بدون شک گسترش تولیدات آبزی پروری، به دلیل فشارهای محیط زیستی ناشی از تأثیر آلوده کننده پساب این صنعت بر منابع آبی و وابستگی شدید به روغن و آرد ماهی در تغذیه آبزیان، محدود خواهد شد. امروزه چنین به نظر می­رسد که استفاده از تکنولوژی بیوفلاک در این صنعت هر دو مشکل را به صورت یکجا حل می­کند؛ هم مواد مغذی را از پیکره­های آبی جدا می­نماید و هم از آن در جهت تولید زی­توده باکتریایی (پروتئین میکروبی) استفاده می­کند که به طور مستقیم و به عنوان غذای اضافی مورد تغذیه آبزیان پرورشی قرار خواهد گرفت و از این طریق ضریب تبدیل غذا و متعاقب آن هزینه تولید را کاهش می­دهد. درک و فهم پایه­ای از فلاکه شدن توده­ای بسیار ضروری است و می­تواند در بهینه سازی تجربیات مؤثر باشد. ارگانیسم­های موجود در فلاک ها حتی از فیتوپلانکتون­ها بهتر و سریع­تر خورده، هضم و جذب می­شوند که با توجه به تشکیل توده­های فلاک در سیستم­های آبزی پروری غیر متراکم و یا متراکم به ترتیب با نسبت وزنی 1/0 تا ۱۰ گرم در هر متر مکعب، از مزیت بالایی برخوردارند.

سیستم بیوفلاک

بیوفلاک به ذرات ماکروسکوپی متشکل از باکتری ها، دیاتومه ها، جلبک، ذرات غذایی و ارگانیسم­های مرده گفته می شود. بیوفلاک­ها در سیستم­های پرورشی دو نقش اساسی ایفا می کنند.

۱- حفظ کیفیت آب به کمک جذب ترکیبات نیتروژن­دار و در نتیجه کاهش نیاز به تعویض آب تا نزدیک به صفر درصد،

۲- تولید پروتئین میکروبی قابل مصـرف بـرای آبزی (کاهش ضریب تبدیل غذایی).

در این سیستم با تولید باکتری­های بیوفلاک درون استخرهای پرورشی و ایجاد بیومس باکتریایی، مواد زائد ناشی از فضولات و غذاهای خورده شده باز جذب یا حذف می­شوند. به عبارتی دیگر در این سیستم به کمک اضافه کردن مقدار مشخصی مواد کربوهیدراتی به آب نسبت کربن به نیتروژن افزایش می­یابد و در یک تعادل مناسب قرار می­گیرد. در این روش جذب نیتروژن و عمل کاهش آمونیاک بسیار سریع­تر از روش نیتریفیکاسیون (مورد استفاده در سیستم­های مداربسته) انجام می گیرد؛ به این دلیل که سرعت رشد و تولید بیومس میکروبی برای باکتری­های هتروتروف حدود ۱۰ برابر بیشتر از باکتری های نیتریفیکاسیون کننده یا اتوتروف­ها می­باشند.

مزایای استفاده از سیستم بیوفلاک

تغذیه

تلاش تکنولوژی بیوفلاک در جهت کاهش تعویض آب استخرهای پرورشی تا حد صفر، هدفی است که محققان به دنبال آن هستند که در کنار ارزش افزوده بیوفلاک در جهت کاهش غذای مصرفی نیز کاملاً چشمگیر می­باشد. تغذیه یکی از مهمترین ارکان آبزی پروری است که با تأمین پودر و روغن ماهی به عنوان دو نهاد اصلی غذایی، اسیدهای آمینه و چرب ضروری به خوبی تأمین شده است. برآورد شده است که در هر ۵-۱ کیلوگرم ماهی صید شده از آب­های آزاد، یک کیلوگرم ماهی پرورشی زنده تولید می­شود. بدیهی است که این روش غیرمسئولانه و ناپایدار است و استفاده از جایگزین­ها و زی­توده­های جدید (ریز جلبک­ها و باکتری­های هتروتروف) که می­توانند در پساب غنی از مواد غذایی آب خروجي آبزی پروری به راحتی کشت داده شوند، یکی از روش­های پیشنهادی برای تولید پایدار و مسئولانه خواهد بود. از ایــن زی­توده جدید به عنوان غذای آلترناتیو استفاده میشود از این منظر ترکیب غذایی بیوفلاک نقش مهمی در اقتصاد و سلامتی تولید خواهد داشت.

