Rendimiento del crecimiento y tecnología de control de la calidad del agua de peces de agua dulce en sistemas de acuicultura de recirculación
Con la mejora continua de la intensificación en la industria de la acuicultura y los requisitos de protección ambiental cada vez más estrictos, los modelos de acuicultura tradicionales enfrentan numerosos problemas, como la contaminación ambiental, el desperdicio de recursos hídricos y la disminución de la calidad del producto. El Sistema de Recirculación de Acuicultura (RAS), como un nuevo tipo de método de acuicultura, tiene ventajas que incluyen la conservación del agua, el ahorro de tierras, una alta densidad de población, la controlabilidad ambiental y la reducción de la descarga de aguas residuales. Se alinea con las demandas estratégicas nacionales actuales de economía circular y conservación de energía y reducción de emisiones, representa una dirección importante para la transformación y el desarrollo de la industria de la acuicultura y se ha convertido en un modelo crucial para el desarrollo sostenible de la pesca moderna. En RAS, el agua de la acuicultura se recircula después de someterse a filtración física, purificación biológica, aireación, desinfección y otros tratamientos, lo que requiere que el sistema mantenga continuamente condiciones de calidad del agua adecuadas para el crecimiento de los peces. Como entorno directo para la supervivencia de los peces, las fluctuaciones en diversos parámetros de calidad del agua afectan directamente las funciones fisiológicas, la eficiencia metabólica y la resistencia a las enfermedades de los peces, manifestándose en última instancia como diferencias en el rendimiento del crecimiento. Por lo tanto,-la exploración en profundidad de la relación intrínseca entre el control de la calidad del agua y el crecimiento de los peces de agua dulce en RAS tiene una importancia teórica y práctica significativa para mejorar la eficiencia de la acuicultura y promover un desarrollo saludable de la industria.
1 Descripción general del sistema de recirculación de acuicultura
El modelo de acuicultura con recirculación es un método de cultivo en el que el agua de cultivo se recircula después del tratamiento mediante procesos de filtración físicos, químicos y biológicos. La investigación sobre la tecnología de la acuicultura con recirculación comenzó antes en el extranjero. En la década de 1960, países como Estados Unidos, Países Bajos y Dinamarca iniciaron estudios relevantes. Estados Unidos lo utilizó principalmente para cultivar trucha arco iris, lubina rayada y lubina negra; los Países Bajos lo utilizaron principalmente para la anguila europea y el bagre africano; El sistema de proceso de recirculación de la acuicultura de Dinamarca era un sistema semicerrado al aire libre utilizado principalmente para la producción de trucha arco iris.
China introdujo tecnología e instalaciones extranjeras de acuicultura de recirculación en la década de 1980. Debido a los altos costos de inversión y operación, la mayoría de las instalaciones introducidas fueron rápidamente abandonadas. En 1988, el Instituto de Investigación de Instrumentos y Maquinaria Pesquera de la Academia China de Ciencias Pesqueras, basándose en tecnología de Alemania Occidental, diseñó y construyó el primer taller de producción acuícola de recirculación de China. En los últimos años, académicos chinos como Qu Keming propusieron modelos de tecnología de recirculación de acuicultura de nivel alto, medio y bajo-basados en las diferentes necesidades de diversos tipos de empresas acuícolas y los promovieron en las zonas costeras; Liu Bo, de la Estación de Extensión de Tecnología Pesquera Provincial de Heilongjiang, propuso tecnología y modelos de acuicultura de recirculación de "contenedores"; El profesor He Xugang de la Universidad Agrícola de Huazhong propuso un modelo de acuicultura "cautiva" eficiente y ecológica con "descarga cero" en estanques.
