مقایسه بازدهی و روند نیتریفیکاسیون در سیستم آکواپونیک با بکارگیری دو نوع بستر کشت گیاهی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

2 استاد گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

3 دانشیار گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

4 مربی گروه علوم پایه، دانشکده اقتصاد و مدیریت، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

چکیده

بازدهی و روند نیتریفیکاسیون سیستم آکواپونیک در مقیاس آزمایشگاهی با بکارگیری دو نوع بستر کشت گیاهی شامل بستر کشت شناور و سیستم نوار غذایی در واحدهای مجزای آکواپونیک به مدت 8 هفته مورد ارزیابی قرار گرفت. بچه ماهیان کپور معمولی (Cyprinus carpio) با میانگین وزن اولیه 06/0±34/9 گرم و تراکم 300 عدد در هر متر مکعب آب مخازن پرورشی و گیاه نعناء معمولی (Mentha spicata) به تعداد 6 نشاء در هر بستر کشت گیاهی و هر سیستم با 3 تکرار آزمایشی در یک واحد گلخانه‌ای تیماربندی گردید. شاخص‌های کیفی آب شامل نیترات، آمونیاک و pH در پایان هر 8 هفته آزمایش اندازه‌گیری و مقایسه شد. در هفته چهارم آزمایش میزان pH در تکنیک کشت شناور به طور معناداری بالاتر از سیستم نوار غذایی بود (p <0.01). در تمامی هفته‌های آزمایش تفاوت معنی‌داری بین دو نوع سیستم اکواپونیک در میزان آمونیاک ثبت نگردید (P>0.05). شاخص نیترات در هر دو نوع سیستم آکواپونیک، از پایان هفته سوم تا پایان هفته چهارم روند افزایشی و پس از آن روندی متعادل و نوسانی تا پایان دوره از خود به نمایش گذاشت. همچنین میزان نیترات در سیستم نوار غذایی مقادیر بالاتری نسبت به بستر کشت شناور در هفته‌های چهارم، پنجم، ششم و هشتم به ثبت رسانید. میانگین وزن کل گیاه تولیدی در بستر کشت شناور مقادیر بالاتری نسبت به سیستم نوار غذایی به ثبت رسانید. بر اساس نتایج حاصل از تحقیق، استفاده از بستر کشت شناور به دلیل کارایی بهتر سیستم‌های آزمایشی و عملکرد بهتر رشد ماهی و گیاه نعناء توصیه می شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of efficiency and nitrification process in an aquaponic system using two types of hydroponic subsystems

نویسندگان [English]

  • Kaveh Taghipoor 1
  • Vahid Yavari 2
  • Preeta Kochanian 2
  • Seyed Mohammad Mousavi 3
  • Mohammad Zakeri 3
  • Hossein Pasha-Zanoosi 4
1 1Ph.D. Student, Dept. of Fisheries, Faculty of Marine Natural Resources, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran
2 2Professor, Dept. of Fisheries, Faculty of Marine Natural Resources, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran,
3 Associate Prof., Dept. of Fisheries, Faculty of Marine Natural Resources, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran,
4 Lecturer, Dept. of Basic Sciences, Faculty of Economics and Management, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran
چکیده [English]