کاهش هزینه­های تولید

به نظر می­رسد استفاده از بیوفلاک در آبزی پروری از ۱/۱ تا 2/0 یورو به ترتیب در روشهای معمول آبزی پروری و روش استفاده از فیلترهای شنی، کاهش هزینه­های تولید را به همراه داشته باشد. از طرف دیگر می­تواند ۵۰-۴۰ درصد هزینه­های غذا را نیز بپوشاند. Crab در سال ۲۰۱۰ اظهار داشت با استفاده از سیستم بیوفلاک جهت پرورش آبزیان می توان ۲۰-۱۰ درصد هزینه­های تولید را کاهش داد.

ایمنی زیستی

با توجه به افزایش جمعیت، روش متراکم پرورش آبزیان و بالا بردن بازدهی تولید یکی از اهداف مهم صنعت آبزی پروری است. با این حال این سیستم خطر ابتلا به عوامل بیماری­زا را افزایش می­دهد و پیشگیری از بروز این عوامل نقش مهمی اقتصاد آبزی پروری دارد. استفاده از آنتی بیوتیک­ها باعث مقاومت بسیاری از باکتری­های بیماری­زا می­شود. علاوه بر این، آنتی بیوتیک­ها تأثیر طولانی مدت در کنترل عوامل بیماری­زا را ندارند. طبق مطالعات Crab در سال ۲۰۱۰، قابلیت بیوفلاک جهت مقابله با عوامل بیماری­زا در مقایسه با دیگر سیستم های پرورش آبزیان، بیانگر موفقیت این فناوری در صنعت آبزی پروری است در تحقیقی بالاترین تلفات پس از رویارویی با باکتری بیماری­زای Aeromonas hdrophila در ماهیان گروه شاهد ثبت گردید، در حالیکه سایر تیمارها که از بیوفلاک استفاده شده بود تلفاتی مشاهده نشد. عوامل مختلفی می­تواند در کاهش میزان تلفات ماهیان تیمارهای مطالعه شده در این سیستم دخالت داشته باشند، از جمله کاهش ورود عوامل خارجی در آب، عوامل بیماری­زا، کاهش تغییرات محیطی، وجود عوامل پروبیوتیکی، برخی مواد مغذی تقویت کننده سیستم ایمنی ماهی.

پرورش آبزیان با حداقل تبادل آب

گزارشات حاکی از آن است که در سیستم آبزی پروری به طور میانگین ۲۵ درصد (۱۱ تا ۳۶ درصد) از نیتروژن مصرف شده به بیوماس ماهی تبدیل می­شود و باقیمانده به شکل آمونیاک و نیتروژن آلی در مدفوع و غذای نخورده شده از دست می­رود. تجمع آمونیاک در سیستم آبزی پروری برای ماهی سمی بوده و غلظت بالای آمونیاک می تواند باعث افزایش تلفات، کاهش رشد و انواع اختلالات فیزیولوژیکی در ماهی گردد. لذا جهت حفظ کیفیت آب و کنترل مواد دفعی نیتروژنی در بیشتر سیستم­های آبزی پروری، تبادل آب استخر پرورشی با آب تازه صورت می­گیرد که این تبادل آب، مشکلات زیست محیطی و هزینه­های بالای پمپ کردن به منظور برگشت آب را به همراه دارد. میزان تبادل آب از ۲۵۰ درصد در روز برای سیستمهای گسترده تا ۲ الی ۱۰ درصد در روز برای سیستم متراکم متغیر است. تأثیرات منفی سیستم پرورش آبزیان بر محیط زیست، زمینه را برای توسعه سیستم­های آبزی پروری با حداقل تبادل آب ایجاد کرد. با کاهش یا عدم تبادل آب علی الخصوص در سیستم بازگردشی (RAS) رهاسازی مواد مغذی و عوامل بیماری­زا به محیط آبی کاهش یا حذف خواهد شد. سیستم بیوفلاک یک نوع منحصر به فرد از سیستم بازگردشی آب می­باشد که جمعیت میکروجلبک های معلق، باکتری های اتوتروفیک و هتروتروفیک را در سیستم پرورش با آب محدود حفظ می­کند. سیستم بیوفلاک اثرات سودمند و مهمی روی سیستم­های پرورشی مانند بهبود کیفیت آب از طریق حذف ترکیبات نیتروژنی سمی (آمونیاک و نیتریت)، بهبود مصرف غذایی و عملکرد رشد آبزیان از طریق تولید طبیعی ایجاد می­کند که شامل مصرف فتواتوتروفیک توسط جلبک­ها، تبدیل نیتروژن آمونیاکی بـه نیتروژن نیتراتی توسط باکتری­های شیمیواتوتروفیک و هضم مستقیم نیتروژن آمونیاکی و تبدیل آن به بیوماس باکتریایی توسط باکتری­های هتروتروفیک می­باشد.

