تأثیر سطوح مختلف بیوفلاک بر کیفیت آب، عملکرد رشد و بازماندگی پست لارو میگوی وانامی (Litopenaeus vannamei)

میگوی سفید اقیانوس آرام (Litopenaeus vannamei) یکی از مهم‌ترین گونه‌های آبزیان دریایی در جهان است (19) که  افزایش مصرف آن باعث شده تا این گونه از نظر مطالعات پژوهشی بیشتر مورد توجه قرار گیرد (29). با افزایش تولید آبزیان مقادیر زیادی از مواد زائد همچون مواد جامد و مواد مغذی که در نتیجه‌ی غذای خورده نشده، مدفوع و اوره و آمونیاک مترشحه از حیوان است وارد اکوسیستم آبی می‌شوند (23). در صورت عدم کنترل صحیح مواد دفعی مسائل زیست محیطی مانند یوتروفیکاسیون  اتفاق می‌افتد (26)، که می‌تواند به‌طور مستقیم باعث ایجاد سمیت برای جانوران آبزی گردد (8).

در سال‌های اخیر، فن‌آوری سیستم بیوفلاک برای به حداقل رسانیدن تخلیه پساب به اکوسیستم آبی، حفظ منابع آب و بهبود امنیت زیستی مزارع پرورش مورد توجه قرار گرفته است (10، 3). در چنین سیستم‌هایی میکروارگانیسم‌ها نقش مهمی در بهبود باروری، چرخه عناصر، کیفیت آب و تغذیه حیوانات دارند (17). دستکاری نسبت کربن به نیتروژن (C:N) برای توسعه سیستم بیوفلاک بوسیله استفاده از منابع کربنی خارجی و یا بالا بردن سطح کربن در غذا انجام می‌شود. پسماندهای کشاورزی- صنعتی حاوی منابع کربن قابل دسترس شامل ملاس، آرد و سبوس گندم، سبوس برنج، ضایعات شالی کوبی، پسماند گلوتن، پسماند مالت، پودر آب پنیر و باگاس و منابع ازت قابل استفاده می‌توان به کنجاله کلزا، کنجاله سویا، بذر گوجه فرنگی، بذر چای، پپتون، ویناس الکل، کازئین و آمونیوم سولفات اشاره نمود. بطور کلی باید توجه داشت که، افزایش نسبت کربن به نیتروژن برای رشد بهینه باکتری‌های هتروتروف ضروری است (12). در چنین سیستم‌هایی حفظ کیفیت آب با جذب ترکیبات نیتروژنی در تولید پروتئین میکروبی و همچنین استفاده از ضایعات کشاورزی جهت کاهش هزینه‌های غذایی بسیار حائز اهمیت است (13).

تحقیقات نشان داده است که همه گونه‌های آبزیان نمی‌توانند در سیستم بیوفلاک عملکرد مناسبی داشته باشند بنابراین آبزیانی که رژیم غذایی فیلتر کنندگی، عادت به همه‌چیزخواری، قابلیت سازگاری دستگاه گوارش به جذب بهتر ذرات میکروبی را دارند نیز مناسب برای استفاده در این سیستم می‌باشند. محققین گزارش دادند که بیوفلاک توانسته عملکرد رشد میگوی مونودون Penaeus monodon (1)، میگوی وانامی Litopenaeus vannamei (27)، میگوی Farfantepenaeus Paulensis (7)، میگوی Marsupenaeus japonicas (30) را افزایش دهد. بطورکلی هدف از این آزمایش، بررسی کیفیت آب، عملکرد رشد و درصد بازماندگی میگوی وانامی پرورش یافته در سیستم بیوفلاک بدون تعویض آب می‌باشد.