The efficiency and nitrification process in a lab-scale aquaponic system using two different hydroponic subsystems including the deep water culture (DWC) and nutrient film technique (NFT) were evaluated for 8 weeks. Common carp juveniles (Cyprinus carpio- average initial weight of 9.34 ± 0.06g at a density of 300 juveniles per m3 in fish culture tanks) and mint (Mentha spicata- 6 plants in each hydroponic subsystem) were cultured in triplicates in a green house facility. Water quality parameters such as pH, nitrate and ammonia levels were measured and compared at the end of every week. In the fourth week of the experiment, the pH of the DWC system was significantly higher than in the NFT (p < 0.01). Ammonia levels did not show any significant difference between the two types of aquaponic systems during the experiment (P> 0.05). In both systems, nitrate values showed an increasing trend from the third week to the end of the fourth week, followed by limited fluctuation until the end of the experiment. The nitrate levels in the NFT system were higher in the fourth, fifth, sixth and eighth week . The average total weight of the mint plant in the DWC was higher than that in the NFT system. Based on the results, the use of the DWC is recommended due to the better efficiency of the experimental culture system and better growth performance of fish and mint plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aquaponic
  • Hydroponic
  • Common carp (Cyprinus carpio)
  • Mint (Mentha spicata)
  • Nitrification
APHA. 2005. Standards Methods for the examination of Water and Waste water, 21st Edn. Washington D.C.
Buzby, K.M., and Lin, L.S. 2014.Scaling aquaponic systems: Balancing plant uptake with fish output. Aquacultural Engineering. 63: 39-44.‏
Buzby, K.M., Waterland, N.L., Semmens, K.J., and Lin, L.S. 2016. Evaluating aquaponic crops in a freshwater flow-through fish culture system. Aquaculture. 460: 15-24.
Cerozi, B.D.S., and Fitzsimmons, K. 2016. Use of Bacillus spp. to enhance phosphorus availability and serveas a plant growth promoter inaquaponics systems. Scientia Horticulturae. 211: 277-282.‏
Colt, J., and Tchobanoglous, G. 1976. Evaluation of the short-term toxicity of nitrogenous compounds to channel catfish, Ictalurus punctatus. Aquaculture. 8: 3. 209-224.‏
Denstadli, V., Skrede, A., Krogdahl, Å., Sahlstrøm, S., and Storebakken, T. 2006. Feed intake, growth, feed conversion, digestibility, enzyme activities and intestinal structure in Atlantic salmon (Salmo salar L.) fed graded levels of phytic acid. Aquaculture. 256: 1. 365-376.‏
Frincu, M., Dumitrache, C., Cimpeanu, P.C., and Mihal, L.P.C. 2016. Study Regarding nitrification in experimental aquaponic system. J. Young Scientist.4: 27-32.‏
Goddek, S., Joyce, A., Kotzen, B., and Burnell, G.M. 2019. Aquaponics Food Production Systems: Compined Aquaculture and Hydroponic Production Technology for the Future. Springer, Berlin/Heidelberg, Germany, 619p.
Graber, A., and Junge, R. 2009. Aquaponic systems: nutrient recycling from fish wastewater by vegetable production. Desalination. 246: 147-156.
Graves, C.J. 1983. The nutrientfilm technique. Horticultural reviews.5: 1. 1-44.‏
Harmon, T. 2001. A look at filtration in aquaponic systems: bead filters. Aquaponic. J. 5: 3. 16-19.‏
King, C.E. 2005. Integrated agriculture and aquaculture for sustainable food production. Ph.D. Dissertation, The University of Arizona. UMI, AnnHarbor, MI, 87p.
Lennard, W.A., and Leonard, B.V. 2006.A comparison of three different hydroponic sub-systems (gravel bed, floating and nutrient film technique) in an Aquaponic test system. Aquaculture International. 14: 6. 539-550.‏
Nuwansi, K.K.T., Verma, A.K., Rathore, G., Prakash, C., Chandrakant, M.H., and Prabhath, G.P.W.A. 2019. Utilization of phytoremediated aquaculture wastewater for production of koi carp (Cyprinus carpio var. koi) and gotukola (Centella asiatica) in an aquaponics. Aquaculture. 507: 361-369.‏
Ødegård, J., Olesen, I., Dixon, P., Jeney, Z., Nielsen, H.M., Way, K., Joiner, C., Jeney, G., Ardo, L., Ronyai, A., and Gjerde, B. 2010. Genetic analysis of common carp (Cyprinus carpio) strains. II: Resistance to koi herpesvirus and Aeromonas hydrophila and their relationship with pond survival. Aquaculture. 304: 1-4. 7-13.‏
Rakocy, E.R., Masser, M.P., and Losordo, T.M. 2006. Recirculating aquaculture tank production systems: aquaponics-integrating fish and plant culture. SRAC Publication, 454: 1-16.
Randall, D.J., and Wright, P.A. 1989. The interaction between carbon dioxide and ammonia excretion and water pH in fish. Can. J. Zool. 67: 12. 2936-2942.
Roosta, H.R., and Ghorbani, F. 2011. Investigation of the growth and development, essential oil and minerals content in two species of mint in hydroponics and aquaponics. J. Sci. Technol. Greenhouse Cul. 2: 7. 19-28.‏
Roosta, H.R., and Sajjadinia, A.R. 2010. Investigating physiological characteristics of mint in the Raft aquaponic system and perlite medium. J. Soil Plant Interac. 1: 3. 51-61.
Salam, M.A., Asadujjaman, M., and Rahman, M.S. 2013. Aquaponics for improving high density fish pond water quality through raft and rack vegetable production. World J. Fish Mar. Sci.5: 3. 251-256.‏
Sallenave, R. 2016. Important water quality parameters in aquaponics systems. NM State University, Cooperative Extension Service, College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences.‏
Shete, A.P., Verma, A.K., Chadha, N.K., Prakash, C., Peter, R.M., Ahmad, I., and Nuwansi, K.K.T. 2016. Optimization of hydraulic loading rate in aquaponic system with Common carp (Cyprinus carpio) and Mint (Mentha arvensis). Aquacultural Engineering. 72: 53-57.
Somerville, C., Cohen, M., Pantanella, E., Stankus, A., and Lovatelli, A. 2014. Small-scale aquaponic food production Integrated fish and plant farming. FAO Fisheries and Aquaculture Technical, Rome. 589p.
Sonneveld, C., and Voogt, W. 2009.Plant nutrition of greenhouse crops. Springer, Dordrecht, 403p.
Tan, C., Sun, D., Tan, H., Liu, W., Luo, G., and Wei, X. 2018. Effects of stocking density on growth, body composition, digestive enzyme levels and blood biochemical parameters of Anguilla marmorata in a recirculating aquaculture system. Turk. J. Fish. Aqua. Sci. 18: 1. 9-16.‏
Wren, S.W. 1984. Comparison of hydroponic crop production techniques in a recirculating fish culture system. MSc thesis, Texas A&M University, Texas, USA.
Yildiz, H.Y., Robaina, L., Pirhonen, J., Mente, E., Domínguez, D., and Parisi, G. 2017. Fish welfare in aquaponic systems: its relation to water quality with an emphasis on feed and faeces-a review. Water. 9: 1. 13.‏
Zhao, Z.G., Xu, Q.Y., Luo, L., Yin, J.S., and Wang, C.A. 2013. Effect of adding carbon source on growth of fish and water quality in Songpu mirror carp (Cyprinus specularis Songpu) pond. J. North. Agric. Univ. 44: 105-112.‏