با افزایش جمعیت جهان که پیش‌بینی میشود تا سال 2050 به بیش از9 میلیارد برسد، تولید غذا یکی از دغدغه‌های دولت‌ها است. آبزیپروری یکی از منابع مهم تولید پروتئین میباشد. تولیدات آبزیپروری را میتوان از طریق بالابردن سطح زیرکشت و تراکم‌پذیری افزایش داد.
جهت توسعه صنعت آبزیپروری، توجه به اهداف آبزیپروری پایدار (سازگار با محیط‌زیست، اقتصادی و اجتماعی) ضروری است. فناوری تودهساز زیستی، اهداف آبزیپروری پایدار را دنبال می‌کند.
در این فناوری با محدود نمودن تعویض آب، تنظیم نسبت کربن به نیتروژن (بالای 10) و هوادهی شدید میتوان باکتریهای هتروتروف موجود در سیستم پرورش را تحریک نمود؛ این باکتریها به دلیل داشتن دیواره سلولی حاوی مواد چسبناک (نظیر پلی هیدروکسی بوترات) به هم متصل شده و زنجیره باکتریایی و توده میکروبی (پروتئین میکروبی) تولید میکنند.
توده‌های میکروبی مخلوطی ناهمگن از باکتریها، میکروجلبکها، پروتوزوئرها، زئوپلانکتون‌ها (نظیر روتیفرها، نماتودها، لارو کپه‌پودها)، ذرات آلی و غیرآلی و سلولهای مرده هستند که سه نقش عمده در سیستم آبزیپروری: بهبود کیفیت آب با جذب ترکیبات غیرآلی نیتروژن، مکمل غذایی و دارا بودن خاصیت پروبیوتیکی بازی میکنند. در مطالعه حاضر به اهمیت سیستم آبزیپروری تودهساز زیستی پرداخته میشود.
با افزايش جمعيت جهان نياز به منابع پروتئينی و غذا افزايش می‌يابد و احتمالاً يکی از چالش‌‌های بزرگ پيش‌‌رو در آينده، تغذيه انسان‌‌ها خواهد بود؛ بنابراين تأمین مواد غذايی غنی از پروتئين امری ضروری و حائز اهميت است. پرورش دام و آبزيان دو منبع مهم تأمین پروتئين حيوانی برای مردم جهان محسوب میشوند.
آبزیان منبع انواع اسید‌‌های آمینه ضروری و اسید‌‌های چرب غیر‌‌اشباع ضروری (HUFA) هستند. هنگامی‌که افزایش جمعیت با نیاز به منابع پروتئین گوشت سفید مقایسه میشود، یک خلأ بزرگ بین تقاضا و تولید دیده میشود. فاصله بین تقاضای آبزیان و صید و صیادی بایستی از طریق آبزیپروری تأمین شود.
تولیدات آبزیپروری در سال 2022، به 9/130 میلیون تن (4/94 میلیون تن آبزیان و 5/36 میلیون تن جلبک) رسید که برای اولین بار آبزیپروری از تولید صید و صیادی (3/92 میلیون تن) پیشی گرفته است (FAO., 2024). پیش‌بینی میگردد تولیدات آبزیپروری تا سال 2050 به 210 میلیون تن برسد که این حقایق حاکی از اهمیت آبزیپروری است (De-Silva and Davy., 2010).
از موانع رشد صنعت آبزیپروری تهیه خوراک با کیفیت مناسب و مقرون‌به‌صرفه، نیاز به آب و کاهش منابع آبی، آلودگی ناشی از پساب خروجی کارگاه‌‌های پرورش، وابستگی بیش‌ازحد به پودر ماهی برای تهيه غذای آبزيان و شيوع و گسترش بيماری‌‌های ميکروبی و انگلی میباشد.
درنتیجه جهت گسترش تولیدات آبزیپروری باید سه هدف عمده را در نظر گرفت: اول اینکه توسعه آبزیپروری باید تولیدات بیشتر، بدون افزایش قابل‌توجه استفاده از منابع طبیعی (آب و زمین) را مدنظر قرار دهد (Avnimelech., 2012)، هدف دوم توسعه سیستم‌‌های پایدار که اثرات زیان‌آوری بر محیط‌زیست نداشته باشند (Naylor et al., 2021) و هدف سوم ایجاد سیستم‌‌هایی است که نسبت هزینه/سود را در جهت حمایت اقتصادی جامعه و پایداری تولید فراهم کند (Avnimelech., 2012).
