Evaluating the Efficacy of Bio stimulant on sustainable crop production in an Indoor Aquaponic System
تُظهر هذه الدراسة أن تطبيق محفز حيوي قائم على الأعشاب البحرية والجاجيري في نظام أكوابونيك داخلي محكوم ينجح في تعزيز نمو الحلب مع الحفاظ على معدلات بقاء عالية لسمك الكارب الشائع مع إبقاء معايير جودة المياه ضمن النطاقات المثلى.
في مواجهة النمو السكاني العالمي المتزايد وتضاؤل المخزونات السمكية الطبيعية، توجه البحث عن طرق فعالة لإنتاج الغذاء نحو أنظمة الزراعة المتكاملة. ومن بين هذه الطرق، تبرز "الأكوابونيكس" (الاستزراع النباتي والسمكي)، التي تجمع بين تربية الأسماك وزراعة النباتات في حلقة واحدة مغلقة. وبدلاً من الاعتماد على التربة أو الأسمدة الاصطناعية، يستخدم هذا النظام الفضلات الناتجة عن الأسماك كمصدر غذاء طبيعي للنباتات، والتي تقوم بدورها بتنقية المياه، ثم تُعاد المياه إلى أحواض الأسماك. وبينما توفر هذه الطريقة المياه وتقلل من الأثر البيئي، إلا أنها غالباً ما تواجه تحدياً محدداً، وهو ضمان حصول النباتات على ما يكفي من العناصر الغذية الدقيقة والأساسية التي تحتاجها للازدهار، لا سيالما في البيئات الداخلية المحكومة حيث تغيب التباينات الطبيعية. ولمعالجة ذلك، بدأ العلماء في استكشاف استخدام مواد طبيعية تسمى "المحفزات الحيوية". فخلافاً للأسمدة القياسية التي تكتفي بإضافة المغذيات إلى التربة أو الماء، تعمل المحفزات الحيوية على تشجيع العمليات الداخلية للنبات، مما يساعده على امتصاص ما هو متاح بشكل أكثر فعالية والنمو بقوة أكبر.
وضع فريق من الباحثين في جامعة سانجيف أغاروالالتعليمية العالمية خطة لاختبار ما إذا كان بإمكان محفز حيوي منزلي الصنع تحسين نمو النباتات داخل مثل هذا النظام الداخلي. قام الباحثون بإنشاء نظام مغلق ومعاد تدويره باستخدام خزان كبير لاحتواء أربعين سمكة من أسماك الشبوط الشائعة الصغيرة، وسلسة من الزجاجات البلاستيكية المعاد تدويرها المرتبة كسرير زراعي لنبات الحلبة، وهو عشب ورقي يستخدم بكثرة في الطهي. كان الهدف هو معرفة ما إذا كان إضافة رذاذ طبيعي إلى النباتات سيحدث فرقاً ملموساً مقارم بمجموعة من النباتات التي لم تتلقَ أي علاج. ولصنع محلولهم، خلط الباحثون مستخلص الطحالب البحرية مع "الجاغري" (وهو نوع من السكر غير المكرر) في الماء. وتركوا هذا الخليط يتخمر لمدة خمسة أيام، وهي عملية تنشط المركبات المفيدة، قبل تصفيتهم وتخفيفه إلى تركيز محدد. وعلى مدار تسعين يوماً، قاموا برش هذا السائل مباشرة على أوراق نباتات الحلبة يومياً، مع مراقبة صحة الأسماك وجودة المياه ونمو المحاصيل بدقة.
أظهرت النتائج أن النظام عمل بسلاسة، محافظاً على بيئة مستقرة لكل من الأسماك والنباتات طوال فترة التجربة التي استمرت ثلاثة أشهر. وظلت درجة حرارة الماء ضمن نطاق مريح لأسماك الشبوط، وظلت مستويات الأكسجين مرتفعة بما يكفي لدعم جميع أشكال الحياة في الخزان. والأهم من ذلك، ظل التوازن الكيميائي للمياه، بما في ذلك مستويات الأمونيا وغيرها من مركبات النيتروجين، آمناً ومستقراً، مما يشير إلى أن إضافة الرذاذ لم تخل بالتوازن البيولوجي الدقيق للنظام. نمت الأسماك بشكل متسق، حيث نجت جميع الأسماń الأربعين طوال الفترة ووصل متوسط وزنها النهائي إلى ما يزيد قليلاً عن عشرة جرامات. وقد أشار معدل البقاء المثالي هذا إلى أن البيئة كانت صحية ومدارة بشكل جيد.
