3. کیفیت آب در آکواپونیک

مترجم: محمد رضا حمیدی

این بخش مفاهیم و درک مدیریت آب در سیستم آکواپونیک را توصیف می نماید. متعاقب آن در مورد چهارچوب نظرات و نقدها در زمینه اهمیت مناسب آب جهت تولید موفق محصولات غذایی آکواپونیک به بحث می پردازد. سپس پارامترهای کیفی آب به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت. مدیریت و تدابیرماهرانه بعضی از پارامترها بخصوص در ارتباط با منابع آبی هنگامی که یک واحد آکواپونیک در آستانه موقعیت آبگیری یا ورود آب تازه به آن قرار می گیرد مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.
آب شاهرگ حیاتی یک سیستم آکواپونیک می باشد. آب واسطه ای است که تمام ریز مغذی ها و مواد مغذی پرمصرف مورد نیاز از طریق آن وارد گیاه می شود و نیز ماهیها در آن اکسیژن مورد نیاز خود را دریافت می کنند. بنابراین یک از مهمترین فاکتورهایی که در به آکواپونیک قرار دارد آب می باشد. پنج پارامتر کلیدی کیفیت آب به شرح زیرمورد بررسی قرار می گیرد:
اکسیژن محلول درآب (DO)، پ.هاش(PH)، درجه حرارت، مجموعه نیتروژنی (Total  Nitrogen) و حالت قلیایی آب.
هرپارامتربر روی هریک ازسه موجود زنده حاضر در سیستم(ماهی، گیاه و باکتری) اثر می گذارد و درک هریک ازاین پارامترها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد. اگر چه بعضی از اطلاعات مورد نیاز در مورد کیفیت و خاصیت شیمیایی آب در آکواپونیک پیچیده به نظر می رسد، مدیریت بالفعل و ملموس آن بوسیله کیت های آزمایشی قابل دسترس، ساده می باشد
تصویر  شماره  1-3 در این محل

3-1 میزان تلورانس یا تحمل هریک از موجودات زنده درآکواپونیک

همانطور که در بخش 2 توضیح داده شده، آکواپونیک سیستمی است که در مرحله اول باید شرایط تعادل و بالانس مناسب جهت سه گروه موجود زنده فراهم گردد که عبارتند از: ماهی، گیاه و باکتری
تصویر 2-3 دراین محل
هرارگانیزم دارای رنج و میزان تحملی خاص خود در هر پارامتر کیفیتی آب می باشد( جدول 1-3)
میزان تلورانس یا تحمل برای هرسه ارگانیزم  دراین سیستم نسبتاً مشابه می باشد اما مقدار کمی سازش یا همزیستی مورد نیاز می باشد، بنابراین بعضی از ارگانیزم ها در حد وسطح عالی خود دراین سیستم ظاهر نمی شوند.
جدول شماره 1-3 در این محل
جدول 2-3 توضیح می دهد که سازش و همزیستی ایده آل برای سیستم آکواپونیک مانند کلید مورد نیازپارامترهای کیفیت آب می باشد. دو پارامتر بسیار مهم برای تعادل سیستم یکی پ.هاش است و دیگری درجه حرارت. توصیه می شود که پ.هاش درسطح متعادل 7-6 و یا کمی اسیدی نگاهداشته  شود.
جدول 2 دراینجا درج شود
درجه حرارت کلی سیستم باید بین 30-18 درجه سانتیگراد باشد و باید با توجه به ماهی و گیاهی که در سیستم پرورش داده می شود برنامه ریزی ومدیریت شود و نیز باکتریها هم در همین رنج و مقیاس حرارتی پرورش وعادت داده شوند. انتخاب نوع ماهیان و گیاهانی که بتوانند با شرایط محیطی به طرز یکسان و مناسب تطبیق پیدا کنند از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در بخش 7 وضمیمه 1 بهترین درجه حرارت هایی که انواع گیاهان و ماهیان بتوانند در کنار یکدیگر رشد کنند به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است.
هدف نهایی این است که اکوسیستم در حدی از تعادل و سالم نگاه داشته شود و هم زمان پارامترهای کیفیتی آب که ثبات در رشد گیاه و ماهی و باکتری را به همراه دارد رعایت شود. هنگامی که کیفیت آب از حالت تعادل خارج می شود باید به بهترین نحو ممکن و نیز با مهارت به حالت اولیه و معیارهای مشخص بازگردانده شود تا سیستم بتواند به نحو مطلوب و مناسب به کار خود ادامه دهد.

