راه های کاهش آمونیاک در استخرهای آبزی پروری (اینفوگرافیک)

اختلال در دفاع ایمنی موکوسی توسط آمونیاک و نیتریت در میگوی وانامی

دیواره روده در تمامی جانوران نقش پر اهمیتی در زمینه دفاع ایمنی ایفا می نماید. این نقش در میگوها نیز بسیار حیاتی شناخته شده بطوریکه این بخش، خط مقدم دفاع ایمنی میگوها محسوب می شود. دفاع موکوسی، اساسی ترین سد مقاومت صورت گرفته در این بافت بر شمرده می شود.

در تحقیقی که در سال 2017 در کشور چین انجام شده ( مجله Fish and Shellfish Immunology ) محققین نتیجه گرفتند، این سد ایمنی، با افزایش آمونیاک و نیتریت در محیط مختل شده و مقاومت میگوی لیتوپنئوس وانامی در مقابل بیماری را کاهش می دهد. این مطالعه که در دو سطح مولکولی( بررسی ژنتیکی در خصوص فعالیت ژن تولید کننده موکوس) و باکتریایی( بررسی تغییرات ایجاد شده در ترکیب و تنوع جمعیت باکتریایی روده میگوهای تحت بررسی) انجام گرفت، بیانگر اهمیت مدیریت محیط استخر در هنگام کار در کنار بیماری است .

افزایش تراکم و میزان آمونیاک تولید شده در استخر

غالباً ارتباط دادن مطالب تئوری با عملی، هرگاه با مصادیق همراه نباشد، بسیار مشکل و عمدتاً فرّار خواهد بود. در خصوص ارتباط افزایش تراکم ذخیره سازی با غذادهی و به تبع آن، افزایش آمونیاک( به عنوان متابولیت مضر) تاکنون در متون علمی، کارگاه های آموزشی و ... به کرّات سخن گفته شده است . با این حال از یک سو، اهمیت موضوع و از سوی دیگر قلّت مصادیق و مثال های محاسباتی در خلال این مباحث، شاید ضرورت پرداخته شدن به چنین مطلبی را مؤکّدتر می سازد.

در این زمینه، مطلب حاضر را به ترجمه بخشی از کتاب معروف توماس لاوسون با عنوان "مبانی مهندسی آبزی پروری" اختصاص داده ام و امیدوارم مورد استفاده بازدید کنندگان عزیز واقع گردد : 

... میزان آمونیاک مترشحه توسط ماهی از طریق فرمول ارائه شده توسط Boyd و Tucker و با محاسبه پروتئین خالص مصرفی( مقدار پروتئین افزوده شده به بیوماس ماهی به ازاء پروتئین موجود در غذا) قابل تخمین است :

در این فرمول، TAN به عنوان مقدار کل نیتروژن آمونیاکی( با واحد گرم به ازاء هر کیلو گرم غذا) و NPU به عنوان پروتئین خالص مصرفی در نظر گرفته شده است. 

در همین ابتدا لازم است (با عنایت به تعریف ارائه شده برای NPU در پاراگراف بالا ) به این نکته توجه شود که هرچه NPU کمتر( و در واقع میزان جذب پروتئین از خوراک مصرفی، نامطلوب تر)، ضریب فرمول افزایش یافته و در نتیجه میزان نیتروژن آمونیاکی( TAN) بالاتر خواهد بود.

در مثالی که در کتاب یاد شده برای محاسبه نیتروژن آمونیاکی تام ( TAN) ارائه گردیده، مقدار پروتئین خوراک، 25 درصد در نظرگرفته شده است که بالطّبع، در خصوص میگو، این مقدار، بالاتر می باشد و این نیز بر مقدار نیتروژن آمونیاکی تولید شده در مزارع پرورش میگو خواهد افزود.

با هم به محاسبه TAN خوراکی با 25 درصد پروتئین و NPU معادل 0.4 ( بر اساس مقدار توصیه شده توسط ویلسون در سال 1976) می پردازیم:

حال اگر با توجه به فرمول فوق،میزان نیتروژن آمونیاکی در غذای میگو با پروتئین 40 درصد و NPU پائین تر( بر اساس هضم پذیری کمتر) در حدود 0.3 در نظر گرفته شود، حاصل فرمول به شکل ذیل خواهد گردید: 

به این ترتیب، در زمینه خوراک میگو با هضم پذیری نسبی پائین و پروتئین بالا( در حدود 40 درصد)، تقریباً 1.8 برابر نیتروژن آمونیاکی بیشتر تولید خواهد شد.