Los modelos de acuicultura con recirculación se dividen principalmente en tipos como "pista de rodadura", "contenedor" y "cautivo". Tomando como ejemplo el modelo de acuicultura "canal de rodadura", consta de un tanque de flujo-, un área de recolección de desechos, instalaciones de aireación, instalaciones de desvío, un área de purificación, un humedal y otros componentes. El área de acuicultura que empuja el pequeño-agua-cuerpo de agua- consta de tanques rectangulares que ocupan entre el 2% y el 5% del área del estanque. En los últimos años, las especificaciones de flujo doméstico-a través de tanques son generalmente de 20 m de largo, 4 m de ancho y 2,5 m de alto, con 1 o 2 tanques instalados por cada 6670 m² de cuerpo de agua. El componente principal es el equipo de aireación que empuja el agua. Las primeras versiones usaban dispositivos impulsores para empujar el agua y dispositivos de aireación para la oxigenación, pero ahora la mayoría usa equipos de elevación de aire compuestos por sopladores, tubos de aireación microporosos y deflectores. Generalmente se construyen dos tanques sumergidos de recolección de residuos interconectados con un volumen de 10 m³ por cada tres tanques, colocados en el extremo posterior de los tanques de flujo para la recolección de residuos del área de cultivo. El área de purificación ecológica del gran-cuerpo-agua ocupa entre el 95% y el 98% del área del estanque, con diques de desvío y una profundidad de agua superior a 2 m. En esta área se cultivan principalmente peces que se alimentan por filtración-, con una cobertura de plantas acuáticas controlada entre el 20% y el 30% del área de purificación. Está equipado con aireadores de rueda de paletas, aireadores de impulsor, máquinas para hacer olas-, etc., y se añaden preparaciones microbianas según corresponda.
2 Efectos del modelo de acuicultura con recirculación sobre el crecimiento de los peces de agua dulce
2.1 Tasa de crecimiento
El modelo de acuicultura con recirculación puede proporcionar un entorno de crecimiento relativamente estable para los peces de agua dulce, lo que ayuda a mejorar las tasas de crecimiento. En la acuicultura tradicional en estanques, la calidad del agua se ve muy afectada por factores ambientales externos como la temperatura y las precipitaciones, que pueden causar fácilmente fluctuaciones en la calidad del agua y afectar el crecimiento de los peces. En el modelo de acuicultura con recirculación, el sistema de control de calidad del agua puede mantener parámetros de calidad del agua relativamente estables, como la temperatura del agua, el oxígeno disuelto y el valor del pH, creando condiciones de crecimiento adecuadas para los peces. Por ejemplo, en el modelo de acuicultura "canal de rodadura", la velocidad del flujo de agua en el tanque-que pasa por el tanque se puede ajustar mediante un equipo de aireación-que empuja el agua. Una velocidad de flujo adecuada puede promover el movimiento de los peces, mejorar la condición física, aumentar el consumo de alimento y acelerar el crecimiento.
2.2 Tasa de utilización del alimento
El modelo de acuicultura con recirculación puede mejorar la tasa de utilización del alimento de los peces de agua dulce. En la acuicultura tradicional, después de dispensar el alimento, parte del alimento se hunde hasta el fondo sin consumirse, lo que provoca desperdicios. Mientras tanto, el alimento que se hunde hasta el fondo se descompone produciendo sustancias nocivas que afectan la calidad del agua. En el modelo de acuicultura con recirculación, debido al efecto del flujo de agua, el alimento se puede dispersar mejor en el agua, lo que facilita el consumo de los peces y reduce así el desperdicio de alimento. Además, las unidades de tratamiento, como los biofiltros en el sistema de recirculación de la acuicultura, pueden eliminar la materia orgánica como el alimento residual y las heces del agua de cultivo, reduciendo el contenido de sustancias nocivas como el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno nitrito en el agua. Esto reduce el impacto de estas sustancias nocivas en las funciones digestivas y de absorción de los peces, mejorando así la tasa de utilización del alimento.
2.3 Calidad del producto
El modelo de acuicultura con recirculación ayuda a mejorar la calidad del producto del pescado de agua dulce. En la acuicultura tradicional, los peces son susceptibles a la infección por patógenos como parásitos y bacterias, lo que provoca la aparición de enfermedades y afecta la calidad del producto. En el modelo de acuicultura con recirculación, medidas como el control de la calidad del agua y la desinfección pueden reducir eficazmente la cantidad de patógenos en el agua, disminuyendo el riesgo de enfermedades de los peces. Al mismo tiempo, el entorno de crecimiento relativamente limpio de los peces en el modelo de acuicultura con recirculación reduce la producción de olores indeseables, como el olor a barro, mejorando el sabor y la calidad del producto.