3-2 پنج پارامتر یا شاخص بسیار مهم در کیفیت آب

3-2-1  اکسیژن

اکسیژن برای هر سه ارگانیزم موجود در سیستم آکواپونیک مهم و اساسی است. گیاهان، ماهیان و باکتریهای نیتروژن ساز همگی برای ادامه زندگی به اکسیژن نیاز دارند. سطح (DO) (اکسیژن محلول درآب) مقدار ملکولی اکسیژن درداخل آب را توصیف می کند و بصورت میلیگرم در لیتر نشان می دهند. کیفیت آب یکی از پارامترهایی است که سریعترین، شدیدترین و اساسی ترین اثر را بر روی سیستم آکواپونیک ایجاد می نماید. علاوه براین در صورتی که سطح اکسیژن محلول(DO) آب بشکه یا محل زندگی ماهی افت کند و یا کاهش یابد در مدت چند ساعت ماهیها خواهند مرد. بنابراین مطمئن شوید که سطح اکسیژن محلول یا DO به اندازه کافی باشد که این مورد در آکواپونیک بسیار مهم و حیاتی است. بنابراین هدایت و کنترل مناسب سطح اکسیژن بسیار حائز اهمیت است و می تواند ایجاد چالش نماید زیرا دستگاه های سنجش سطح اکسیژن گران هستند ویا پیدا کردن یا دسترسی به آنها بسیار مشکل است و کیت های موجود در بازار نیزمقدار اکسیژن را دقیقاً نشان نمی دهند. در واحد های کوچک آکواپونیک فقط کافی است که بطور مرتب یا مکرراً حرکات ورفتار ماهیان زیر نظر گرفته شود و نیز رشد و نمو گیاهان و ماهیان مورد بررسی قرار گیرد و باید اطمینان حاصل شود که واترپمپ(پمپ آب) و ایرپمپ(پمپ هوا) بطور دائم کار می کنند و آب را به چرخش در می آورند و بطور مرتب تولید هوا می کنند.
اکسیژن محلول در آب مستقیماً از طریق جو و هوای پیرامونی به سطح آب وارد و جذب آن می گردد بنابراین در شرایط طبیعی در رودخانه ها و دریاها بخاطر تلاطمی که در آنها بوجود می آید اکسیژن در آب مخلوط می شود وباعث می شود ماهیان و بطور کلی آبزیان قادر به زندگی باشند. اما در سیستم هایی که از تراکم بالای ماهی برخوردار هستند این مقدار اکسیژن محلول در آب استخریا بشکه ها کافی نمی باشد تا بتوانند احتیاجات تنفسی ماهیان، گیاهان و باکتریها را برآورده نمایند، بنابراین مدیریت اکسیژن دهی به سیستم ایجاب می کند تا با دقت و آگاهی از علائم محیطی و پیرامونی نیاز سیستم به اکسیژن کافی و لازم مشخص گردد. دو استراتژی و یا راهکار برای سیستم های با مقیاس کوچک در نظر گرفته شده است و بدین صورت است که جریان آب واترپمپ بصورت دینامیکی یا پویا عمل کند و چنان عمل کند که آب ایجاد حباب هوا نماید و یا آنکه آز آئراتور(aerator) یا تولید کننده هوا استفاده گردد. حرکت آب به نحوی که تولید هوا کند یکی از مهمترین و حیاتی ترین موارد هر سیستم آکواپونیک است و نمی توان از این مورد به آسانی عبور کرد و یا آن را نادیده گرفت. در فصل 4 سرفصل های بیشتری در مورد روش های طراحی و ایجاد تولید حباب اضافی در سیستم به بحث گذاشته شده است. بهترین و عالیترین سطح DO یا اکسیژن محلول در آب که هر ارگانیزم می تواند در آن محیط بخوبی رشد و نمو کند بین 5 تا 8 میلیگرم بر لیتر می باشد(تصویر3-3).     محل تصویر 3       بعضی از انواع ماهی ها مانند کپور و تیلاپیا می توانند سطح DO بین 2 تا 3 میلیگرم در لیتر را تحمل نمایند، اما در سیستم آکواپونیک اکیداً توصیه می شود که سطحی بالاتر از این مقدار در نظر گرفته شود تا هر سه ارگانیزم موجود در سیستم بتوانند از میزان اکسیژن کافی بهره مند گردند.
درجه حرارت و اکسیژن محلول در آب(DO) ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند که می توانند بر روی کیفیت محصولات موجود در سیستم آکواپونیک تأثیر بگذارند. به محض اینکه درجه حرارت آب بالا رود قابلیت حل شدن اکسیژن در آن کاهش پیدا می کند و یا به عبارت دیگر قابلیت ماندگاری اکسیژن با بالاتر رفتن درجه حرارت کمتر می شود تا جایی که آب گرم اکسیژن کمتری را نسبت به آب سرد در خود نگاه می دارد (تصویر 4-3).  با درنظر گرفتن موارد فوق توصیه می شود تا هوادهی از طریق استفاده از پمپ هوا در مناطق گرم و یا در گرمترین ماه های سال بخصوص در مواردی که ماهیان ظریف و آسیب پذیرتر پرورش داده می شوند مورد توجه بیشتری قرار گیرد.