این مثال، نشان دهنده رابطه مستقیم بین آمونیاک وارد شده به استخر با میزان غذادهی است چرا که هرگاه مقدار غذای وارد شده به استخر بیشتر شود، مقدار TAN محیط استخر نیز افزایش می یابد و بدیهی است، یکی از عوامل افزایش مقدار غذادهی، تراکم ذخیره سازی بالاست.

آمونیاک در استخرهای پرورش میگو

آمونیاک یکی از اشکال مهم منابع نیتروژن در سیستم‌های زنده بوده که خود نیز برای سنتز اسیدهای آمینه‌هایی که در ساختار پروتئین‌ها نقش دارند کاربرد دارد. آمونیاک محصول متابولیکی حاصل از فرایند تجزیه آمینواسیدها بوده که نقش مهمی را در فیزیولوژی جانوران به صورت طبیعی و غیرطبیعی ایفا می‌نماید که از آن جمله می‌توان به موازنه اسیدها و بازها اشاره نمود. همچنین آمونیاک می‌تواند طی تجزیه مواد آلی جامد همانند غذای اضافی و مواد دفعی، ایجاد و در آب انباشته گردد. در مزارع پرورش میگو آمونیاک نتیجه مواد دفعی و زائد حاصل از پرورش میگو است. ایجاد ترکیبات نیتروژنی سمٌی چون آمونیاک و نیتریت که ناشی از تجزیه پلیت غذایی و مواد دفعی موجودات آبزی بوده، می‌تواند منجر به کاهش میزان باروری و همچنین فروپاشی کامل سیستم آبزی‌پروری گردد. برخلاف پستانداران که قادرند ضایعات نیتروژنی را به شکل‌های دیگر همچون اوره تبدیل نمایند، ماهیان و سخت‌پوستان آن را به صورت آمونیاک در آب دفع می‌کنند. این ممکن است بدین خاطر باشد که در شرایط طبیعی، آمونیاک بلافاصله در آب‌های پیرامونی تا زیر سطح مجاز خود رقیق می‌گردد. همچنین ماهیان و سخت‌پوستان فاقد توانایی لازم برای تبدیل آمونیاک به ترکیبات با میزان سمٌیت پایین می‌باشند. از اینرو، آبزیان به طور ویژه‌ای در معرض اثرات سمًی غلظت های بالای آمونیاک قرار دارند. شکل غیر یونیزه آمونیاک، به دلیل توانانی جذب آن از طریق برانش‌ها، برای آبزیان بسیار سمٌی می‌باشد. 

متن فوق بخشی از مقدمه مقاله "آمونیاک در استخرهای پرورش میگو" نوشته جناب آقای دکتر روحانی ومنتشر شده در مجله میگو و سخت پوستان است. علاقمندان به دریافت متن کامل این مقاله می توانند به لینک ذیل مراجعه نمایند:

لینک دانلود

سمّیت آمونیاکی در آبزی پروری

آمونیاک در دوشکل وجود دارد: غیر یونیزه یا NH₃  که معمولاً به نام آمونیاک شناخته می شود و یونیزه یا NH₄⁺ که به آن آمونیوم گفته می شود.غلظت هریک از اشکال یاد شده وابسته به pH و دمای آب می باشد. در pH پائین، یون هیدروژن اضافی موجود در محیط( H⁺)، تعادل را به سمت تولید آمونیوم هدایت می نماید. در pH بالا، کمبود یون هیدرونیوم سبب تولید آمونیاک می شود. دما در این زمینه نقش کمتری دارد با این حال در دماهای بالاتر، آمونیاک غیر یونیزه در هر مقدار pH بالاتر از نوع یونیزه آن است.

 

این مفهوم برای آبزی پروران ، اهمیتی بیش از مطالب آکادمیک صرف دارد چرا که تنها شکل غیر یونیزه آمونیاک برای آبزیان سمّی است. بنابراین، مقادیرآمونیاک تام( مجموع آمونیاک غیر یونیزه و یونیزه) را می بایست با توجه به pH و دمای محیط تفسیر نمود. عموماً گفته شده است که مقادیر آمونیاک غیر یونیزه بالاتر از 0.02 پی پی ام، برای آزیان سمّی خواهد بود. با این حال، این مقدار بر حسب گونه آبزی متغیر است.
این موضوع که کاهش pH موجب کاهش سمّیت آمونیاک می گردد، برای آبزی پروران نکته مثبتی است.در فرآیند دفع در آبزیان، دی اکسید کربن و آمونیاک دو ترکیب عمده محسوب می شوند. واکنش دی اکسید کربن با آب، تولید اسید کربنیک می نماید. در غیاب خاصیت بافری آب، تولید اسیدکربنیک، سبب کاهش pH آب و کم نمودن سمیّت آمونیاکی می شود که همزمان به عنوان ماده دفعی توسط آبزی به محیط وارد شده است. اما مطمئناً آبزی پروران نمی توانند چندان به این واکنش شیمیایی خوشبین باشند چرا که کاهش pH به خودی خود سبب تأثیر منفی بر چرخه نیتریفیکاسیون می گردد.