أما النباتات، فقد أظهرت استجابة واضحة للعلاج؛ إذ نمت نباتات الحلبة التي تلقت رذاذ الطحالب البحرية والجاغري اليومي بشكل أطول قليلاً وأنتجت كتلة حيوية أكبر من النباتات غير المعالجة. وبحلول نهاية الدراسة، كانت النباتات المعالجة أكبر بنسبة تقارب ثلاثة بالمائة من نظيراتها في مجموعة الضبط. ورغم أن هذه النسبة قد تبدو ضئيلة، إلا أنه في سياق الزراعة، يمكن أن يكون أي ارتفاع طفيف في الإنتاجية كبيراً عند توسيع النطاق. لاحظ الباحثون أن النباتات المعالجة حافظت على معدل نمو ثابت ومتصاعد خلال كل مراحل تطورها، من مرحلة إنبات البذور الأولية وصولاً إلى المرحلة الناضجة النهائية. وهذا يشير إلى أن الرذاذ الطبيعي ساعد النباتات على استخدام العناصر الغذائية الموجودة بالفعل في الماء بكفاءة أكبر. وتخلص الدراسة إلى أن دمج مثل هذه المحفزات الحيوية الطبيعية في أنظمة الأكوابونيكس الداخلية يعد استراتيجية مجدية وفعالة، فهي توفر وسيلة لتعزيز إنتاجية النبات دون الإخلال بالنظام أو الاعتماد على الإضافات الكيميائية، مما يمثل خطوة واعدة نحو إنتاج غذائي أكثر استدامة وإنتاجية في البيئات المحكومة.
ملخص تقني: تقييم فعالية المحفز الحيوي في الإنتاج الزراعي المستدام في نظام الأكوا بونيك الداخلي
بيان المشكلة بينما يوفر نظام "الأكوا بونيك" (الاستزراع السمكي النباتي) نموذجاً مستداماً وفعالاً في استهلاك الموارد من خلال دمج تربية الأحياء المائية مع الزراعة المائية، إلا أن النظام يواجه تكراراً لتحديات تتعلق بتوافر العناصر الغذائية، ولا سيما العناصر الغذية الصغرى، والتباين في عمليات تحويل العناصر الغذائية. هذه القيود يمكن أن تعيق التطور الأمثل للنباتات. وعلى الرغم من أن المحفزات الحيوية معروفة بقدرتها على تنظيم العمليات الفسيولوجية وتعزيز تحمل الإجهاد في البيئات المحكومة، إلا أن تطبيقها المحدد وفعاليتها داخل أنظمة الأكوا بونيك الداخلية التي تربط بين الأسماك والنباتات والمجتمعات الميكروبية تتطلب مزيداً من التحقق التجريبي. تعالج هذه الدراسة الحاجة إلى تقييم ما إذا كان بإمكان المحفزات الحيوية الطبيعية تحسين نمو النبات دون الإخلال بالتوازن البيولوجي لنظام الأكوا بونيك.
المنهجية أُجري البحث على مدار 90 يوماً باستخدام إعداد أكوا بونيك داخلي تدويري بسعة 500 لتر. دمج النظام زراعة سمك الشبوط الشائع (Cyprinus carpio) ونبات الحلبة (Trigonella foenum-graecum).
الوحدات التجريبية: شمل الإعداد حوض أسماك، ومرشحاً بيولوجياً (biofilter)، وحوض نمو مصنوع من زجاجات بلاستيكية معاد تدويرها. تم تدوير المياه بمعدل تنقيط قدره 5 لترات في الدقيقة لمدة ست ساعات يومياً.
التخزين: تم تخزين 40 من يافع الأسماك من نوع الشبوط بإجمالي وزن أولي قدره 102 جرام (متوسط الوزن الفردي 2.55 ± 0.76 جرام). عولجت بذور الحلبة ببيروكسيد الهيدروجين المخفف لضمان تجانس الإنبات.
تحضير وتطبيق المحفز الحيوي: حُضر محلول المحفز الحيوي عن طريق تخمير 100 جرام من مسحوق الأعشاب البحرية و100 جرام من مسحوق السكر (الجاجري) في لتر واحد من الماء منزوع الكلور لمدة خمسة أيام عند درجة حرارة 25 ± 2 درجة مئوية. تم ترشيح هذا المحلول وتطبيقه كبخاخ ورقي بتركيز 1 مل لكل لتر من الماء يومياً طوال فترة التجربة.
جمع البيانات:
نمو النبات: تم قياسه في مراحل النمو (من الإنبات إلى المرحلة الممتدة) من حيث الطول، ومعدل النمو، وإنتاج الكتلة الحيوية.