Tres parámetros y métodos clave de control de la calidad del agua en el modelo de acuicultura en recirculación
3.1 Parámetros clave
3.1.1 Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto es uno de los parámetros importantes de la calidad del agua que afectan el crecimiento de los peces. Los peces necesitan suficiente oxígeno para respirar durante el crecimiento. Una cantidad insuficiente de oxígeno disuelto puede provocar un crecimiento lento, una disminución de la inmunidad e incluso la muerte. Generalmente, el oxígeno disuelto en los sistemas de recirculación de acuicultura debe mantenerse por encima de 5 mg/L.
3.1.2 Nitrógeno amoniacal
El nitrógeno amoniacal es uno de los principales contaminantes del agua de acuicultura y se origina principalmente en los excrementos de peces y la descomposición de los piensos residuales. El nitrógeno amoniacal es altamente tóxico para los peces, daña el tejido de las branquias, el sistema nervioso y el sistema inmunológico, afectando el crecimiento y la supervivencia. La concentración de nitrógeno amoniacal en los sistemas de acuicultura de recirculación debe controlarse por debajo de 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitrógeno nitrito
El nitrógeno nitrito es un producto intermedio producido durante la nitrificación del nitrógeno amoniacal y tiene cierta toxicidad. El nitrógeno nitrito se combina con la hemoglobina en la sangre de los peces, lo que reduce su capacidad de transporte de oxígeno-y provoca hipoxia y asfixia en los peces. La concentración de nitrógeno nitrito en los sistemas de acuicultura de recirculación debe controlarse por debajo de 0,1 mg/L.
3.1.4 Valor de pH
El valor del pH es un indicador importante que refleja la acidez o alcalinidad del agua y tiene efectos significativos sobre el crecimiento de los peces y sus funciones fisiológicas. El valor del pH en los sistemas de recirculación de acuicultura debe controlarse entre 7,0 y 8,5.
3.2 Métodos de control de la calidad del agua
3.2.1 Control físico
El control físico incluye principalmente medidas como filtración, sedimentación y aireación. La filtración es un método eficaz para eliminar sólidos suspendidos y partículas del agua. Los equipos de filtración de uso común incluyen filtros de micropantalla y filtros de arena. La sedimentación utiliza la gravedad para depositar las partículas sólidas del agua en el fondo, purificando así la calidad del agua. La aireación es un medio importante para aumentar el oxígeno disuelto en el agua. Los equipos de aireación de uso común incluyen sopladores, aireadores de paletas y aireadores de impulsor.
3.2.2 Control químico
El control químico implica principalmente agregar agentes químicos al agua para regular la calidad del agua. Por ejemplo, cuando las concentraciones de nitrógeno amoniacal y nitrógeno nitrito en el agua son demasiado altas, se pueden agregar preparaciones de bacterias nitrificantes para promover reacciones de nitrificación y reducir el contenido de nitrógeno amoniacal y nitrógeno nitrito; Cuando el valor del pH del agua es demasiado bajo, se puede aplicar cal viva para aumentar el valor del pH.
3.2.3 Control biológico
El control biológico utiliza microorganismos, plantas acuáticas y otros organismos para purificar la calidad del agua. Los microorganismos pueden descomponer la materia orgánica del agua, convirtiendo sustancias nocivas como el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno nitrito en sustancias inofensivas. Las preparaciones microbianas de uso común incluyen bacterias fotosintéticas, bacilos y bacterias nitrificantes. Las plantas acuáticas pueden absorber nutrientes como el nitrógeno y el fósforo del agua, lo que reduce la aparición de eutrofización y, al mismo tiempo, proporciona hábitats y sombra para los peces. Las plantas acuáticas comunes incluyen el jacinto de agua, la hierba de caimán y elodea.
4 Correlación entre el crecimiento de los peces de agua dulce y el control de la calidad del agua en el modelo de acuicultura en recirculación
4.1 Oxígeno disuelto y rendimiento del crecimiento
Cuando el oxígeno disuelto en el agua es suficiente, la respiración de los peces funciona normalmente, el metabolismo es vigoroso, el consumo de alimento aumenta y la tasa de crecimiento se acelera. Por el contrario, el metabolismo se ralentiza y la tasa de crecimiento disminuye. En el modelo de acuicultura con recirculación, medidas de aireación razonables mantienen niveles estables de oxígeno disuelto en el agua, proporcionando un buen ambiente respiratorio para los peces y promoviendo su crecimiento y desarrollo.
