Prestazioni di crescita e tecnologia di controllo della qualità dell'acqua dei pesci d'acqua dolce nel sistema di acquacoltura a ricircolo
Con il continuo miglioramento dell’intensificazione del settore dell’acquacoltura e requisiti di protezione ambientale sempre più rigorosi, i modelli di acquacoltura tradizionali si trovano ad affrontare numerosi problemi come l’inquinamento ambientale, lo spreco di risorse idriche e il calo della qualità dei prodotti. Il sistema di acquacoltura a ricircolo (RAS), come nuovo tipo di metodo di acquacoltura, presenta vantaggi tra cui la conservazione dell'acqua, il risparmio di territorio, un'elevata densità di allevamento, la controllabilità ambientale e uno scarico ridotto delle acque di coda. Si allinea con le attuali richieste strategiche nazionali per l’economia circolare, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni, rappresentando una direzione importante per la trasformazione e lo sviluppo del settore dell’acquacoltura ed è diventato un modello cruciale per lo sviluppo sostenibile della pesca moderna. Nel RAS, l'acqua dell'acquacoltura viene ricircolata dopo essere stata sottoposta a filtrazione fisica, purificazione biologica, aerazione, disinfezione e altri trattamenti, richiedendo al sistema di mantenere continuamente condizioni di qualità dell'acqua adatte alla crescita dei pesci. Essendo l’ambiente diretto per la sopravvivenza dei pesci, le fluttuazioni dei vari parametri di qualità dell’acqua influenzano direttamente le funzioni fisiologiche, l’efficienza metabolica e la resistenza alle malattie dei pesci, manifestandosi infine come differenze nelle prestazioni di crescita. Pertanto,-l'esplorazione approfondita della relazione intrinseca tra il controllo della qualità dell'acqua e le prestazioni di crescita dei pesci d'acqua dolce nella RAS riveste un'importanza teorica e pratica significativa per migliorare l'efficienza dell'acquacoltura e promuovere un sano sviluppo del settore.
1 Panoramica del sistema di acquacoltura a ricircolo
Il modello di acquacoltura a ricircolo è un metodo di allevamento in cui l'acqua di coltura viene ricircolata dopo il trattamento attraverso processi di filtraggio fisici, chimici e biologici. La ricerca sulla tecnologia dell’acquacoltura a ricircolo è iniziata prima all’estero. Negli anni ’60 paesi come gli Stati Uniti, i Paesi Bassi e la Danimarca avviarono studi pertinenti. Gli Stati Uniti lo utilizzavano principalmente per l'allevamento di trote iridee, spigole striate e spigole nere; i Paesi Bassi lo utilizzavano principalmente per l'anguilla europea e il pesce gatto africano; Il sistema di acquacoltura a ricircolo della Danimarca era un sistema semi-chiuso all'aperto utilizzato principalmente per la produzione di trota iridea.
La Cina ha introdotto tecnologie e strutture straniere per l’acquacoltura a ricircolo negli anni ’80. A causa degli elevati costi di investimento e operativi, la maggior parte delle strutture introdotte furono rapidamente abbandonate. Nel 1988, l'Istituto di ricerca su macchinari e strumenti per la pesca dell'Accademia cinese delle scienze della pesca, attingendo alla tecnologia della Germania occidentale, progettò e costruì il primo laboratorio di produzione di acquacoltura a ricircolo della Cina. Negli ultimi anni, studiosi cinesi come Qu Keming hanno proposto modelli tecnologici di acquacoltura a ricircolo di livello alto, medio e basso-basati sulle diverse esigenze dei vari tipi di imprese di acquacoltura e li hanno promossi nelle aree costiere; Liu Bo della stazione di estensione tecnologica della pesca provinciale di Heilongjiang ha proposto tecnologie e modelli di acquacoltura a ricircolo di "contenitori"; Il professor He Xugang dell'Università di Agraria di Huazhong ha proposto un modello di acquacoltura "in cattività" ecologico ed efficiente a "scarico zero-".