شرایط مناسب برای عملکرد بیوفلاک

هوادهی و جابجایی آب

حرکت آب در سیستم­های بیوفلاک بسیار مهم و ضروری است. جابجایی و حرکت آب برای معلق نگه داشتن ذرات مهم و ضروری است، زیرا اگر ذرات بیوفلاک ته­نشین شوند بخش­های بی­هوازی در میان لجن­های کف ایجاد می­شود که می­تواند تولید آمونیاک، متان و سولفید هیدروژن کند. حفظ اکسیژن محلول نیز از موارد مهم و اساسی در عملکرد درست این سیستم است. چگالی آب در حالت هوادهی و وجود حباب­های هوا در ستون آب، کمتر از حالت ساکن (بدون هوادهی) است. این امر باعث کشش آب از کف به سطح می شود تا از رسوب و لایه بندی آب جلوگیری شود. در این سیستم اکسیژن­دهی و جابجایی آب به صورت توأم و با تجهیزات مشابه حاصل می­شود.

کنترل مواد معلق

میزان مواد جامد معلق در سیستم بیوفلاک از جمله پارامترهای مهم و ضروری در حفظ و کنترل شرایط پرورشی است. در این سیستم به دلیل ورود حجم زیادی از مواد غذایی و کربوهیدراتی و به دنبال آن تولید ذرات بیوفلاک و تعویض حداقلی آب، مقدار مواد جامد معلق به سرعت افزایش می­یابد. در پرورش میگو mg/lit ۵۰۰ – ۳۰۰ مواد معلق برای جذب آمونیاک و جلوگیری از مصرف بیش از حد اکسیژن مناسب است. برای اندازه گیری تقریبی این مقدار در مزارع معمولاً از قیف­های مدرجی به نام ایمهوف با استفاده از استوانه مدرج استفاده می­شود.

روش­های استفاده از بیوفلاک

امروزه استفاده از بیوفلاک در سیستم­های آبزی پروری به دو روش مستقیم و غیرمستقیم انجام می­گیرد. در حالت مستقیم، نیتروژن وارد شده به آب از طریق غذا و مدفوع به عنوان منبع نیتروژن و با افزودن کربن مورد نیاز به آب استخر، توده بیوفلاک در همان استخر پرورشی تشکیل می­شود و به طور مستقیم سبب بهبود کیفیت آب می شود. این روش بیشتر برای پرورش به روش نیمه متراکم کاربرد دارد. استفاده از بیوفلاک در حالت غیر مستقیم بیشتر برای روشهای متراکم و فوق متراکم کاربرد دارد و در این حالت، توده­های بیوفلاکی در یک مخزن مجزا از مخازن پرورشی تولید و سپس در دسترس آبزی قرار داده می­شود.

گونه­های پرورشی مناسب برای سیستم بیوفلاک

مناسب­ترین گونه برای پرورش در چنین سیستمی گونه­هایی هستند که تحمل مقادیر بالایی از مواد معلق جامد و همچنین قابلیت تغذیه مستقیم از مواد معلق جامد و همچنین قابلیت تغذیه مستقیم از ذرات بیوفلاک را داشته باشند. گونه­هایی مانند میگو و تیلاپیا از نظر فیزیولوژیکی توانایی سازگاری در این سیستم و قابلیت تغذيه و جذب پروتئین میکروبی را دارا هستند در حال حاضر تمام سیستم­های بیوفلاک در دنیا در حال پرورش میگو و کپور هستند.

بیوفلاک در پرورش میگوهای دریایی

در پرورش میگوهای دریایی بخش عمده­ای از نیتروژن و کربن موجود در جیره غذایی یا قبل از تغذیه یا از طریق مدفوع میگو، به آب وارد شده که سبب برهم زدن کیفیت آب استخر یا مخزن خواهد شد. با استفاده از فناوری بیوفلاک و تنظیم نسبت کربن به نیتروژن با تشکیل توده­های زیستی بیوفلاک، این توده مورد مصرف میکروارگانیسم­ها قرار می­گیرند و این میکروارگانیسم­ها به صورت توده پروتئینی مورد استفاده میگو و سایر آبزیان قرار می­گیرد نسبت مناسب کربن به نیتروژن برای گسترش و رشد توده­های بیوفلاک حدود ۱۰ بیان شده است. این نسبت در جیره غذایی میگو با پروتئین ۳۵-۳۰ درصد حدود ۱۰ می­باشد که این نسبت برای رشد توده بیوفلاک بسیار مناسب خواهد بود. در مورد میگوی وانامی تا ۲۹ درصد مصرف روزانه آب و غذای میگو در مرحله پیش پرواری می­تواند از توده بیوفلاک تأمین شود. تحقیقات نشان داده است که حضور بیوفلاک در سیستم­های پرورش میگو، رشد میگوی وانامی را تا ۱۵ درصد افزایش و ضریب تبدیل غذایی را تا ۴۰ درصد کاهش می­دهد.