3-2-2 پ.هاش( PH )

داشتن اطلاعات عمومی در مورد PH برای مدیریت سیستم آکواپونیک ضروری و مورد نیاز می باشد. PH آب نشان می دهد که آب محلول در سیستم تا چه اندازه قلیایی و یا اسیدی است که میزان و یا رنج آن بین 14-1 می باشد. میزان PH 7 خنثی می باشد و هردرجه ای زیر 7 اسیدی و نیز بالاتر از 7 قلیایی یا بازی می باشد. PH عبارت است از یون های مثبت هیدروژن(+H) محلول در آب، بنابراین هرچه یون هیدروژن بیشتر شود محلول اسیدی تر می شود.
دوجنبه مهم میزان یا مقدار PH در تصویر 5-3 به نمایش در آمده است.
• میزان PH منفی است یعنی PH هفت، یون هیدروژن کمتری نسبت به PH شش دارد.
• میزان PH آب از فرمول لوگاریتمی(logarithmic) تبعیت می کند.
پ.هاش 7 ده برابر هیدروژن کمتری نسبت به پ.هاش 6 دارد و نیز 100 برابر کمتر از پ.هاش 5  و 1000 برابر کمتر از پ.هاش 4 دارای هیدروژن است.
به عنوان مثال اگرPH یک سیستم آکواپونیک در درجه 7 ثبت شود و در مرحله بعدی به 8 تغییر کند در این لحظه یون هیدرژن ده بار کمتر در واکنش ها حضور پیدا می کند زیرا مقیاس منفی و لگاریتمی می باشد. نباید فراموش کنیم که مهمترین نکته در اینجا طبیعت لگاریتمی مقیاس PH است زیرا ضرورتاً این یک امر غیر استدلالی است. برای درک مثال قبلی اگر در ثبت های آینده PH 9 نشان داده شود این مشکل به جای اینکه دوبرابر شود 100 برابر بدتر و بحرانی تر می شود.