I modelli di acquacoltura a ricircolo sono principalmente suddivisi in tipologie come “canalina”, “contenitore” e “prigioniero”. Prendendo come esempio il modello di acquacoltura "raceway", esso consiste in un serbatoio di flusso-attraverso, un'area di raccolta dei rifiuti, strutture di aerazione, strutture di deviazione, area di depurazione, zona umida e altri componenti. La piccola area di acquacoltura-acqua-corpo idrico-che spinge è costituita da vasche rettangolari, che occupano il 2%–5% dell'area dello stagno. Negli ultimi anni, le specifiche del flusso domestico-attraverso i serbatoi sono generalmente lunghe 20 m, larghe 4 m e alte 2,5 m, con 1-2 serbatoi per 6670 m² di corpo idrico. Il componente principale è l'attrezzatura di aerazione-che spinge l'acqua. Le prime versioni utilizzavano dispositivi a girante per spingere l'acqua e dispositivi di aerazione per l'ossigenazione, ma ora la maggior parte utilizza apparecchiature di sollevamento dell'aria composte da soffiatori, tubi di aerazione microporosi e deflettori. Generalmente, ogni tre serbatoi vengono costruiti due serbatoi sommersi di raccolta dei rifiuti interconnessi con un volume di 10 m³, posizionati all'estremità posteriore delle vasche di flusso-attraverso per la raccolta dei rifiuti dell'area culturale. L'ampia area di depurazione ecologica del-corpo idrico-occupa il 95%–98% dell'area dello stagno, con argini di deviazione e una profondità dell'acqua superiore a 2 m. In quest'area vengono coltivate principalmente colture di filtraggio-per l'alimentazione dei pesci, con una copertura di piante acquatiche controllata al 20%–30% dell'area di purificazione. È dotato di aeratori a ruota a pale, aeratori a girante, macchine per la produzione di onde-ecc. e vengono aggiunti preparati microbici secondo necessità.
2 Effetti del modello di acquacoltura a ricircolo sulle prestazioni di crescita dei pesci d'acqua dolce
2.1 Tasso di crescita
Il modello di acquacoltura a ricircolo può fornire un ambiente di crescita relativamente stabile per i pesci d’acqua dolce, che aiuta a migliorare i tassi di crescita. Nell’acquacoltura tradizionale in stagno, la qualità dell’acqua è fortemente influenzata da fattori ambientali esterni come la temperatura e le precipitazioni, che possono facilmente causare fluttuazioni della qualità dell’acqua e influenzare la crescita dei pesci. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, il sistema di controllo della qualità dell’acqua può mantenere parametri di qualità dell’acqua relativamente stabili come la temperatura dell’acqua, l’ossigeno disciolto e il valore del pH, creando condizioni di crescita adeguate per i pesci. Ad esempio, nel modello di acquacoltura "raceway", la velocità del flusso dell'acqua nel flusso-attraverso il serbatoio può essere regolata tramite apparecchiature di aerazione che spingono l'acqua-. Un'adeguata velocità del flusso può favorire il movimento dei pesci, migliorare la forma fisica, aumentare l'assunzione di mangime e accelerare la crescita.
2.2 Tasso di utilizzo del mangime
Il modello di acquacoltura a ricircolo può migliorare il tasso di utilizzo del mangime dei pesci d’acqua dolce. Nell'acquacoltura tradizionale, una volta distribuito il mangime, parte del mangime finisce sul fondo senza essere consumato, causando rifiuti. Nel frattempo, il mangime che affonda sul fondo si decompone producendo sostanze nocive, che incidono sulla qualità dell’acqua. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, grazie all’effetto del flusso d’acqua, il mangime può essere disperso meglio nell’acqua, facilitando il consumo dei pesci e riducendo così gli sprechi di mangime. Inoltre, le unità di trattamento come i biofiltri nel sistema di acquacoltura a ricircolo possono rimuovere la materia organica come mangime residuo e feci dall'acqua di coltura, riducendo il contenuto di sostanze nocive come azoto ammoniacale e azoto nitrito nell'acqua. Ciò riduce l'impatto di queste sostanze nocive sulle funzioni digestive e di assorbimento dei pesci, migliorando così il tasso di utilizzo del mangime.
2.3 Qualità del prodotto
Il modello di acquacoltura a ricircolo aiuta a migliorare la qualità del prodotto dei pesci d’acqua dolce. Nell’acquacoltura tradizionale, i pesci sono suscettibili alle infezioni da parte di agenti patogeni come parassiti e batteri, che portano all’insorgenza di malattie e influiscono sulla qualità del prodotto. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, misure come il controllo della qualità dell’acqua e la disinfezione possono ridurre efficacemente il numero di agenti patogeni nell’acqua, diminuendo il rischio di malattie dei pesci. Allo stesso tempo, l’ambiente di crescita relativamente pulito dei pesci nel modello di acquacoltura a ricircolo riduce la produzione di odori indesiderati come l’odore di fango, migliorando il gusto e la qualità del prodotto.
3 Parametri chiave e metodi di controllo della qualità dell'acqua nel modello di acquacoltura a ricircolo
3.1 Parametri chiave
3.1.1 Ossigeno disciolto
L’ossigeno disciolto è uno dei parametri importanti della qualità dell’acqua che influenza la crescita dei pesci. I pesci richiedono ossigeno sufficiente per la respirazione durante la crescita. Una quantità insufficiente di ossigeno disciolto può portare a una crescita lenta, a una diminuzione dell’immunità e persino alla morte. In generale, l’ossigeno disciolto nei sistemi di acquacoltura a ricircolo dovrebbe essere mantenuto al di sopra di 5 mg/L.
