循環式養殖システムにおける淡水魚の成長性能と水質管理技術
水産養殖産業の継続的な強化と環境保護要件の厳格化に伴い、従来の水産養殖モデルは環境汚染、水資源の浪費、製品品質の低下などの多くの問題に直面しています。新しいタイプの養殖法である循環型養殖システム（RAS）は、節水、土地の節約、高い飼育密度、環境制御性、放水量の削減などの利点を持っています。これは、循環経済、省エネルギー、排出削減に対する現在の国家戦略の要求と一致しており、水産養殖産業の変革と発展の重要な方向性を示しており、現代漁業の持続可能な発展にとって重要なモデルとなっています。 RASでは、養殖水を物理ろ過、生物浄化、曝気、消毒などを経て循環させるため、魚の成長に適した水質条件を継続的に維持するシステムが必要です。魚類の生存に直接関わる環境である水質の各種パラメータの変動は、魚類の生理機能や代謝効率、耐病性などに直接影響を及ぼし、最終的には成長性能の違いとして現れます。したがって、-RAS における水質管理と淡水魚の成長パフォーマンスの間の本質的な関係を深く調査することは、水産養殖の効率を改善し、健全な産業の発展を促進するために理論的かつ実践的に重要です。
1 循環型養殖システムの概要
循環型養殖モデルは、養殖水を物理的、化学的、生物的濾過処理を経て再循環させる養殖法です。循環型養殖技術の研究は海外で早くから始まっていた。 1960 年代に、米国、オランダ、デンマークなどの国々が関連する研究を開始しました。米国では主にニジマス、シマバス、クロシーバスの養殖に使用されていました。オランダでは主にヨーロッパのウナギとアフリカのナマズに使用されました。デンマークの循環水産養殖プロセス システムは、主にニジマスの生産に使用される屋外半密閉システムでした。{4}}
中国は1980年代に外国の循環式養殖技術と施設を導入した。投資コストと運営コストが高いため、導入された施設のほとんどはすぐに放棄されました。 1988 年、中国水産科学院の漁業機械器具研究所は、西ドイツの技術を活用して、中国初の循環式養殖生産工場を設計、建設しました。近年、Qu Keming などの中国の学者は、さまざまな種類の養殖企業のさまざまなニーズに基づいて、高、中、低レベルの循環式養殖技術モデルを提案し、沿岸地域でそれを推進しました。{5}黒竜江省漁業技術普及ステーションのLiu Bo氏は、「コンテナ」循環型養殖技術とモデルを提案した。華中農業大学の何徐剛教授は、池の「放流量ゼロ」で環境に優しく効率的な「飼育」水産養殖モデルを提案しました。
循環式養殖モデルは主に「レースウェイ型」「コンテナ型」「キャプティブ型」などのタイプに分かれます。 「レースウェイ」水産養殖モデルを例にとると、これはフロースルータンク、廃棄物収集エリア、曝気施設、分流施設、浄化エリア、湿地、その他のコンポーネントで構成されています。-小さな-水-体水-押し水産養殖エリアは長方形のタンクで構成され、池の面積の 2%～5% を占めます。近年、家庭用流通タンクの仕様は一般的に長さ 20 m、幅 4 m、高さ 2.5 m で、水域 6670 平方メートルあたり 1 ～ 2 個のタンクが設置されます。中心となるコンポーネントは水圧式曝気装置です-。初期のバージョンでは、水を押し出すためにインペラ装置を使用し、酸素化のために曝気装置を使用していましたが、現在ではほとんどが送風機、微多孔性曝気チューブ、バッフルで構成されるエアリフト装置を使用しています。{19}}一般に、容量 10 m3 の 2 つの相互接続された水中廃棄物収集タンクが 3 つのタンクごとに構築され、培養エリアから廃棄物を収集するためにフロースルータンクの後端に配置されます。-広い-水域-の生態浄化エリアは池の面積の95%～98%を占めており、分水堤と水深は2mを超えています。この地域では主に濾過魚の養殖が行われており、水生植物の被覆率は浄化区域の 20%～30% に制御されています。{30}外輪曝気装置、羽根車曝気装置、造波機などが備えられており、必要に応じて微生物製剤が添加される。
2 循環式養殖モデルが淡水魚の成長性能に及ぼす影響
2.1 成長率
