Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

المحيط هو نظام حي واسع، لكن المياه المحيطة بمزارع الأسماك تروي قصة مختلفة. فعندما تُربى الأسماك بأعداد كبيرة، تصبح المياه التي تعيش فيها أشبه بـ "حساء" من النفايات: طعام غير مأكول، وفضلات أسماك، ومواد كيميائية ذائبة مثل النيتروجين والفوسفور. وإذا أُعيدت هذه المياه إلى المحيط دون معالجة، يمكن أن تؤدي إلى سلسلة من التفاعلات التي تستنزف الأكسجين وتضر بالحياة البحرية، وهي عملية تُعرف باسم "الاستثراء الغذائي" (eutrophication). لعقود من الزمن، بحث العلماء عن طرق لتنظيف هذه المياه بشكل طبيعي. ويتضمن أحد النهج الواعدة استخدام نباتات مجهرية تُسمى "الطحالب الدقيقة". تعمل هذه الكائنات المتناهية الصغر مثل "المكانس الكهربائية تحت الماء"، حيث تمتص العناصر الغذائية الزائدة لتعزيز نموها. ومع ذلك، يكمن التحدي في العثور على النوع المناسب من الطحالب الذي يمكنه البقاء على قيد الحياة في الظروف المالحة والمتغيرة لمياه مزارع الأسماك، مع النمو بسرعة كافية لتكون مفيدة.

في دراسة حديثة، وضع الباحثون هدفهم لحل هذا اللغز من خلال اختبار ثلاثة أنواع مختلفة من الطحالب البحرية الدقيقة مقابل مياه عادمة حقيقية من مزرعة أسماك. أراد الفريق، بقيادة عائشة خان من جامعة كراتشي، معرفة أي نوع يمكنه إنتاج أكبر قدر من الكتلة الحيوية (Biomass) — أي أكبر قدر من المواد النباتية — وأيها يمكنه إزالة أكبر قدر من التلوث. وقد اختبروا ثلاثة سلالات محددة: Chaetoceros neogracile، وهو نوع من الدياتومات يتطلب السيليكا لبناء صدفته؛ و Isochrysis galbana، وهو طحلب مستدير صغير يُستخدم غالباً كغذاء ليرقات الكائنات البحرية؛ و Tetraselmis chuii، وهو طحلب أكبر حجماً ومسطح نسبياً وسهل الحصاد. ولضمان موثوقية النتائج، لم يقم الباحثون بمجرد صب الطحالب في نفايات خام غير مخففة، بل أنشأوا سلسلة من الخلطات، حيث خففوا المياه العادمة بمياه بحر نظيفة لإنشاء أربعة مستويات مختلفة من القوة: 25%، 50%، 75%، و100% من المياه العادمة. كما تضمنت التجربة مجموعة ضابطة (Control group) حيث نمت الطحالب في غذاء مخبري قياسي لمعرفة مدى مقارنة هذه النفايات بالظروف المثالية، ومجموعة أخرى تحتوي على المياه العادمة فقط بدون طحالب لقياس التغيرات الطبيعية.

استمرت التجربة لمدة أسبوعين في أوعية زجاجية، مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة وتعريضها لدورة منتظمة من الضوء والظلام. قام الباحثون بفحص المياه كل بضعة أيام، حيث قاموا بعد خلايا الطحالب وقياس كمية النيتروجين والفوسفور والمواد العضوية التي اختفت من الماء. كما قاموا بوزن الطحالب المجففة في النهاية لحساب كمية المواد النباتية الجديدة التي تم إنتاجها بدقة. وكشفت النتائج عن مقايضة واضحة: الطحالب التي نمت بشكل أسرع لم تكن بالضرورة هي النوع الذي ينظف الماء بشكل أفضل.