مواد و روش کار

تهیه میگو و شرایط آزمایش: برای انجام این پژوهش پست لاروهای میگوی وانامی 14 روزه آماده ذخیره‌سازی در استخرهای خاکی پرورشی از سایت پرورش میگوی گمیشان واقع در استان گلستان تهیه و به آزمایشگاه مهندسی آبزیان دانشگاه گنبد کاووس انتقال یافت. پست لاروها 14 روز مرحله سازگاری با شرایط آزمایشگاهی را طی نمودند. آب با شوری g/l  16/0±10/29 آماده و دمای محیط در محدوده‌ی مناسب حدود  C°64/0±50/27 تنظیم گردید. 15 ظرف پلاستیکی با حجم آبگیری L 40 و تراکم 10 پست لارو در لیتر  ذخیره‌سازی شد. پست لاروها با میانگین وزنی 85/0± 48/7 با ترازوی دیجیتالی با دقت g 0001/0 و میانگین طولیmm 49/0± 23/9 با کولیس دیجیتالی با دقت mm 01/0 اندازه گیری شدند.

تولید بیوفلاک: در مخزن 250 لیتری حجم L 200 بیوفلاک ذخیره‌سازی شد. برای شروع کار، g 40 غذا، 10 مخلوط آرد و سبوس گندم، g50 ملاس چغندر قند، g1 خاک رس و g 1 اوره در آب ریخته و بمدت 10 روز شدیداً هوادهی شد. بعد از آماده سازی مخزن اولیه بیوفلاک، آزمایش آغاز شد و هر یک روز در میان g 10 غذا،  20 گرم سبوس و آرد و  3 ملاس به مخزن جهت تداوم تولید بیوفلاک و به‌منظور حفظ نسبت کربن به ازت حدود 20:1 برای رشد باکتری‌های هتروتروفی اضافه شد (2). آزمایش زمانیکه بیوفلاک (مقدار کل مواد معلق) بیش از mg/l 100 بود شروع شد. بر اساس گزارش ارئه شده توسط Khanjani و همکاران در سال a 2015، شروع آزمایش پست لاروها روزانه 25% وزن بدن و بعد از 2 هفته با افزایش وزن درصد غذادهی به 15% کاهش یافت. غذادهی در 3 وعده با غذای تجاری شرکت هووراش بوشهر (38% پروتئین) انجام شد. برای برآورد میزان بیوفلاک ابتدا یک حجم معین از فلاک تولیدی با 10% رطوبت نیز خشک گردید و بر اساس آن حجم فلاک مصرفی تخمین زده شد. این کار هر 5 روز تکرار می‌گردید. این آزمایش در قالب یک طرح کاملاً تصادفی به‌مدت 28روز در 5 تیمار آزمایشی و هر کدام با 3 تکرار انجام پذیرفت (جدول 1).

معیارهای فیزیکوشیمیایی آب: طی دوره آزمایش، روزانه بین ساعت 7 تا 9 صبح پارامترهای کیفی آب همچون دما و اکسیژن محلول با استفاده از دستگاه اکسیژن‌متر مدل HACH ساخت آمریکا، پی‌اچ آب با استفاده از پی‌اچ‌متر مدل 827 متروم ساخت سوئیس اندازه‌گیری شد. روزهای 14 و 28 آزمایش مقدار آمونیاک کل، نیترات، فسفات، قلیائیت و کدورت آب با استفاده از دستگاه پالین تست فتومتر 7500 ساخت انگلستان اندازه‌گیری شد. برای تعیین میزان مواد جامد قابل ته‌نشین، یک لیتر آب مخزن را به داخل قیف مدرج مخروطی شکل ریخته و به‌مدت 30 دقیقه نگه داشته تا ته‌نشین شود (4). برای اندازه‌گیری کل مواد جامد معلق، ml 100 از آب مخزن را با کاغذ صافی واتمن µ 45/0 فیلتر نموده و در آون در دمای C°103 تا 105 به‌مدت 1 تا 3 ساعت قرار داده تا خشک شود (6).