3.1.2 Azoto ammoniacale
L'azoto ammoniacale è uno dei principali inquinanti nell'acqua di acquacoltura, originato principalmente dagli escrementi dei pesci e dalla decomposizione dei residui di mangime. L'azoto ammoniacale è altamente tossico per i pesci, danneggia il tessuto branchiale, il sistema nervoso e il sistema immunitario, influenzando la crescita e la sopravvivenza. La concentrazione di azoto ammoniacale nei sistemi di acquacoltura a ricircolo dovrebbe essere controllata al di sotto di 0,5 mg/L.
3.1.3 Azoto nitrito
L'azoto nitrito è un prodotto intermedio prodotto durante la nitrificazione dell'azoto ammoniacale e presenta una certa tossicità. L'azoto nitrito si combina con l'emoglobina nel sangue dei pesci, riducendone la capacità di trasporto dell'ossigeno-e provocando ipossia e soffocamento nei pesci. La concentrazione di azoto nitrito nei sistemi di acquacoltura a ricircolo dovrebbe essere controllata al di sotto di 0,1 mg/L.
3.1.4 Valore pH
Il valore del pH è un indicatore importante che riflette l'acidità o l'alcalinità dell'acqua e ha effetti significativi sulla crescita dei pesci e sulle funzioni fisiologiche. Il valore del pH nei sistemi di acquacoltura a ricircolo dovrebbe essere controllato tra 7,0 e 8,5.
3.2 Metodi di controllo della qualità dell'acqua
3.2.1 Controllo fisico
Il controllo fisico comprende principalmente misure quali filtrazione, sedimentazione e aerazione. La filtrazione è un metodo efficace per rimuovere i solidi sospesi e il particolato dall'acqua. Le apparecchiature di filtrazione comunemente utilizzate includono filtri a microschermo e filtri a sabbia. La sedimentazione sfrutta la gravità per depositare le particelle solide presenti nell'acqua sul fondo, purificando così la qualità dell'acqua. L'aerazione è un mezzo importante per aumentare l'ossigeno disciolto nell'acqua. Le apparecchiature di aerazione comunemente utilizzate includono soffiatori, aeratori a pale e aeratori a girante.
3.2.2 Controllo chimico
Il controllo chimico prevede principalmente l'aggiunta di agenti chimici all'acqua per regolarne la qualità. Ad esempio, quando le concentrazioni di azoto ammoniacale e azoto nitrito nell'acqua sono troppo elevate, è possibile aggiungere preparati di batteri nitrificanti per favorire reazioni di nitrificazione e ridurre il contenuto di azoto ammoniacale e azoto nitrito; quando il valore del pH dell'acqua è troppo basso, è possibile applicare la calce viva per aumentare il valore del pH.
3.2.3 Controllo biologico
Il controllo biologico utilizza microrganismi, piante acquatiche e altri organismi per purificare la qualità dell'acqua. I microrganismi possono decomporre la materia organica nell'acqua, convertendo sostanze nocive come l'azoto ammoniacale e l'azoto nitrito in sostanze innocue. I preparati microbici comunemente usati includono batteri fotosintetici, bacilli e batteri nitrificanti. Le piante acquatiche possono assorbire nutrienti come azoto e fosforo dall’acqua, riducendo il verificarsi dell’eutrofizzazione e fornendo allo stesso tempo habitat e ombra ai pesci. Le piante acquatiche comuni includono il giacinto d'acqua, l'alligatore e l'elodea.
4 Correlazione tra le prestazioni di crescita dei pesci d'acqua dolce e il controllo della qualità dell'acqua nel modello di acquacoltura a ricircolo
4.1 Ossigeno disciolto e prestazioni di crescita
Quando l'ossigeno disciolto nell'acqua è sufficiente, la respirazione dei pesci funziona normalmente, il metabolismo è vigoroso, l'assunzione di mangime aumenta e il tasso di crescita accelera. Al contrario, il metabolismo rallenta e il tasso di crescita diminuisce. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, ragionevoli misure di aerazione mantengono stabili i livelli di ossigeno disciolto nell’acqua, fornendo un buon ambiente respiratorio per i pesci e promuovendone la crescita e lo sviluppo.