اهمیت PH

PH آب تاًثیر بسیار عمده ای برجنبه های مختلف آکواپونیک بخصوص گیاهان و باکتریها دارد. در مورد گیاهان درPH متعادل گیاه به آسانی می تواند به ریز مغذی ها و عناصر پرمصرف دسترسی پیدا کند. درPH   6 تا6.5 تمام عناصر مورد نیاز گیاه آماده و قابل دسترس می باشد اما خارج از این محدوده و رنج مواد مغذی مورد نیاز گیاه به سختی و مشکل در دسترس گیاه قرار می گیرند. در حقیقت محدوده   PH 7.5 می تواند منجر به کمبود آهن، فسفر و منیزیم شود. این پدیده به قفل شدن مواد مغذی معروف است و در بخش 6 به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.
باکتریهای نیتروژن ساز در PH پایین تر از6 به سختی رشد می کنند و این باکتریها در PH اسیدی پایین حجم کمتری آمونیاک را به نیترات تبدیل می کنند و می توانند عملکرد بیوفیلتری سیستم را تحت تاًثیر قرار دهند و در نتیجه باعث افزایش سطح آمونیاک گردد که حاصل آن نامتعادل شدن سیستم و نیز باعث ایجاد استرس و چالش در دیگر موجودات حاضر درآن می شود.
ماهی ها هم سطح تحمل ویژه ای درPH های متفاوت و مختلف در این سیستم دارند اما بیشتر ماهیهایی که درسیستم آکواپونیک مورد استفاده قرارمی گیرند می توانند PH بین 8.5-6 را تحمل نمایید اما PH های با مقیاس بالا تاًثیر سمیت آمونیاک بر ماهیها را افزایش می دهد. افزایش PH باعث بالا رفتن سمیت در سیستم می شود. این جنبه یا مورد بطور مفصل در بخش 4-3 مورد بحث قرار می گیرد. از مطالب فوق می توان چنین نتیجه گرفت که آب سیستم آکواپونیک در یک حالت ایده آل باید مقداری جزئی اسیدی باشد و مقیاس و یا رنج PH بین 7-6 بهترین حالت ممکن می باشد.   در این محدوده PH  ، عملکرد باکتریها در بهترین حالت ممکن صورت می گیرد، درحالیکه در همین محدوده گیاهان می توانند بیشترین دسترسی به همه ریزمعذی ها و عناصر پر مصرف را داشته باشند. PH بین 5.5 تا 7.5 نیازبه دقت و مدیریت در حد بالایی دارد و متعادل نگاه داشتن هنرمندانه و حرفه ای این محدوده در قسمت 5-3 و بخش 6 مورد بحث قرار می گیرد. PH کمتر از 5 و بالاتر از 8 می تواند سریعاً باعث مشکل و نیز بحران آفرین برای کل اکوسیستم باشد و فوراً باید مورد توجه دقیق قرار گیرد و سیستم از این مرحله بحرانی بیرون آورده شود.
پروسه های شیمیایی و بیولوژیکی زیادی وجود دارد که در یک سیستم آکواپونیک به وقوع  می پیوندد که بر روی PH آب اثر می گذارد و تاًثیر بعضی از آنها بطور معنا داری بیشتر از دیگر پروسه ها می باشد که عبارتند از پروسه های نیتروژن زایی، تراکم زیاد ماهیها و نیز فیتوپلانگتونها.

پروسه نیتروژن زایی

پروسه نیتروژن زایی باکتریها بطور طبیعی PH طبیعی آب یک سیستم آکواپونیک را پایین می آورد. هنگامی که باکتری پروسه نیتروژن سازی را شروع می کند تجمع ضعیف و کم اسید نیتریک بوجود می آید به نحوی که باکتریها هنگامی که امونیاک را به نیترات تبدیل می نمایند شروع به آزاد کردن یون هیدروژن می کنند. درنتیجه پروسه فوق که بطور مرتب انجام می گیرد آب سیستم آکواپونیک به تدریج در نتیجه عملکرد باکتریها اسیدی تر می گردد.