معیارهای رشد و بازماندگی: جهت بررسی شاخص‌های عملکرد رشد، بدست آوردن بیوماس و محاسبه غذای روزانه در طول دوره آزمایش، زیست سنجی میگوها (وزن و طول) ابتدای دوره و به فاصله هر دوهفته در طول دوره آزمایش انجام شد. درصد بازماندگی بر اساس تعداد میگوهای ذخیره سازی شده در ابتدای آزمایش و تعداد میگوهای باقی‌مانده در انتهای آزمایش محاسبه گردید. 

سرعت رشد طبق فرمول (Wt2–Wt1 / t2–t1)=ا(GR mg)که در آن Wt2: وزن نهایی ماهی (g)؛ Wt1: وزن اولیه ماهی (g)؛ t2–t1: طول دوره آزمایش (روز) می‌باشد.

نرخ رشد ویژه طبق فرمول 100 ×  [LnWt2– LnWt1 / t2–t1] =ا (1- SGR, %  day) است که در آن LnWt2: لگاریتم طبیعی وزن نهایی ماهی (g)؛ LnWt1: لگاریتم طبیعی وزن اولیه ماهی (g)؛ t2–t1: طول دوره آزمایش (روز) می‌باشد.

ضریب تبدیل غذایی طبق رابطه   (FCR = food intake (g) / living weight gain (gثبت گردید که در آن Food intake: غذای خورده شده (g)؛ Living weight gain: وزن بدست آمده (g) می‌باشد.

تجزیه و تحلیل آماری: داده‌ها توسط نرم‌افزار spss 16 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. برای مقایسه میانگین‌ بین تیمارها از آنالیز واریانس یک‌طرفه با استفاده از آزمون چند دامنه دانکن در سطح 5 % استفاده شد. کلیه نمودارها و گراف‌ها در نرم‌افزارExcel  رسم گردید.

نتایج

برخی از پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب شامل درجه حرارت، شوری، پی‌اچ و اکسیژن محلول در جدول (2) آورده شده است. نتایج ثبت شده در این آزمایش نشان داد درجه حرارت، شوری، پی‌اچ و اکسیژن محلول در بین تیمارهای مختلف تفاوت معنی‌داری ندارد (05/0>P). میانگین دما در طول دوره پرورش C°58/27 درجه سانتی‌گراد به ثبت رسید. میانگین شوری در تیمارهای آزمایشی برابر با g/l 44/29 بود. بیشترین و کمترین میزان پی‌اچ بترتیب در تیمار 25 Bو0B بدست آمد. بیشترین میزان اکسیژن محلول در تیمار 25 B برابر با mg/l 15/6 و کمترین میزان اکسیژن محلول در تیمار 0B برابر با mg/l 92/5 به ثبت رسید.

نتایج اندازه‌گیری متغیرهای کیفی (قلیائیت، آمونیاک کل، نیترات و فسفات) در روزهای 14  و 28 دوره آزمایش در جدول (3) آورده شده است. روز 14 آزمایش، بیشترین میزان قلیائیت در تیمار 100B روئیت شد و بین این تیمار و دیگر تیمارهای آزمایشی اختلاف آماری معنی‌داری وجود داشت (05/0> p). روز 28 آزمایش، تفاوت آماری معنی‌داری از نظر میزان قلیائیت بین همه تیمارهای آزمایشی مشاهده گردید (05/0>P) بطوریکه بیشترین (mg/l CaCO3 08/213) و کمترین (mg/l CaCO3 52/123) بترتیب در تیمارهای 100B و 50B بدست آمد. آمونیاک کل در بین تیمارهای آزمایشی تفاوت آماری معنی داری در روزهای 14 و 28 داشت (05/0>P). در این روزها بیشترین میزان آمونیاک کل بترتیب در تیمارهای 100B و 75B مشاهده گردید. نیترات در بین تیمارهای آزمایشی تفاوت آماری معنی داری در روزهای 14 و 28 داشت (05/0>P) بطوریکه در هر دو زمان نمونه‌برداری بیشترین مقدار آن در تیمار 100B به ثبت رسید. روز 14 آزمایش، فسفات تفاوت معنی‌دار آماری بین تیمارهای آزمایشی داشت (05/0>P) و  بیشترین آن در تیمار 100B برابر mg/l 209/0 و کمترین میزان آن در تیمار 50B برابرmg/l  032/0 بدست آمد. روز 28 آزمایش،  فسفات تفاوت معنی‌دار آماری بین تیمارهای آزمایشی داشت (05/0>P) بطوریکه بیشترین و کمترین میزان آن در تیمارهای 0B و 50B مشاهده گردید.