4.2 Azoto ammoniacale, azoto nitrito e performance di crescita
L’azoto ammoniacale e l’azoto nitrito sono sostanze tossiche presenti nell’acqua di acquacoltura che danneggiano gravemente la crescita e la sopravvivenza dei pesci. Elevate concentrazioni di azoto ammoniacale danneggiano il tessuto branchiale dei pesci, influenzando la funzione respiratoria; danneggiano anche il sistema nervoso e il sistema immunitario dei pesci, riducendo la loro resistenza alle malattie. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, le unità di trattamento come i biofiltri possono rimuovere tempestivamente l’azoto ammoniacale e l’azoto nitrito dall’acqua, riducendo i loro effetti tossici sui pesci e garantendo una crescita sana dei pesci.
4.3 Valore pH e performance di crescita
Il valore del pH ha un impatto importante sulla crescita dei pesci e sulle funzioni fisiologiche. Diverse specie di pesci hanno diversi intervalli di adattamento per il valore del pH. Nel modello di acquacoltura a ricircolo, il valore del pH dell'acqua viene regolarmente testato e in base ai risultati dei test vengono adottate le corrispondenti misure di aggiustamento.
5 Tendenze di sviluppo e sfide del modello di acquacoltura a ricircolo
5.1 Direzione dello sviluppo intelligente e di precisione
Con lo sviluppo dell’Internet delle cose, dei big data e delle tecnologie di intelligenza artificiale, il modello di acquacoltura a ricircolo si sta evolvendo verso l’intelligenza e la precisione. Integrando sistemi come il monitoraggio online della qualità dell'acqua, l'alimentazione automatica e il controllo delle apparecchiature, è possibile ottenere la-regolamentazione in tempo reale dell'ambiente di coltura e la gestione automatizzata del processo di produzione.
5.2 Percorso di protezione ambientale e sviluppo sostenibile a-basse emissioni di carbonio
Il modello di acquacoltura a ricircolo soddisfa i requisiti di protezione ambientale a basse- emissioni di carbonio e di sviluppo sostenibile attraverso la conservazione dell'acqua, il risparmio energetico e la riduzione dell'inquinamento. Gli sforzi futuri dovranno ottimizzare ulteriormente i processi di trattamento dell’acqua, ridurre il consumo energetico e i costi e migliorare la stabilità e l’operatività del sistema. Ad esempio, le fonti energetiche rinnovabili come l’energia solare ed eolica possono essere utilizzate per fornire elettricità, riducendo le emissioni di carbonio; la tecnologia delle celle a combustibile microbiche può essere utilizzata per ottenere l'utilizzo energetico della materia organica nelle acque reflue, costruendo un sistema integrato di "acquacoltura-energia-protezione ambientale".
5.3 Sfide e contromisure
L’attuale modello di acquacoltura a ricircolo deve ancora affrontare sfide quali investimenti elevati, complessità tecnica ed elevati requisiti di gestione. È necessario rafforzare la ricerca e sviluppo tecnologico e l'innovazione integrata per ridurre i costi di realizzazione e di esercizio del sistema; migliorare il sistema standard e le specifiche operative per migliorare il livello tecnico degli agricoltori; e rafforzare il sostegno politico e gli investimenti finanziari per promuovere l’applicazione dei modelli di acquacoltura a ricircolo nelle zone rurali.
6 Conclusione e prospettive
Il modello di acquacoltura a ricircolo, attraverso un ragionevole controllo della qualità dell’acqua, mantiene livelli stabili dei parametri chiave della qualità dell’acqua come ossigeno disciolto, azoto ammoniacale, azoto nitrito e valore pH. Ciò fornisce un buon ambiente di crescita per i pesci d’acqua dolce, migliorandone il tasso di crescita, il tasso di utilizzo del mangime e la qualità del prodotto. Attualmente, nelle applicazioni pratiche del modello di acquacoltura a ricircolo, ci sono ancora problemi come la scarsa efficienza di raccolta dei rifiuti a causa dell’impatto della struttura del serbatoio di coltura sulle caratteristiche idrodinamiche e l’efficienza di trattamento instabile dei biofiltri. La ricerca futura dovrebbe ottimizzare ulteriormente la struttura delle vasche di coltura per migliorare l’efficienza della raccolta dei rifiuti; rafforzare la ricerca sulla regolazione della crescita del biofilm e sull’ottimizzazione della circolazione dell’acqua per migliorare l’efficienza del trattamento dei biofiltri; contemporaneamente, combinare tecnologie intelligenti per ottenere il monitoraggio in tempo reale-e il controllo automatico dei parametri di qualità dell'acqua, migliorando ulteriormente la natura scientifica e precisa del modello di acquacoltura a ricircolo e promuovendo lo sviluppo sostenibile del settore dell'acquacoltura dei pesci d'acqua dolce.