توسعه صنعت آبزیپروری، آلودگیهای زیستمحیطی را در سالهای اخیر به دنبال داشته است و درنتیجه توجه به مدیریت و نوع سیستم پرورشی که با محیط‌زیست سازگار باشد کاملاً ضروری است. علاوه بر این، گسترش آبزیپروری به دلیل محدودیت اراضی مناسب و همچنین وابستگی بالا به آرد و روغن ماهی به‌‌عنوان مواد مهم تشکیل‌دهنده خوراک آبزیان پرورشی، آبزیپروری تجاری را با مشکلات زیادی مواجه کرده است.
هزینههای خوراک حداقل 50% از کل هزینههای آبزیپروری را که عمدتاً به هزینههای پروتئین موجود در جیره‌‌های تجاری مربوط میشود، تشکیل میدهد (Schryver et al., 2008).
امروزه توجه به سیستم‌‌های آبزیپروری مدار‌‌بسته به دلیل امنیت زیستی بیشتر و مزایای زیستمحیطی در حال افزایش است. هنگامی‌که آب در سیستم‌‌های پرورشی مدار‌‌بسته به‌صورت چرخه‌‌ای مورد استفاده مجدد قرار می‌‌گیرد، برخی از خطرات مانند ورود پاتوژن‌‌ها و گونههای بیگانه به سیستم پرورش و مشکلات مربوط به تخلیه آب زائد که باعث ایجاد آلودگیهای زیستمحیطی میگردد، کاهش می‌‌یابد (Ray., 2012). استفاده از تکنیک‌‌ها و فناوری‌‌های جدید و مناسب مانند تودهساز زیستی در تکثیر و پرورش ماهی و میگو از اهمیت بالایی برخوردار بوده که می‌‌تواند اهداف مهم آبزیپروری پایدار را دنبال نماید.
فناوری تودهساز زیستی
فناوری تودهساز زیستی از سیستم‌‌های آبزیپروری سازگار با محیط‌زیست است که از مواد مغذی و آلی بازیافت شده، استفاده مجدد می‌‌نماید. رویکرد پایدار از چنین سیستمی، مبتنی بر رشد میکروارگانیسم‌‌ها در محیط پرورشی میباشد که دارای حداقل تعویض آب مفید است.
این فناوری مزیت‌‌های مهمی ازجمله به حداقل رساندن مصرف آب، بازیافت مواد مغذی و مواد آلی را دارد و علاوه بر این، ورود عوامل بیماریزا به سیستم پرورش را کاهش داده و منجر به بهبود امنیت زیستی در مزرعه میگردد (Khanjani et al., 2024).
همچنین تولید در سیستم تودهساز زیستی در مقیاس بزرگ آبزیپروری، می‌‌تواند مزایای زیستمحیطی در اکوسیستم‌‌های دریایی و ساحلی داشته و با جایگزین کردن سویا یا آرد ماهی با ترکیبات توده‌زیستی در تغذیه آبزی، میتوان فاضلاب آبزیپروری و اثرات زیستمحیطی آن را کنترل نمود. از طرف دیگر، با استفاده از سیستم تودهساز زیستی، سطوح مایکوتوکسین‌‌ها و فاکتورهای ضد تغذیهای در خوراک آبزی محدود میشود و به‌طورکلی میزان استفاده و نیاز به تأمین خوراک که هزینههای زیادی را در بردارد، کاهش می‌‌یابد (Khanjani et al., 2023).
کاهش ضریب تبدیل غذایی و بهبود نرخ رشد (Khanjani et al., 2025) در میگو و حتی در ماهی با استفاده از سیستم پرورش تودهساز زیستی گزارش شده است. با توجه به مزایای این سیستم، به‌کارگیری آن در صنعت آبزیپروری کشور احساس میشود.
طبق تحقیقات (Emerenciano et al., 2011)، فناوری تودهساز زیستی برای اولین بار در اوایل سال 1970 در موسسه تحقیقات فرانسه برای بهره‌برداری از دریا (مرکز اقیانوس آرام) با گونههای مختلف پنائیده شامل Penaeus vannamei،Penaeus merguiensis ،Penaeus monodon و Penaeus stylirostrisانجام شد(Aquacop., 1975). شکل زیر نمونه‌ای از سامانه پرورش آبزیان مبتنی بر فناوری تودهساز زیستی (Biofloc) را نشان میدهد که در آن هوادهی مداوم برای تأمین اکسیژن و معلق نگه‌داشتن توده‌های زیستی (فلوک) انجام میشود.
در سالهای 1980 و آغاز 1990، موسسه آبزیپروری دریایی ایالات‌متحده آمریکا فناوری تودهساز زیستی را برای ماهی تیلاپیا و میگوی سفید غربی استفاده کرد. با توجه به کاربرد تجاری فناوری تودهساز زیستی در سال 1988 در تاهیتی مزارع مختلف با استفاده از تانک‌های بتنی 1000 مترمربعی و تعویض آب محدود، تولید جهانی 20 تا 25 تن بر هکتار با دو محصول در سال را ثبت کردند.