تراکم یا ازیاد ماهی

تنفسس ماهیان باعث آزاد شدن دی اکسید کربن(CO2) در آب می گردد. دی اکسید کربن PH آب را پایین می آورد زیرا دی اکسید کربن درحالت طبیعی به اسید کربنیک تبدیل می شود (h2co3) . هر چقدر تراکم ماهیها در سیستم بیشتر باشد دی اکسید کربن بیشتری آزاد می شود و در نتیجه آن سطح کلی PH آب پایین می رود.  این حالت درمواقعی که سطح فعالیت ماهیها در درجه حرارت های بالاتر بیشتر می شود محسوس تر و درجه آب اسیدی تر می شود.

فیتوپلانکتون ها

تنفس ماهیها باعث پایین آمدن PH می شود که بخاطرآزاد شدن دی اکسید کربن در آب می باشد، از طرف دیگر عملکرد فتوسنتزی پلانکتون ها، جلبک ها و گیاهان آبزی دی اکسید کربن موحود در آب را حذف می نمایند و همین عمل باعث بالا رفتن PH آب می گردد. اثر جلبکها برPH آب یک روند تکراری است که هر روز اتفاق می افتد. در این الگو و روند، PH آب در طی روز هنگامی که گیاهان آبزی عملکرد فوتوسنتزی خود را آغاز می کنند بالا می رود و باعث حذف شدن اسید کربنیک می شود و در طی شب هنگامی که گیاهان شروع به تنفس می نمایند اسید کربنیک آزاد می گردد. بنابراین PH آب هنگام طلوع آفتاب در پایین ترین سطح خود قرار دارد و هنگام غروب آفتاب دربالاترین سطح خود. در سیستم های استاندارد RAS (سیستم های بازچرخشی پرورش ماهی) و یا سیستم های آکواپونیک سطوح فیتوپلانکتون ها معمولاً درحد پایین و یا به عبارت دیگر میزان آنها کمتر است و در نتیجه PH آب در روز تحت تاًثیر آن قرار نمی گیرد. البته بعضی از سیستم های پرورش ماهی نظیرسیستم هایی که از تکنیک پرورش ماهی در استخربهره می برند و سیستم های دیگر پرورش بچه ماهی تعمداً از فیتوپلانکتون ها استفاده می نمایند، بنابراین باید بصورت خردمندانه و مدبرانه از سیستم مراقبت و مرتباً کنترل شود.