4.2 Nitrógeno amoniacal, nitrógeno nitrito y rendimiento del crecimiento
El nitrógeno amoniacal y el nitrógeno nitrito son sustancias tóxicas en el agua de acuicultura que dañan gravemente el crecimiento y la supervivencia de los peces. Las altas concentraciones de nitrógeno amoniacal dañan el tejido branquial de los peces y afectan la función respiratoria; también dañan el sistema nervioso y el sistema inmunológico de los peces, reduciendo su resistencia a las enfermedades. En el modelo de acuicultura con recirculación, las unidades de tratamiento, como los biofiltros, pueden eliminar rápidamente el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno nitrito del agua, reduciendo sus efectos tóxicos en los peces y garantizando un crecimiento saludable de los mismos.
4.3 Valor de pH y rendimiento del crecimiento
El valor del pH tiene un impacto importante en el crecimiento de los peces y sus funciones fisiológicas. Las diferentes especies de peces tienen diferentes rangos de adaptación para el valor del pH. En el modelo de acuicultura con recirculación, el valor del pH del agua se prueba periódicamente y se toman las medidas de ajuste correspondientes en función de los resultados de las pruebas.
5 tendencias de desarrollo y desafíos del modelo de acuicultura con recirculación
5.1 Dirección de desarrollo inteligente y de precisión
Con el desarrollo de Internet de las cosas, big data y tecnologías de inteligencia artificial, el modelo de acuicultura de recirculación está evolucionando hacia la inteligencia y la precisión. Al integrar sistemas como el monitoreo en línea de la calidad del agua, la alimentación automática y el control de equipos, se puede lograr la regulación en tiempo real-del entorno de cultivo y la gestión automatizada del proceso de producción.
5.2 Ruta de desarrollo sostenible y protección ambiental con bajas-carbono
El modelo de acuicultura de recirculación cumple con los requisitos de protección ambiental con bajas-carbono y desarrollo sostenible a través de la conservación del agua, el ahorro de energía y la reducción de la contaminación. Los esfuerzos futuros deben optimizar aún más los procesos de tratamiento de agua, reducir el consumo y los costos de energía y mejorar la estabilidad y operatividad del sistema. Por ejemplo, se pueden utilizar fuentes de energía renovables como la solar y la eólica para suministrar electricidad, reduciendo las emisiones de carbono; La tecnología de pilas de combustible microbianas se puede utilizar para lograr la utilización energética de la materia orgánica en las aguas residuales, creando un sistema integrado de "acuicultura-energía-protección ambiental".
5.3 Desafíos y contramedidas
El actual modelo de acuicultura de recirculación aún enfrenta desafíos como alta inversión, complejidad técnica y altos requisitos de gestión. Es necesario fortalecer la investigación y el desarrollo tecnológico y la innovación integrada para reducir los costos de construcción y operación del sistema; mejorar el sistema estándar y las especificaciones operativas para mejorar el nivel técnico de los agricultores; y fortalecer el apoyo político y la inversión financiera para promover la aplicación de modelos de acuicultura de recirculación en zonas rurales.
6 Conclusión y perspectivas
El modelo de acuicultura con recirculación, a través de un control razonable de la calidad del agua, mantiene niveles estables de parámetros clave de calidad del agua, como oxígeno disuelto, nitrógeno amoniacal, nitrógeno nitrito y valor de pH. Esto proporciona un buen entorno de crecimiento para los peces de agua dulce, mejorando su tasa de crecimiento, tasa de utilización del alimento y calidad del producto. Actualmente, en las aplicaciones prácticas del modelo de acuicultura con recirculación, todavía existen problemas como una eficiencia deficiente en la recolección de desechos debido al impacto de la estructura del tanque de cultivo en las características hidrodinámicas y una eficiencia de tratamiento inestable de los biofiltros. Las investigaciones futuras deberían optimizar aún más la estructura del tanque de cultivo para mejorar la eficiencia de la recolección de residuos; fortalecer la investigación sobre la regulación del crecimiento de biopelículas y la optimización de la circulación del agua para mejorar la eficiencia del tratamiento de los biofiltros; simultáneamente, combinar tecnologías inteligentes para lograr monitoreo-en tiempo real y control automático de los parámetros de calidad del agua, mejorando aún más la naturaleza científica y precisa del modelo de acuicultura de recirculación y promoviendo el desarrollo sostenible de la industria de la acuicultura de peces de agua dulce.