امروزه فناوری تودهساز زیستی به طور موفقیت‌آمیزی در مزارع میگو با مقیاس بزرگ در آسیا، آمریکای لاتین و مرکزی و همچنین در کشت گلخانه با مقیاس کوچک در ایالات‌متحده آمریکا، کره جنوبی، برزیل، ایتالیا، چین، اندونزی و مالزی توسعه یافته است. درحال حاضر، بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی در حال انجام مطالعات مختلف بر فناوری تودهساز زیستی هستند که عمدتاً به دنبال به‌کارگیری توده زیستی در زمینه‌‌های کلیدی مانند مدیریت رشد، تغذیه، تولیدمثل، اکولوژی میکروبی، بیوتکنولوژی و اقتصاد می‌‌باشند.
در این تکنولوژی با مدیریت صحیح، از جمعیت باکتریها در آب به‌طور مؤثر استفاده میشود. در این سیستم تعویض آب صفر یا حداقل است که به‌منظور به حداکثر رساندن امنیت زیستی و به حداقل رساندن اثرات زیستمحیطی مزرعه میباشد (Avnimelech., 2012). هواده‌های قوی جهت تزریق و تأمین اکسیژن و معلق کردن ذرات آلی و فلوکه‌‌ها و توسعه جوامع میکروبی هتروتروفیک در استخر، استفاده میشوند.
توده زیستی معمولاً شامل مخلوطی ناهمگن از میکروارگانیسم‌‌ها، باکتریهای رشته‌‌ای، کلوئیدها، ذرات آلی و غیرآلی، پلیمرهای آلی، کاتیون‌‌ها و سلولهای مرده است که می‌‌تواند به بیش از 1000 میکرومتر برسد (Valle et al., 2015). میکروارگانیسم‌‌ها در توده‌زیستی سه نقش عمده را بر عهده دارند:
الف- حفظ کیفیت آب با جذب ترکیبات نیتروژنی در استخر و تولید پروتئین میکروبی (با فرایندهای تجمع زیستی، جذب زیستی، نیتریفیکاسیون و نیترات‌زدایی) ب- منبع تغذیهای مکمل (کمک به کاهش ضریب تبدیل غذایی و کاهش هزینههای غذا) ج- ایجاد خاصیت پروبیوتیکی (به کمک باکتریهای هتروتروف با هضم و جذب بهتر خوراک و بهبود ایمنی (Khanjani et al., 2022)
تنوع جوامع میکروبی در توده‌زیستی عملکردهایی از قبیل معدنی کردن مواد زائد، بهبود مصرف و استفاده از پروتئین و کاهش فرصت برای غالب شدن سویه‌های بیماریزا در استخر دارد. در فناوری تودهساز زیستی، باکتریهای هتروتروفیک و میکروجلبکها تحت عنوان توده در شرایط کنترل‌شده در استخر رشد میکنند.
بیومس میکروبی روی غذای خورده نشده، مواد دفعی ماهی و تولیدات غیرآلی نیتروژنی که منجر به حذف این اجزای ناخواسته از آب میشود، رشد میکنند. محرک اصلی برای رشد متراکم باکتریهای هتروتروف، مصرف کربن آلی است (Avnimelech., 2012, Khanjani and Sharifinia., 2020).
گونههای مناسب برای سیستم آبزیپروری تودهساز زیستی
همه گونههای آبزی برای استفاده در سیستم توده‌زیستی مناسب نیستند. برای دستیابی به عملکرد رشد بهتر، بهتر است گونه مورد پرورش برخی از ویژگی‌‌ها مانند مقاومت به تراکم بالا، تحمل سطوح متوسط اکسیژن محلول (تقریباً 3 تا 6 میلی‌‌گرم در لیتر)، فیلتر‌‌فیدر بودن، همهچیزخواری و یا قابلیت سازگاری دستگاه گوارش به جذب بهتر ذرات میکروبی را داشته باشد (Taw., 2010).
در کشور ما به دلیل حضور میگوی سفید غربی و دست یافتن به بیوتکنیک تکثیر و تولید انبوه پست لارو، ماهی تیلاپیای نیل به دلیل تحمل شرایط محیطی گسترده با تراکم‌پذیری بالا و ماهی کپور معمولی به دلیل همهچیزخواری، قابلیت پرورش در سیستم آبزیپروری تودهساز زیستی را دارند.
