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7.8 系统规划和管理问题

2 years ago

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水生耦合取决于鱼类单位提供的营养物质,无论是商业密集型 RAS 还是在较小的作业条件下储存的鱼缸。 后者的鱼类密度通常约为 15—20 公斤/msup3/SUP(罗非鱼、鲤鱼),但非洲鲶鱼的产量可高达 50 公斤/msup3/SUP。 这种不同的储存密度对植物的营养通量和养分供应情况、水质控制和调整的要求以及适当的管理做法都有重大影响。

与养分浓度相关的过程水质主要取决于饲料的成分和鱼类各自的更替率。 饲料输入和饲料营养物质之间的差异,在鱼体内吸收或因养护系统而丢失,等于水产养殖的植物现有营养物质的最大潜力。 如上所述,营养浓度应调整到水平,使植物能够有效生长。 然而,并非所有的鱼类都能够承受这样的条件。 因此,具有弹性的鱼类,如非洲鲶鱼、Timapia 或鲤鱼是首选的水生鱼类。 在罗斯托克大学,对全鲶鱼及其标准饮食作为产量和输入值进行了分析,以确定大量营养素 N、P、K、钙、镁和 S 以及微量营养素铁、锰、钼、铜、锌和硒的营养率。 除 P 之外,给予鱼类的饲料营养物质的 50% 以上不会保留在鱼体内,并且可以被视为潜在的植物营养物质(Strauch 等人,2018 年;图 7.12)。 然而,这些营养物质并不平均分布在工艺水和沉积物中。 尤其是大量营养素(N、P、K)在工艺水和固体部分内积累,而微量营养素(如铁)会在由澄清器分离的固体部分中消失。 图 7.13 显示了在一种密集的非洲鲶鱼 RAS 中收集污泥 6 天后,每个澄清剂清洗的营养产量。 固体中结合的植物必需营养物质相对于出现溶解的相应量的比例显著:N = 48%,P = 61%,K = 10%,钙 = 48%,镁 = 16%,S = 11%,铁 = 99%,锰 = 86%,钼 = 100%,锌 = 48%,铜 = 55%。

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** 图 7.12** 非洲鲶鱼水产养殖中可能用于水生植物生产的未使用的营养物质(原始数据)

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** 图 7.13** 工艺水和固体内的宏观营养素和微量营养素的分布情况。 (数据来自施特劳赫等人 (2018))

一个关键的管理因素是系统内的氧气可用性,这对于保持工艺水中植物可用硝酸盐浓度至关重要。 在许多 RAS 中使用的传统澄清机可从再循环中去除富含碳的固体废物,但在沉淀罐的下一个清洁周期之前,它们会与工艺用水接触。 在此期间,富碳的有机物被用作能源,通过去硝化细菌,造成硝酸盐的重大损失。 它像氮气一样流入大气中并丢失。 在密集的生产条件下,大量有机污泥将积聚在沉积罐内,从而影响维护、用淡水取代,并随后影响工艺水中的营养成分。 图 7.14 显示了非洲鲶鱼 RAS 在三种不同放养密度(广泛:35 种鱼/罐,半密集型:70 种鱼/罐,密集型:140 种鱼/罐)下的养分浓度。 储存密度越高,系统内部产生的氧含量越低,系统内每公斤饲料可用的硝酸盐就越低。

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** 图 7.14** 三种不同养殖密度下非洲鲶鱼水产养殖每公斤饲料的 N-预算和氧浓度(原始数据)

一般而言,随着鱼类强度的增加,系统内的氧气可用性会减少,因为鱼类消耗氧气,以及澄清器和水培子系统内部的有氧污泥消化。 氧气水平可以保持在较高的水平,但这需要额外投资于氧气监测和控制。 从系统的规划阶段开始,这个问题对于水生耦合具有极大的重要意义,因为不同的情景对于计划的鱼类生产、由此产生的工艺水质量以及经济可持续性. 水生混合生产系统的四个主要原则在系统设计、维护程序和植物生长营养可用性方面具有管理后果,以及它们之间的过渡,可以定义如下:

-大量生产,氧弹性鱼类(如罗非鱼、鲤鱼),无氧气控制,OSub2/Sub 超过 6 毫克/升,用水量少,营养浓度高,投资少,BOD 低,每公斤饲料硝酸盐高。

-密集生产、具有氧气弹性的鱼类(如非洲鲶鱼)、无氧气控制、OSub2/Sub 低于 6 毫克/升、用水量高、投资中等、BOD 高、每公斤饲料硝酸盐低、营养浓度高。

-大量生产,对氧气要求较高的鱼类(如鳟鱼),氧气控制,6—8 毫克/升以上 OSub2/Sub,用水量高,投资中等,BOD 低,每公斤饲料硝酸盐高,营养浓度低。

-密集生产、需氧的鱼类(如鳟鱼、鱼鲈)、氧气控制、OSub2/Sub 在 6—8 毫克/升以上、用水量高、投资高、BOD 低、每公斤饲料中硝酸盐。

除了储存密度和系统内的平均氧气量之外,植物生产方式(即批次或交错种植)还会对工艺水中的植物可用营养成分产生影响(Palm 等人,2019 年)。 特别是在生长快的鱼类中,这种情况尤其如此,在生产周期中饲料的增长可能非常迅速,需要更高的水交换率,从而增加营养素稀释,从而影响营养成分和管理。

作为水培子系统的一部分,RAS 中发生的相同氧或缺氧过程也发生在水培子系统内。 因此,为了优化水质以促进植物生长,植物水的氧气可用性和可能的曝气可能是至关重要的。 氧气允许异养菌将有机结合营养物转化为溶解阶段(即蛋白质氮转化为氨),硝化细菌将氨转化为硝酸盐。 水中的氧气可用性也会减少缺氧微生物代谢(即硝酸盐和/或硫酸盐还原细菌,Comeau 2008),这些过程可能对减少营养素浓度产生巨大影响。 根部曝气还有一个优点,即水和养分被输送到根表面,沉淀在根表面的颗粒被去除(Somerville 等人,2014 年)。


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