 

چرخه نیتریفیکاسیون

نیتریفیکاسیون، فرآیندی زیستی است که در آن، باکتری ها از ترکیبات نیتروژن دار احیا شده نظیر آمونیاک به عنوان غذا استفاده نموده و آن ها را اکسیده می کنند.

این فرآیند، بخش مهمی از چرخه جهانی نیتروژن در سراسر کیهان محسوب می گردد. بنابراین گستره وسیعی را در بیوسفر به خود اختصاص می دهد. این فرآیند، توسط مهندسین بهداشت محیط در مراکز تصفیه پساب برای حذف آمونیاک از لجن مورد استفاده قرار می گیرد. در قسمتی از این واکنش، که برای آبزی پروری در سیستم مدار بسته واجد اهمیت می باشد، آمونیاک( NH₃ یا NH₄⁺) توسط باکتری های شوره گذار، به ترکیبی با درجه احیاء پائین تر (نیتریت یا NO₂) تبدیل می گردد که اگرچه همچنان برای آبزیان سمّی است اما سمّیت آن کمتر از آمونیاک است.

غالباً در متون علمی و تحقیقاتی زیست شناسی، نیتروزوموناس ها را به عنوان باکتری های مؤثر در این واکنش معرفی می نمایند.با این حال، در محیط آبزی، شاید سایر باکتری ها از اهمیت بیشتری برخوردار باشند.  شاید بهتر باشد این دسته از باکتری ها  را باکتری های تبدیل کننده آمونیاک به نیتریت بنامیم.پس از این مرحله نیتریت اکسید و به نترات تبدیل می گردد( که مجدداً به طور معمول باکتری های مسئول در این فرآیند را نیتروباکترها معرفی می شوند و به نظر می رسد باکتری های تبدیل کننده نیتریت به نیترات عبارت مناسب تری باشد).

نیترات برای آبزیان نسبتاً فاقد سمّیت شناخته شده و تجمع آن در مخزن یا استخر پرورش امکان پذیر است تا زمانی که به واسطه تعویض آب و یا تبدیل به شکل گازی (N2) از محیط خارج شود. این تبدیل توسط با کتری های بی هوازی هتروتروف انجام شده و گاز ازت طی فرآیندی به نام ئنیتریفیکاسیون به جو رها می گردد.

از آنجا که نیتریفیکاسیون و تبدیل آمونیاک به گاز ازت، روندی زیستی محسوب می شود، ایجاد جمعیت باکتریایی به میزان مطلوب و کاهش بار سمی ترکیبات نیتروژن دار محیط نیازمند صرف زمان است. در واقع لازم است در ابتدا جمعیت باکتری های اکسید کننده آمونیاک به حد کافی تکثیر شود تا پس از تولید نیتریت در محیط، باکتری های تبدیل کننده نیتریت به نیترات ، ترکیب مورد استفاده خود را در محیط در اختیار داشته باشند

باکتری های مسئول نیتریفیکاسیون در pH پائین تر از 7 رشد خوبی نداشته و اگر pH محیط  اسیدی باشد قادر به انجام نیتریفیکاسیون نخواهند بود. این موضوع سبب می شود آبزی پروران به ویژه در سیستم های مدار بسته ناچار به ایجاد تعادل باشند. اگر pH تا محدوده 8 و یا بالاتر ارتقاء یابد حتی کمترین مقادیر آمونیاک که توسط باکتری های مسئول نیتریفیکاسیون به نیتریت تبدیل نشده باشد به سمّیت آمونیاکی منجر می شود و برعکس، اگر pH به زیر 7 تنزّل یابد، این باکتری ها از فعالیت بازمانده و ممکن است شرایط به نحوی هدایت شود که موجب تجمع آمونیاک تا مقادیر سمّی ، حتی در pH نه چندان پائین گردد. مدیران سامانه های مختلف آبزی پروری،  معمولاً با استفاده از ترکیبات ایجاد کننده حالت بافری در آب، pH محیط را در محدوده مطلوب بین 7 تا 8 حفظ می کنند.