آنالیز نتایج بدست آمده از عملکرد رشد و بازماندگی پست لارو میگو در روزهای 14 و 28 در جدول (4) آورده شده است. در روز 14 نمونه‌برداری تفاوت معنی‌دار آماری بین تیمارهای آزمایشی وجود داشت (05/0>P). بیشترین مقدار در تیمار 25B برابرmg  08/39 و کمترین مقدار در تیمار 100B برابر mg 43/20 بدست آمد. در روز 28 نمونه‌برداری نیز به همین ترتیب افزایش رشد ادامه یافت و بیشترین و کمترین مقدار رشد بترتیبmg  73/301 مربوط به تیمار 25B وmg 15/86 مربوط به تیمار 100B بود. طول نهایی در تیمارهای مختلف آزمایشی در روزهای نمونه‌برداری (14،28) از تفاوت معنی‌دار آماری برخوردار بود بطوریکه بیشترین مقدار در تیمار 25B و کمترین مقدار در تیمار 100B بدست آمد (05/0>P). اختلاف معنی‌دار آماری از نظر سرعت رشد بین تیمارهای آزمایشی در روزهای نمونه‌برداری وجود داشت، بطور کلی بیشترین مقدار در تیمار  25B و کمترین آن در تیمار 100B مشاهده گردید (05/0>P). در روز 14 آزمایش نرخ رشد ویژه به‌جزء در تیمار 100B بین دیگر تیمارهای آزمایشی تفاوت معنی‌دار آماری نداشت (05/0>P). در روز 28 آزمایش نرخ رشد ویژه در تمام تیمارهای آزمایشی تفاوت معنی‌دار آماری داشت (05/0>P). مقدار ضریب تبدیل غذایی بین تیمارهای آزمایشی تفاوت معنی‌دار آماری داشت (05/0>P). آنالیز آماری در روز 14 آزمایش نشان داد که بیشترین میزان ضریب تبدیل غذایی در تیمار 100B (48/2) و کمترین مقدار در تیمار 0B (28/1) بدست آمد. همچنین بیشترین و کمترین مقدار این معیار در روز 28 آزمایش بترتیب مربوط به تیمارهای 100B و 50B بود. مقایسه آماری درصد بازماندگی بین تیمارهای آزمایشی نشان از اختلاف معنی‌دار این معیار بود (05/0>P). در روز 14 نمونه‌برداری بیشترین درصد بازماندگی مربوط به تیمار 0B (22/90%) و در روز 28 نمونه‌برداری بیشترین درصد بازماندگی مربوط به تیمار 25B  (56/81%) بود.

مقادیر اندازه‌گیری شده از میزان مواد جامد ته‌نشین شده، غلظت کل مواد جامد معلق و کدورت آب در طول 28 روز آزمایش در نمودار (1) آورده شده است. با افزایش گستره‌ی تشکیل بیوفلاک میزان مواد جامد ته‌نشین شده و غلظت کل مواد جامد معلق در طی دوره آزمایش افزایش تدریجی داشت. میزان این دو معیار در تیمارهای با 50، 70 و 100 ٪ بیوفلاک نسبت به تیمارهای 25 و تیمار بدون بیوفلاک بیشتر بود. در انتهای دوره آزمایش میزان مواد جامد ته‌نشین شده بین mg  23 تا 5/93 و میزان غلظت کل مواد جامد معلق بین mg 2/149 تا 7/306 بدست آمد. نتایج کدورت آب نشان داد که با افزایش درصد بیوفلاک در رژیم غذایی مقدار کدورت افزایش و این روند تا پایان دوره آزمایش ادامه داشت. در انتهای دوره آزمایش میزان کدورت بصورت واحد کدورت فرمازین (FTU: Formazin Turbidity Unit) بین 37 تا 15/60  به ثبت رسید.