循環水産養殖モデルは、淡水魚に比較的安定した成長環境を提供することができ、成長率の向上に役立ちます。従来の池養殖では、水質は気温や降雨量などの外部環境に大きく影響され、水質変動が起こりやすく、魚の成長に影響を与える可能性があります。循環式養殖モデルでは、水質管理システムにより水温、溶存酸素、pH値などの水質パラメータを比較的安定に維持することができ、魚にとって適切な生育条件を作り出します。たとえば、「レースウェイ」水産養殖モデルでは、フロースルー タンク内の水の流速は、水押しエアレーション装置によって調整できます。-適切な流速により魚の動きを促進し、体力を向上させ、餌の摂取量を増やし、成長を促進します。
2.2 飼料利用率
循環式養殖モデルは淡水魚の飼料利用率を向上させることができます。従来の水産養殖では、飼料を分配した後、一部の飼料は消費されずに底に沈み、廃棄物の原因となります。一方、底に沈んだ餌は分解されて有害物質を生成し、水質に影響を与えます。循環式養殖モデルでは、水流の効果により餌が水中に分散しやすくなり、魚が食べやすくなり、餌の無駄が減ります。また、循環式養殖システムのバイオフィルターなどの処理装置により、養殖水中の残留飼料や糞便などの有機物を除去し、水中のアンモニア態窒素や亜硝酸性窒素などの有害物質の含有量を低減します。これにより、これらの有害物質による魚の消化吸収機能への影響が軽減され、飼料利用率が向上します。
2.3 製品の品質
循環式養殖モデルは淡水魚の品質向上に貢献します。従来の養殖では、魚は寄生虫や細菌などの病原体に感染しやすく、病気の発生や製品の品質に影響を与えます。循環水産養殖モデルでは、水質管理や消毒などの対策により、水中の病原菌の数を効果的に減らし、魚の病気のリスクを下げることができます。同時に、循環型養殖モデルにおける比較的クリーンな魚の生育環境により、泥臭さなどの不快な臭気の発生が低減され、製品の味と品質が向上します。
循環水産養殖モデルにおける水質管理の 3 つの主要なパラメーターと方法
3.1 主要なパラメータ
3.1.1 溶存酸素
溶存酸素は魚の成長に影響を与える重要な水質パラメータの 1 つです。魚は成長中に呼吸のために十分な酸素を必要とします。溶存酸素が不足すると、成長の遅れ、免疫力の低下、さらには死に至る可能性があります。一般に、再循環水産養殖システム内の溶存酸素は 5 mg/L 以上に維持する必要があります。
3.1.2 アンモニア性窒素
アンモニア態窒素は養殖水中の主要な汚染物質の 1 つであり、主に魚の排泄物や残留飼料の分解に由来します。アンモニア態窒素は魚にとって非常に有毒で、えら組織、神経系、免疫系に損傷を与え、成長と生存に影響を与えます。循環水産養殖システム内のアンモニア態窒素濃度は 0.5 mg/L 未満に制御する必要があります。
3.1.3 亜硝酸性窒素
亜硝酸性窒素は、アンモニア性窒素の硝化中に生成される中間生成物であり、一定の毒性を持っています。亜硝酸態窒素は魚の血液中のヘモグロビンと結合し、酸素運搬能力を低下させ、魚の低酸素症と窒息を引き起こします。-循環水産養殖システム内の亜硝酸態窒素濃度は 0.1 mg/L 未満に制御する必要があります。
3.1.4 pH値
pH値は水の酸性・アルカリ性を反映する重要な指標であり、魚の成長や生理機能に大きな影響を与えます。循環水産養殖システムの pH 値は 7.0 ～ 8.5 の間に制御する必要があります。
3.2 水質管理方法
3.2.1 物理的制御
物理的管理には主にろ過、沈殿、曝気などの対策が含まれます。ろ過は、水から浮遊物質や粒子状物質を除去する効果的な方法です。一般的に使用される濾過装置には、マイクロスクリーンフィルターや砂フィルターが含まれます。沈殿法では、重力を利用して水中の固体粒子を底に沈降させ、水質を浄化します。エアレーションは水中の溶存酸素を増やす重要な手段です。一般的に使用される曝気装置には、ブロワー、外輪曝気装置、羽根車曝気装置などがあります。
3.2.2 化学物質の管理
化学的管理では、主に水に化学物質を添加して水質を調整します。例えば、水中のアンモニア態窒素および亜硝酸態窒素の濃度が高すぎる場合、硝化細菌製剤を添加して硝化反応を促進し、アンモニア態窒素および亜硝酸態窒素の含有量を減らすことができます。水の pH 値が低すぎる場合は、生石灰を適用して pH 値を上げることができます。
3.2.3 生物学的制御