3-2-3 درجه حرارت

درجه حرارت آب بر تمام جنبه ها و امور سیستم آکواپونیک اثر می گذارد. درجه حرارت مناسب که با تجربه کسب شده است بین 18 تا 30 درجه سانتیگراد می باشد. درجه حرارت بر روی DO (اکسیژن محلول درآب) نیز همانطور که بر یونیزاسیون آمونیاک اثر می گذارد، تحت تاًثیر قرار می دهد. هرچه درجه حرارت آب بالا رود اکسیژن محلول درآب کمتر می شود و نیز باعث یونیزاسیون(سمیت) بیشتر آمونیاک می شود. درجه حرارت بالا می تواند جذب کلسیم توسط گیاهان را  متوقف کند. ترکیب گیاهان و ماهیان باید به نحوی انتخاب و هماهنگ شوند تا با درجه حرارت جو و اتمسفر محیط یا سیستم تطبیق پیدا کنند به نحوی که تغییر دادن درجه حرارت آب سیستم از نظر اقتصادی گران  و مقرون به صرفه نمی باشد. ماهیان گرم آبی(مانند تیلاپیا، کپور،گربه ماهی) و باکتریهای نیتروژن ساز در  درجه حرارت های بالاتر یعنی 22 تا 29 درجه سانتیگراد رشد می کنند که این رنج درجه حرارت مناسب پرورش سبزیجاتی نظیر بامیه، کلم آسیایی و ریحان می باشد. برعکس بعضی از سبزیجات معمولی مانند کاهو، swiss chard و خیار در درجه حرارت های خنک تر بین 18 تا 26 درجه سانتیگراد بهتر رشد می کنند و ماهیان سرد آبی مانند قزل آلا درجه حرارت بالاتر از 18 درجه سانتیگراد را تحمل نمی کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بهترین رنج حرارتی مورد نیاز گیاهان و ماهیان بخش 6 و 7 را مطالعه نمایید که در مورد پرورش ماهیان و گیاهان است و در ضمیمه 1 اطلاعاتی در مورد پرورش 12 نوع  گیاه مرسوم و مورد استفاده عمومی درج شده است.
اگر چه بهترین راهکار برای انتخاب گیاهان و ماهیان بررسی گیاهان و ماهیان  محلی است که در بهترین حالت ممکن با آب و هوای آن منطقه سازگاری پیدا نموده اند اما می توان در مواقع لازم تکنیک های مدیریتی افت و خیز درجه حرارت را کنترل کرد و آنرا به حداقل رسانید و فصل رشد و نمو گیاهان را طولانی تر نمود. اگر در طول شب و روز افت و خیز درجه حرارت در حداقل ممکن کنترل شود رشد و نمو محصولات به نحو محسوسی بالا می رود و انتظار می رود که تولید نیز افزایش یابد. بنابراین سطح آب محفظه ماهیها، قسمت هیدروپونیک و نیز فیلترها باید از تابش نور مستقیم آفتاب وبوسیله ساختارهای پوششی مناسب محافظت گردند.
البته می توان واحد را بوسیله استفاده نمودن از عایق های حرارتی مناسب درشبهای سردی که ممکن است در بعضی از مناطق اتفاق افتد عایق بندی نمود. درضمن متدها و روش هایی نیز وجود دارد که می توان با بردباری و صبر و حوصله واحد آکواپونیک را گرم نمود که از جمله استفاده از گلخانه و نیز انرژی خورشیدی می باشد با لوله های سیم پیچ شده که در زمان هایی که درجه حرارت از 15 درجه سانتیگراد پایین تر می رود می توان ازانها استفاده نمود، که این روش به تفصیل در بخش های 4 و 9 مورد بحث قرار خواهد گرفت.
می توان از یک استراژی  تولید محصولات براساس درجه حرارتی که درطول سال متغیر می باشد استفاده نمود. چون درجه حرارت  بین زمستان و تابستان بسیار متغییر می باشد. بویژه در فصل زمستان که ممکن است میانگین درجه حرارت کمتر از 15 درجه سانتیگراد در طول بیشتر از سه ماه باشد. این بدین معنی است که ماهیان و گیاهانی که در طول مدت هوای سرد زمستانی رشد می کنند برای این فصل انتخاب شوند و هنگامی که بهار می شود و آب و هوا تغییر و به سمت گرمی پیش می رود می توان سیستم را تغییر داد و از گیاهان و ماهیانی استفاده نمود که در آب و هوای گرم و ملایم رشد و نمو می کنند. اگر این روش درفصل سرد زمستان جواب ندهد می توان سیستم را در این فصل متوقف نمود و تا شروع فصل بهار آنرا تعطیل کرد. درطول فصل تابستان  و هنگامی که هوا بینهایت گرم است( بیش از 35 درجه سانتیگراد ) باید نوع مخصوصی از گیاه و ماهی انتخاب شود که بتواند چنین درجه حرارتی را تحمل و در آن شرایط رشد کند( بخش 6 و 7 را مشاهده نمایید )، درضمن باید از سایه بان های مخصوص در ناحیه هایی که آفتاب شدید مستقیماً بر روی گیاه و ماهی می تابد استفاده گردد.

3-2-4 تجمع نیتروژن: امونیاک، نیتریت، نیترات

به اطلاع بازدید کنندگان محترم می رساند که تاکنون این بخش بطور کامل ترجمه شده است اما ازمبحث 4-2-3 هنوز تایپ نشده است در صورتی که علاقمند به ادامه این مبحث می باشید لطفاً با ایمیل زیر تماس گرفته و نظرتان در مورد ادامه و آپلود آن اعلام فرمایید
Smreza_hamidi@yahoo.com

درضمن تصاویر و جداول در آینده به متون این بخش اضافه خواهد شد