بحث

بکارگیری بیوفلاک به‌عنوان یک سیستم مناسب و سودمند است که بر پایه رشد میکروارگانیسم‌ها در محیط پرورش استوار است. در این آزمایش میزان دما، شوری، پی‌اچ و اکسیژن محلول در دامنه مطلوب برای پرورش پست لارو میگوی وانامی قرار داشت. پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب بر اساس گزارش تنظیم گردید (28). با افزایش میزان مصرف بیوفلاک در تیمارهای آزمایشی، میزان قلیائیت روندی افزایشی داشت که کمترین مربوط به تیمار 25B برابر mg/l 61/14± 00/168 و بیشترین مربوط به تیمار 100B برابر mg/l 77/10± 08/213 بود که با نتایج تحقیقات Gaona و همکاران در سال 2016 در تضاد بود. اندازه‌گیری قلیائیت نشان از روند کاهش تدریجی این پارامتر از روز 14 تا 28 می‌باشد که با تحقیقات Anand و همکاران در سال 2014 مطابقت نداشت و نتایج آن‌ها نشان از افزایش غیرمعنی‌دار میزان قلیائیت بود.

با افزودن مقدار مناسب کربوهیدرات به آب و تنظیم نسبت کربن به ازت، باکتری‌های هتروتروفی مواد غذایی حاصل را جذب و بطور بهینه بیوفلاک تشکیل می‌گردد که در این صورت آمونیاک و نیتریت در آب کاهش می‌یابد (2). میزان آمونیاک کل در روزهای نمونه‌برداری بین تیمارهای آزمایشی تفاوت آماری معنی داری داشت (05/0>P) که بیشترین میزان بترتیب در تیمارهای 100B و 75B مشاهده گردید که این نشان از مصرف بیش از حد از بیوفلاک و برهم خوردن تعادل باکتری‌های هتروتروفی در سیستم پرورش میگو است. تحقیقات Gaona  و همکاران در سال 2016 نشان داد که با افزایش غلظت مواد جامد معلق در تیمارهای آزمایشی، میزان آمونیاک تغییرات معنی‌داری نداشت اما در این مطالعه با افزایش درصد بیوفلاک در سیستم پرورشی میزان آمونیاک افزایش معنی‌دار داشت (05/0>P). میزان کل مواد جامد معلق شاخص واقعی از توده زیستی (بیوفلاک) می‌باشند (5). Samocha  و همکاران در سال 2007، برای میگوهای خانواده پنائیده حجم مواد جامد معلق را کمتر ازmg/l 500 توصیه کردند. برخی از محققین میزان مواد جامد معلق برای پرورش متراکم لارو میگوی کمتر از mg/l 300 ثبت کردند (16،18) که با این مطالعه مطابقت داشت. بطور کلی، غلظت مواد جامد معلق برای میگوی وانامی در سیستم‌ پرورش بیوفلاک بدون تعویض آب بین mg/l 200 تا 600 گزارش شده است (22). در پایان آزمایش، بیشتری و کمترین میزان مواد جامد معلق در تیمارهای 100B و 0B مشاهده گردید بنابراین می‌توان اظهار داشت که با افزایش میزان بیوفلاک محلول به آب محیط پرورشی، میزان مواد جامد معلق نیز افزایش یافته است. Xu and Pan در سال 2012، پس از 30 روز بررسی بیوفلاک در سیستم پرورش میگوی وانامی جوان گزارش دادند که، در طول دوره آزمایش مواد جامد معلق روندی افزایشی داشته و میزان آن به mg/l 320 رسیده است که با مطالعه حاضر مطابقت دارد. نتایج آزمایش حاضر نشان داد که میزان کل مواد جامد معلق با گذشت زمان روندی افزایشی داشته که بیشترین میزان در تیمار 100B  برابر mg/l  75/306 مشاهده گردید.