生物的管理では、微生物や水生植物などの生物を利用して水質を浄化します。微生物は水中の有機物を分解し、アンモニア態窒素や亜硝酸態窒素などの有害物質を無害な物質に変えることができます。一般的に使用される微生物製剤には、光合成細菌、バチルス属、硝化細菌などがあります。水生植物は、水中から窒素やリンなどの栄養素を吸収して富栄養化の発生を軽減するとともに、魚に生息地や日よけを提供します。一般的な水生植物には、ホテイアオイ、アリゲーターウィード、エロデアなどがあります。
4 循環型養殖モデルにおける淡水魚の成長性能と水質管理の相関関係
4.1 溶存酸素と増殖性能
水中の溶存酸素が十分であれば、魚は呼吸が正常に機能し、新陳代謝が活発になり、餌の摂取量が増え、成長速度が速くなります。逆に新陳代謝は低下し、成長率は低下します。循環水産養殖モデルでは、合理的なエアレーション対策により水中の溶存酸素レベルを安定に維持し、魚に良好な呼吸環境を提供し、成長と発育を促進します。
4.2 アンモニア性窒素、亜硝酸性窒素と増殖性能
アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素は養殖水中の有毒物質で、魚の成長や生存に重大な悪影響を及ぼします。高濃度のアンモニア態窒素は魚のえら組織に損傷を与え、呼吸機能に影響を与えます。また、魚の神経系や免疫系にもダメージを与え、病気への抵抗力を低下させます。循環水産養殖モデルでは、バイオフィルターなどの処理装置によりアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素を水から速やかに除去し、魚への毒性影響を軽減し、魚の健全な成長を確保します。
4.3 pH値と増殖性能
pH値は魚の成長と生理機能に重要な影響を与えます。魚種が異なれば、pH値の適応範囲も異なります。循環式養殖モデルでは定期的に水のpH値を検査し、検査結果に基づいて適切な調整措置を講じます。
5 循環型養殖モデルの開発動向と課題
5.1 インテリジェントかつ精密な開発の方向性
モノのインターネット、ビッグデータ、人工知能技術の発展に伴い、循環水産養殖モデルはインテリジェンスと精度を目指して進化しています。オンライン水質モニタリング、自動給餌、機器制御などのシステムを統合することで、培養環境のリアルタイム調整と生産プロセスの自動管理を実現できます。{1}
5.2 低炭素環境保護と持続可能な開発の道筋-
循環水産養殖モデルは、節水、エネルギー節約、汚染削減を通じて、低炭素環境保護と持続可能な開発の要件を満たしています。{0}今後の取り組みでは、水処理プロセスをさらに最適化し、エネルギー消費とコストを削減し、システムの安定性と操作性を向上させる必要があります。たとえば、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー源を電力供給に使用することで、炭素排出量を削減できます。微生物燃料電池技術を使用すると、廃水中の有機物のエネルギー利用を実現し、統合された「水産養殖-エネルギー-環境保護」システムを構築できます。
5.3 課題と対策
現在の循環水産養殖モデルは、多額の投資、技術的な複雑さ、高度な管理要件などの課題に依然として直面しています。システム構築コストや運用コストを削減するには、技術研究開発と統合イノベーションを強化する必要がある。標準システムと操作仕様を改善し、農家の技術レベルを向上させます。農村地域における循環型水産養殖モデルの適用を促進するための政策支援と財政投資を強化する。
6 結論と展望
循環水産養殖モデルは、合理的な水質管理を通じて、溶存酸素、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、pH 値などの主要な水質パラメータの安定したレベルを維持します。これにより、淡水魚に良好な生育環境が提供され、生育速度、飼料利用率、品質が向上します。現在、循環型養殖モデルの実用化においては、養殖槽の構造が流体力学特性に与える影響による廃棄物回収効率の悪さや、バイオフィルターの処理効率が不安定であるなどの課題が残されています。今後の研究では、培養タンクの構造をさらに最適化し、廃棄物の収集効率を向上させる必要があります。バイオフィルターの処理効率を向上させるため、バイオフィルムの成長制御と水循環の最適化に関する研究を強化する。同時に、インテリジェントなテクノロジーを組み合わせて水質パラメータのリアルタイム監視と自動制御を実現し、循環型養殖モデルの科学的かつ正確な性質をさらに強化し、淡水魚養殖産業の持続可能な発展を促進します。-