أثبتت سلالة Tetraselmis chuii أنها بطلة النمو. فعند وضعها في ماء يتكون من نصف مياه عادمة ونصف مياه بحر نظيفة، أنتج هذا النوع أعلى كمية من الكتلة الحيوية، حيث وصل وزنه النهائي إلى 0.870 جرام لكل لتر. لقد نما بشكل ثابت وفعال، محولاً العناصر الغذائية في الماء إلى خلايا جديدة بسرعة أكبر من الأنواع الأخرى في ذلك المزيج المحدد. ومع ذلك، عندما كان الهدف هو تنظيف الماء بحت، فقد تصدر نوع آخر المشهد؛ حيث قامت سلالة Isochrysis galbana، عند نموها في ماء يحتوي على 75% من المياه العادمة، بإزالة أعلى نسبة مئوية من الملوثات. فقد أزالت 92% من الأمونيوم، و76% من النترات، و87% من الفوسفات. كما خفضت الطلب الكيميائي على الأكسجين — وهو مقياس للتلوث العضوي — بنسبة 63%. وهذا يعني أنه بينما كان Tetraselmis chuii أفضل في صنع الغذاء النباتي، كان Isochrysis galbana أفضل في تنقية الماء.

كما سلطت الدراسة الضوء على أن تركيز المياه العادمة كان مهماً للغاية. ففي المياه العادمة الأكثر تركيزاً وغير المخففة، عانت الطحالب أكثر، حيث نمت ببطء وأزالت عناصر غذائية أقل مقارنة بالمزيج المخفف. ويشير هذا إلى أن المستويات العالية من الأمونيا وغيرها من المواد الكيميائية في النفايات الخام تسبب إجهاداً للطحالب، مما يحد من قدرتها على أداء مهمتها. ومن المثير للاهتمام أن الباحثين وجدوا أن الأفضل أداءً في مهمة واحدة لم يكن هو الأفضل في المهمة الأخرى. فالنوع الذي أنتج أكبر قدر من الكتلة الحيوية لم يكن هو النوع الذي أزال أكبر قدر من العناصر الغذائية، والعكس صحيح. وهذه النتيجة حاسمة لأنها تعني أن مزارع الأسماك لا يمكنها ببساطة اختيار "طحلب خارق" واحد وتوقع أن يقوم بكل شيء بشكل مثالي. إن اختيار أي من الطحالب لاستخدامه يعتمد كلياً على هدف المزرعة: إذا كانت الأولوية لحصاد الطحالب لاستخدامها كعلف أو وقود، فإن Tetraselmis chuii في مزيج بنسبة 50% هو الخيار الأفضل. أما إذا كانت الأولوية لتنظيف الماء قبل إطلاقه، فإن Isochrysis galbana في مزيج بنسبة 75% هو الخيار الأمثل.

على الرغم من هذه النتائج الواعدة، يحرص الباحثون على الإشارة إلى أن هذه كانت تجربة مخبرية محكومة. فقد أجريت الدراسة في أوعية زجاجية صغيرة على فترة زمنية قصيرة، وهو أمر يختلف تماماً عن الأنظمة المفتوحة والمعقدة المستخدمة في مزارع الأسماك في العالم الحقيقي. ويؤكد الفريق صراحةً أن هذه النتائج ليست جاهزة بعد للاستخدام التجاري الفوري. فقبل أن يمكن استخدام أي من سلالات الطحالب هذه لمعالجة المياه العادمة على نطاق واسع، يجب إجراء المزيد من الاختبارات. ويجب أن تتحقق الأعمال المستقبلية من هذه النتائج في أنظمة تجريبية (Pilot-scale) تعمل بشكل مستمر، وتختبر كيفية أداء الطحالب عبر المواسم المختلفة، وتضمن سلامة الطحالب المحصودة من الملوثات مثل المعادن الثقيلة أو المسببات المرضية. وفي الوقت الحالي، توفر الدراسة خارطة طريق واضحة للإمكانات والقيود، مما يظهر أنه بينما توفر الطحالب الدقيقة أداة قوية لتنظيف محيطاتنا، فإن الأداة الصحيحة تعتمد على المهمة المحددة المطلوبة.