بیوفلاک در پرورش ماهی تیلاپیا

امروزه تیلاپیا که به مرغ آبزی معروف شده است، در بسیاری از کشورهای جهان کشت می شود و از نرخ رشد سریعی برخوردار است. این نرخ رشد در سالهای آینده نیز ادامه­دار خواهد بود. از طرف دیگر بیش از ۵۰ درصد هزینه­های تولید به غذا بر می گردد؛ بنابراین رسیدن به آبزی پروری پایدار به شدت به منابع غذایی و مدیریت وابسته است. قطعاً این پایداری به دست نخواهد آمد، مگر آنکه از سهم ماهیان صید شده به عنوان پودر ماهی در غذای آبزیان پرورشی کاسته شود. از آنجاکه استفاده از سیستم آبزی پروری در استخرهای خاکی به ویژه در کشورهای در حال توسعه رایج است، بهره گیری از تکنولوژی بیوفلاک می­تواند بسیاری از مشکلات این صنعت را مرتفع نماید. در مورد ماهی تیلاپیا با بکار بردن بیوفلاک حجم تولید محصول ماهی ۳۰-۲۰ کیلوگرم در هر مترمکعب خواهد بود. بدیهی است کـه نیاز به غذادهی افزایش یافته و تا ۵۰۰ گرم در هر مترمکعب در روز خواهد رسید. در مورد پرورش متراکم تیلاپیا تا ۱۵۵ تن ماهی در هکتار طی یک مرحله تولید گزارش شده است. در کنار افزایش تولید، کاهش FCR و کاهش پروتئین در جیره نیز بدست آمده است. همچنین اثر بیوفلاک در بهبود کیفیت آب برای تیلاپیا در شرایط سرد زمستان نیز ثابت گشته است.

بیوفلاک در پرورش کپور معمولی

با استفاده از بیوفلاک در پرورش کپور معمولی مصرف غذا حدود ۵۰ درصد و مصرف آب حدود ۹۹ درصد کاهش می­یابد و میزان تعویض آب روزانه را حداقل ۱ درصد گزارش کرده­اند. مطالعات نشان داده که برای تولید هر کیلوگرم ماهی در سیستم بیوفلاک به طور متوسط ۲۰۱ لیتر در کیلوگرم آب تازه نیاز است. بیوفلاک نقش مهمی در کاهش میزان مصرف آب ایفا می­کند بطوریکه کاهش حدود ۵۰ درصدی در تحقیقات انجام شده مشاهده شده است. در مجموع با توجه به اثرات مثبت استفاده از بیوفلاک از جمله کاهش مصرف آب، زمین و غذا، کاهش اثرات زیان بار تخلیه آب در آبزی پروری در محیط زیست، افزایش مقاومت آبزیان در مقابل عوامل بیماری­زا می­توان استفاده از این سیستم را برای پرورش متراکم ماهی کپور معمولی توصیه نمود.

فرصت­های استفاده از سیستم بیوفلاک در ایران

در کشور ما استفاده از فناوری بیوفلاک در مقیاس تجاری انجام نگرفته است اما پتانسیل­ها و فرصت­های قابل توجهی برای بهره­گیری از این سیستم در کشور وجود دارد. از جمله آن امکان استفاده از این تکنیک در پرورش میگوی وانامی در آب­های لب­شور داخلی و زمین­های شور و بایر موجود در کشور است. به دلیل ویژگی­های منحصر به فرد سیستم بیوفلاک مانند نیاز به تراکم بالا و کاهش خطر ورود بیماری­ها، می­توان آب­های لب شور داخلی را به عنوان یکی از فرصت­های قابل توجه در پرورش گونه وانامی دانست. همچنین به دلیل گسترش پرورش میگو در استان گلستان و توجه به ضرورت پیشگیری از بروز بیماری­ها و اثرات مخرب زیست محیطی در بخش شمالی کشور، استفاده از روش­های حداقل تعویض آب اجتناب­ناپذیر است؛ تکنیک بیوفلاک قادر است این نگرانی­ها را برطرف کند. از طرفی دیگر این سیستم می­تواند به عنوان یکی از راهکارهای مؤثر و راهبردی برای امکان پرورش ماهی تیلاپیا در کشور باشـد. بـه دلیل نگرانی از خطرات زیست محیطی ماهی تیلاپیا و امکان ورود این گونه به منابع آبی مانند رودخانه­ها و دریاچه­ها،پرورش این گونه در مناطق دوردست به صورت کاملاً کنترل شده و بدون تعویض آب با بهره­گیری از این روش امکان­پذیر است. این فناوری همچنین می­تواند در ارتقا کیفی و کمی پرورش ماهیان گرمابی در استان­های شمالی و جنوبی کشور مؤثر باشد.