محققین گزارش دادند که استفاده از سیستم بیوفلاک برای پرورش میگو و یا ماهی فوائد متعددی همچون بهبود نرخ رشد (25) و کاهش ضریب تبدیل غذایی (9) در پی دارد. در چنین سیستم‌هایی مدیریت کنترل فلاک بسیار حائز اهمیت است چراکه تولید بیش از حد بیوفلاک در محیط آبی می‌تواند پاسخ منفی در روند رشد و بازماندگی بوجود آورد. Burford  و همکاران در سال 2004 گزارش دادند که میگوی وانامی می‌تواند بیش از 29% بیوفلاک موجود در آب را به‌عنوان غذا مصرف نماید. در این آزمایش پست لاروها در تیمار 25B (25% بیوفلاک مصرفی) نسبت به دیگر تیمارهای آزمایشی عملکرد رشد بهتری داشتند. Anand و همکاران در سال 2014  در تحقیقی 60 روز بر عملکرد رشد میگوی مونودون با میانگین وزنیg 10/0± 90/2 دریافتند که میگوهای تغذیه شده با 4% و 8% بیوفلاک خشک نسبت به دیگر تیمارها بیشترین میزان رشد (g21/0± 79/6) و نرخ رشد ویژه (day % 04/0± 41/1) را بدست آوردند. در پایان دوره آزمایش مطالعه حاضر، تیمار  25B  بالاترین مقدار وزن نهایی (mg 2/32± 73/301) و درصد نرخ رشد ویژه (day % 65/0± 97/10) را به خود اختصاص داد. درصد بازماندگی در تیمارهای 25B و 50B (55/1± 28/80%) به حداکثر و در تیمار 100B  (25/1± 49/69%) به حداقل خود رسید. بطورکلی، در پایان دوره آزمایش با افزایش درصد مصرف فلاک درصد بازماندگی بطور معنی‌داری کاهش پیدا کرد  (05/0>P). ا Ray و همکاران در سال 2010، میانگین بازماندگی پست لارو میگوی وانامی تغذیه شده با جیره حیوانی و گیاهی را 8± 71 ٪ گزارش دادند. Emerenciano و همکاران در سال 2011 پس از ارزیابی تأثیر بیوفلاک بر میگوی صورتی Farfantepenaeus paulensis  اظهار داشتند که بازماندگی پست لاروها در تیمار استفاده مخلوط بیوفلاک و غذای تجاری (50%+ 50%) نسبت به تیمار مصرف تنها بیوفلاک و غذای تجاری از درصد بالاتری برخوردار بودند که با این آزمایش مطابقت داشت.

نتیجه‌گیری کلی: بدلیل شکل‌گیری جمعیت‌های مختلف باکتری، قارچ‌ها، ویروس‌ها و موجودات پلانکتونی که وابسته به شرایط محیطی و همجنین نوع و میزان کربن و نیتروژن مصرفی هستند، تغییر نامتعارفی در فاکتورهای فیزیکوشیمیایی و کیفی آب محیط پرورشی بوجود می‌آید. باید توجه داشت که برای دستیابی به عملکرد مناسب در سیستم بیوفلاک بایستی تولید و مصرف بیوفلاک به میزان مناسب و تحت کنترل باشد تا اثرات مثبت بر کیفیت آب محیط پرورش و عملکرد رشد میگو داشته باشد. بطور کلی نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد که تیمار 25B (25% بیوفلاک و 75% غذای تجاری) نسبت به دیگر تیمارهای آزمایشی عملکرد بهتری داشت که نشان از اثربخشی سیستم بیوفلاک در این تیمار بود.

تشکر و قدردانی

این پژوهش در قالب طرح پژوهشی با شماره 2013/6 در دانشگاه گنبد کاووس اجرا شده است. نویسندگان از حمالیت مالی دانشگاه کمال تشکر و قدردانی را دارند.