نمو الأسماك: تم تقييمه كل 30 يوماً من حيث زيادة الوزن (WG)، ومعدل النمو النوعي (SGR)، ومعامل تحويل الغذاء (FCR)، ومعدل البقاء.
جودة المياه: تمت مراقبة المعلمات الفيزيائية والكيميائية (درجة الحرارة، الأكسجين المذاب، الرقم الهيدروجيني، إجمالي نيتروجين الأمونيا، والنتريت) على فترات مدتها 15 يوماً.
التحليل الإحصائي: استُخدم اختبار تحليل التباين أحادي الاتجاه (One-way ANOVA) لتحديد دلالة تأثيرات المعالجة، مع التعبير عن النتائج كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD) عند مستوى احتمالية p < 0.05.
النتائج الرئيسية
أداء النبات: أظهرت نباتات الحلبة المعالجة بالمحفز الحيوي زيادة مستمرة وتدريجية في النمو عبر جميع مراحل النمو مقارنة بمجموعة الضبط غير المعالجة. وبينما كانت الاختلافات غالباً طفيفة في المراحل المبكرة (مثل ارتفاع الإنبات 0.52 سم مقابل 0.50 سم)، إلا أن المجموعة المعالجة حافظت باستمرار على متوسط ارتفاع أعلى. وبحلول المرحلة الممتدة (50-65 يوماً)، وصل متوسط طول النباتات المعالجة إلى 27.81 ± 4.12 سم مقارنة بـ 27.00 ± 4.00 سم في مجموعات الضبط. بشكل عام، سجلت الدراسة تحسناً بنسبة تقارب 3% في أداء نمو النبات (الطول، معدل النمو، والإنتاجية) في المجموعة المعالجة بالمحفز الحيوي.
أداء الأسماك: أظهر سمك الشبوط نمواً ثابتاً، حيث وصل متوسط الوزن النهائي إلى 10.60 ± 1.13 جرام من وزن أولي قدره 2.55 ± 0.76 جرام. انخفض معدل النمو النوعي (SGR) من 2.24%/يوم في الشهر الأول إلى 1.15%/يوم في الشهر الثالث، بمتوسط إجمالي قدره 1.58 ± 0.66%/يوم. بلغ معامل تحويل الغذاء (FCR) متوسط 1.83 ± 0.34. ومن الجدير بالذكر أن النظام حقق معدل بقاء بنسبة 100% للأسماك.
جودة المياه: ظلت جميع المعلمات الفيزيائية والكيميائية ضمن النطاقات المقبولة لكلا النوعين. تراوحت درجة الحرارة بين 21.3 و25.4 درجة مئوية؛ وتراوح الأكسجين المذاب (DO) بين 5.25 و6.0 ملجم/لتر؛ وظل الرقم الهيدروجيني (pH) قلوياً خفيفاً (7.4–8.2)؛ كما تم الحفاظ على المركبات النيتروجينية (TAN: <0.20–0.25 جزء في المليون؛ والنتريت: 0.15–0.20 جزء في المليون) عند مستويات منخفضة وآمنة، مما يشير إلى فعالية الترشيح البيولوجي والتوازن البيولوجي.
الأهمية والادعاءات تدعي الورقة أن دمج محفز حيوي قائم على مستخلص الأعشاب البحرية ومسحوق السكر في نظام الأكوا بونيك الداخلي يؤدي إلى ترقية نسبية ولكن معتدلة في نمو وإنتاجية الحلبة. خلصت الدراسة إلى أن المحفز الحيوي عزز الكفاءة الفسيولوجية للنبات، مما أدى إلى تحسن بنسبة 3% في المقاييس الرئيسية مقارنة بمجموعات الضبط.
يؤكد المؤلفون أنه بينما يعد الأكوا بونيك نموذجاً معقداً، فإن النباتات داخل مثل هذه الأنظمة قد تعاني من عدم توازن غذائي. ويشير التطبيق الناجح لهذا المحفز الحيوي إلى أنه استراتيجية مثمرة لتحسين الإنتاج في أنظمة الأكوا بونيك المتقدمة مستقبلاً. والأهم من ذلك، أظهرت الدراسة أن تطبيق المحفز الحيوي لم يخل بالتوازن البيولوجي للنظام، كما يتضح من استقرار معلمات جودة المياه ومعدل بقاء الأسماك الذي بلغ 100%. يدعم هذا البحث جدوى دمج المحفزات الحيوية الطبيعية لمعالجة محدودية العناصر الغذائية وتحسين إنتاج المحاصيل في بيئات الزراعة الداخلية المحكومة.