufnahme steigt und die Wachstumsrate beschleunigt sich. Umgekehrt verlangsamt sich der Stoffwechsel und die Wachstumsrate nimmt ab. Im Kreislauf-Aquakulturmodell sorgen angemessene Belüftungsmaßnahmen für einen stabilen Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser, sorgen für ein gutes Atmungsumfeld für Fische und fördern ihr Wachstum und ihre Entwicklung.
4.2 Ammoniak-Stickstoff, Nitrit-Stickstoff und Wachstumsleistung
Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff sind giftige Substanzen im Wasser der Aquakultur, die das Wachstum und Überleben der Fische ernsthaft beeinträchtigen. Hohe Konzentrationen von Ammoniakstickstoff schädigen das Kiemengewebe der Fische und beeinträchtigen die Atmungsfunktion. Sie schädigen auch das Nervensystem und das Immunsystem von Fischen und verringern deren Krankheitsresistenz. Im Kreislauf-Aquakulturmodell können Aufbereitungseinheiten wie Biofilter Ammoniakstickstoff und Nitritstickstoff umgehend aus dem Wasser entfernen, wodurch deren toxische Wirkung auf Fische verringert und ein gesundes Fischwachstum gewährleistet wird.
4.3 pH-Wert und Wachstumsleistung
Der pH-Wert hat einen wichtigen Einfluss auf das Fischwachstum und die physiologischen Funktionen. Verschiedene Fischarten haben unterschiedliche Anpassungsbereiche für den pH-Wert. Beim Modell der Kreislaufaquakultur wird der pH-Wert des Wassers regelmäßig überprüft und auf Basis der Testergebnisse entsprechende Anpassungsmaßnahmen ergriffen.
5 Entwicklungstrends und Herausforderungen des Modells der zirkulierenden Aquakultur
5.1 Intelligente und präzise Entwicklungsrichtung
Mit der Entwicklung des Internets der Dinge, Big Data und Technologien der künstlichen Intelligenz entwickelt sich das Modell der zirkulierenden Aquakultur in Richtung Intelligenz und Präzision. Durch die Integration von Systemen wie Online-Überwachung der Wasserqualität, automatischer Fütterung und Gerätesteuerung können eine Echtzeitregulierung der Kulturumgebung und eine automatisierte Verwaltung des Produktionsprozesses erreicht werden.
5.2 CO2-armer Umweltschutz und nachhaltiger Entwicklungspfad
Das Modell der Kreislaufaquakultur erfüllt die Anforderungen eines kohlenstoffarmen Umweltschutzes und einer nachhaltigen Entwicklung durch Wassereinsparung, Energieeinsparung und Reduzierung der Umweltverschmutzung. Zukünftige Bemühungen müssen die Wasseraufbereitungsprozesse weiter optimieren, den Energieverbrauch und die Kosten senken sowie die Systemstabilität und -betriebsfähigkeit verbessern. Beispielsweise können erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windkraft zur Stromversorgung genutzt werden, wodurch der CO2-Ausstoß reduziert wird; Mithilfe der mikrobiellen Brennstoffzellentechnologie kann eine energetische Nutzung organischer Stoffe im Abwasser erreicht und so ein integriertes „Aquakultur--Energie--Umweltschutzsystem“ aufgebaut werden.
5.3 Herausforderungen und Gegenmaßnahmen
Das aktuelle Modell der Kreislaufaquakultur steht immer noch vor Herausforderungen wie hohen Investitionen, technischer Komplexität und hohen Managementanforderungen. Es ist notwendig, die technologische Forschung und Entwicklung sowie die integrierte Innovation zu stärken, um die Systembau- und Betriebskosten zu senken. Verbesserung des Standardsystems und der Betriebsspezifikationen, um das technische Niveau der Landwirte zu verbessern; und die politische Unterstützung und die finanziellen Investitionen stärken, um die Anwendung von Modellen der zirkulierenden Aquakultur in ländlichen Gebieten zu fördern.
6 Fazit und Ausblick
Das Modell der zirkulierenden Aquakultur sorgt durch eine angemessene Wasserqualitätskontrolle dafür, dass die Werte wichtiger Wasserqualitätsparameter wie gelöster Sauerstoff, Ammoniakstickstoff, Nitritstickstoff und pH-Wert stabil bleiben. Dies bietet ein gutes Wachstumsumfeld für Süßwasserfische und verbessert deren Wachstumsrate, Futterverwertungsrate und Produktqualität. Derzeit gibt es bei praktischen Anwendungen des Kreislauf-Aquakulturmodells immer noch Probleme wie eine schlechte Effizienz der Abfallsammlung aufgrund des Einflusses der Struktur des Kulturtanks auf die hydrodynamischen Eigenschaften und eine instabile Behandlungseffizienz von Biofiltern. Zukünftige Forschungen sollten die Struktur des Kulturtanks weiter optimieren, um die Effizienz der Abfallsammlung zu verbessern. Stärkung der Forschung zur Regulierung des Biofilmwachstums und zur Optimierung der Wasserzirkulation, um die Behandlungseffizienz von Biofiltern zu verbessern; Kombinieren Sie gleichzeitig intelligente Technologien, um eine Echtzeitüberwachung und automatische Steuerung der Wasserqualitätsparameter zu erreichen, wodurch die wissenschaftliche und präzise Natur des Kreislaufaquakulturmodells weiter verbessert und die nachhaltige Entwicklung der Süßwasserfischaquakulturindustrie gefördert wird.