نتیجه‌گیری
سیستم تودهساز زیستی به دلیل محدود کردن تبادلات آبی، بازچرخ غذای خورده نشده و مواد دفعی از طریق تأمین شرایط محیطی لازم برای رشد و کنترل باکتریها و کیفیت آب، از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. استفاده کاربردی از این فناوری، یک استراتژی ضروری جهت حفظ محیط‌زیست (کاهش اثرات زیان‌‌بار پساب خروجی کارگاه‌ها) و کاهش استفاده از پروتئین به‌‌عنوان بخش هزینه‌‌بر در جیره غذایی آبزی محسوب میشود.
با توجه به اهمیت صنعت آبزیپروری در کشور، مطالعه روی سیستم تودهساز زیستی با گونه‌هایی نظیر میگوی سفید غربی، ماهی تیلاپیای نیل، ماهی کپور معمولی و معرفی آن به صورت تجاری در صنعت آبزیپروری کشور می‌‌تواند اهمیت بالایی درزمینه صرفه‌‌جویی در مصرف آب و زمین، استفاده از خوراک‌‌های با میزان پروتئین کمتر، تولید ارگانیک و بیولوژیک و سیستم سازگار با محیط‌زیست داشته باشد که درنهایت پرورش‌دهندگان را به سمت به‌کارگیری این تکنولوژی هدایت خواهد نمود.
منابع
-
Aquacop., 1975. Maturation and spawning in captivity of penaeid shrimp: Penaeus merguiensis de Man, Penaeus japonicus Bate, Penaeus aztecus Ives, Metapenaeus ensis de Haan and Penaeus semisulcatus de Haan. In: Avault W, Miller R, editors. Proceedings of the Sixth Annual Meeting World Mariculture Society, Lousiana State University, Baton Rouge, pp. 123–129.
-
Avnimelech, Y., 2012. Biofloc technology: a practical guide book, 2nd Edition. The World Aquaculture Society, Baton Rouge, Louisiana, United States. 272p.
-
De Schryver, P., Crab, R., Defoirdt, T., Boon, N. and Verstraete, W., 2008. The basics of bioflocs technology: the added value for aquaculture. Aquaculture, 277: 125–137.
-
De-Silva, S.S., Davy, F.B., 2010. Success Stories in Asian Aquaculture, Springer Science, Business Media B.V. 250pp.
-
Emerenciano, M., Ballester, E.L.C., Cavalli, R.O. and Wasielesky, W., 2011. Effect of biofloc technology (BFT) on the early postlarval stage of Pink shrimp Farfantepenaeus paulensis: growth performance, floc composition and salinity stress tolerance. Aquaculture International, 19: 891-901.
-
FAO. 2024. In Brief to The State of World Fisheries and Aquaculture 2024. Blue Transformation in action. Rome.
-
Khanjani M.H., Eslami, J., Emerenciano M.G.C., 2025. Wheat flour as carbon source on water quality, growth performance, hemolymph biochemical and immune parameters of Pacific white shrimp (Penaeus vannamei) juveniles in biofloc technology (BFT), Aquaculture Reports 40 (2025) 102623.
-
Khanjani M.H., Sharifinia M., Emerenciano M.G.C., 2024. Biofloc technology (BFT) in aquaculture: what goes right, what goes wrong? a scientific-based snapshot. Aquaculture Nutrition, Article ID 7496572, 24 pages https://doi.org/10.1155/2024/7496572
-
Khanjani M.H., Torfi Mozanzade M., Sharifinia M., Emerenciano M.G.C. (2023). Biofloc: A sustainable dietary supplement, nutritional value and functional properties. Aquaculture, 562: 738757. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738757
-
Khanjani MH, Sharifinia M (2020) Biofloc technology as a promising tool to improve aquaculture production. Reviews in Aquaculture 12 (3): 1836-1850.
-
Naylor, R.L., Hardy, R.W., Buschmann, A.H., Bush, S.R., Cao, L., Klinger, D.H., Little, D. C., Lubchenco, J., Shumway, S.E., Troell, M., 2021. A 20-year retrospective review of global aquaculture. Nature 591. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03308-6.
-
Ray, A., 2012. Biofloc technology for super-intensive shrimp culture. In: Avnimelech, Y., editor. Biofloc technology – a practical guide book, 2nd ed., The World Aquaculture Society, Baton Rouge, Louisiana, USA. pp. 167-188.
-
Taw, N., 2010. Biofloc technology expanding at white shrimp farms: biofloc systems deliver high productivity with sustainability. Global Aquaculture Advocate. St. Louis, Missouri, USA: Global Aquaculture Alliance.
-
Valle, B.C.S., Dantas, Jr., Silva, J.F.X., Bezerra, R.S., Correia, E.S., Peixoto, S.R.M. and Soares, R.B., 2015. Replacement of fish meal by fish protein hydrolysate and biofloc in diets of Litopenaeus vannamei postlarvae. Aquaculture Nutrition, 21: 105–112.
دیدگاهی یافت نشد