Challenges of Microalgae Integration in Recirculating Aquaculture Systems: Bridging Potential and Practice

تخيل مزرعة سمكية لا تكتفي بتربية الأسماك فحسب، بل تزرع أيضاً الغذاء الذي تأكله وتنظف المياه التي تسبح فيها، كل ذلك ضمن حلقة واحدة مغلقة. هذا هو الوعد الذي تقدمه أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويرها (RAS). في هذه المرافق القائمة على البر، يتم ترشيح المياه وإعادة استخدامها باستمرار بدلاً من صبها في الأنهار أو المحيطات. يعتمد النظام على البكتيريا لتحويل فضلات الأسماك السامة إلى مغذيات غير ضارة، لكن المياه لا تزال تحمل نيتروجين وفوسفور ذائبين يمكن أن يتراكما لمستويات ضارة. لعقود من الزمن، بحث العلماء عن طريقة لاستخدام هذه المغذيات المتبقية لإنتاج شيء مفيد، بدلاً من مجرد التعامل معها كنفايات. وهنا يأتي دور الطحالب الدقيقة، وهي نباتات مجهرية تطفو في الماء. هذه الكائنات الصغيرة هي محركات طاقة طبيعية؛ فهي تستنشق ثاني أكسيد الكربون، وتطلق الأكسجين، وتتغذى على المغذيات الذائبة التي لا تستطيع الأسماك استخدامها. وإذا أمكن زراعتها داخل مزرعة الأسماك نفسها، فقد تنظف المياه، وتوفر غذاءً طازجاً للأسماك، بل وتلتقط الكربون أيضاً، مما يخلق نظاماً بيئياً دائرياً حقاً.

لقد أجرى مراجعة حديثة أجراها باحثون من جامعة كيل وهوخشوله بريمرهاف نظرة فاحصة وصارمة حول ما إذا كانت هذه الفكرة يمكن أن تنجح فعلياً على نطاق تجاري. فحص الفريق مئات الدراسات لمعرفة ما إذا كان دمج الطحالب الدقيقة الحية في مزارع الأسماك حقيقة قابلة للتطبيق أم مجرد نظرية واعدة. ووجدوا أنه بينما المفهوم سليم علمياً ويقدم فوائد متعددة، فإن الطريق من المختبر إلى مزرعة أسماك عاملة مسدود بعقبات عملية كبيرة. ويؤكد الباحثون أن الطحالب الدقيقة يمكنها بالفعل العمل كمرشح بيولوجي، حيث تمتص المغذيات الزائدة وتحسن جودة المياه. كما أنها تعمل كمكمل غذائي غني يمكن أن يعزز صحة ونمو الأسماك والروبيان. ومع ذلك، خلصت الدراسة إلى أنه رغم هذه المزايا، فإن التكنولوجيا ليست جاهزة بعد للاعتماد على نطاق واسع. والعقبات الرئيسية ليست نقصاً في المعرفة، بل تكمن في صعوبة إبقاء الطحالب حية ومنتجة في بيئة فوضوية ومتغيرة، والتكلفة العالية لحصاد هذه الكائنات الصغيرة بمجرد نموها.

إن الفوائد المحتملة لهذا التكامل كبيرة جداً. في مزرعة أسماك نموذجية، تذوب الأطعمة غير المستهلكة وفضلات الأسماك في الماء، مما يخلق "حساءً" من المغذيات التي يمكن أن تضر الأسماك إذا لم تتم إدارتها. تستطيع الطحالب الدقيقة امتصاص هذه المغذيات، وتحويلها إلى كتلة حيوية جديدة. هذه العملية لا تنظف المياه فحسب، بل تنتج الأكسجين أيضاً، وهو أمر حيوي للأسماك. علاوة على ذلك، فإن الطحالب نفسها غنية بالبروتينات والدهون الصحية، مما يعني أنها قد تحل محل مسحوق السمك المكلف في نظام غذاء الحيوانات المرباة. وأشار الباحثون إلى أنه في البيئات الخاضعة للرقابة، أظهرت أنواع معينة من الطحالب، مثل Chlorella و Tetradesmus، قدرتها على إزالة كميات كبيرة من النيتروجين والفوسفور من الماء. وفي بعض التجارب، أدى إضافة الطحالب إلى النظام إلى تحسين معدلات بقاء الأسماك والروبيان الصغيرة وجعلها أكثر مقاومة للأمراض. كما تساعد الطحالب في استقرار كيمياء المياه، مما يمنع تقلب الرقم الهيدروجيني (pH) بشكل حاد، وهو ما قد يسبب الإجهاد للحيوانات.

ومع ذلك، فإن الانتقال من تجربة صغيرة خاضعة للرقابة إلى مزرعة أسماك تجارية كبيرة هو حيث تبدأ الصعوبات. التحدي الأساسي هو أن مزرعة الأسماك مكان فوضوي. فجودة المياه تتغير باستمرار بناء استهلاك الأسماك للطعام، وعددها في الحوض، ومدى كفاءة المرشحات. الطحالب الدقيقة حساسة؛ فهي تحتاج إلى كميات محددة من الضوء والحرارة والمغذيات لتزدهر. وفي حوض كبير، يمكن للطحالب أن تنمو بكثافة لدرجة تحجب الضوء عن تلك الموجودة في الأسفل، مما يؤدي إلى تباطؤ الثقافة بأكملها أو موتها. هذه الظاهرة، المعروفة باسم "التظليل الذاتي"، تعد عائقاً رئيسياً. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتنافس الطحالب مع البكتيريا والكائنات المجهرية الأخرى الموجودة أيضاً في فضلات الأسماك. وأحياناً، تسيطر هذه المنافسين غير المرغوب فيهم، مما يؤدي إلى انهيار ثقافة الطحالب. ووجد الباحثون أن الحفاظ على ثقافة مستقرة ونقية من الطحالب في بيئة مزرعة أسماك غير معقمة أمر صعب للغاية وغالباً ما يؤدي إلى نتائج غير متسقة.

وحتى لو نمت الطحالب جيداً، فإن استخراجها من الماء يمثل مشكلة تقنية واقتصادية هائلة. خلايا الطحالب الدقيقة مجهرية وتطفو بتركيزات مخففة جداً، مما يجعل فصلها عن الماء أمراً صعباً. تتطلب عملية حصادها طاقة كبيرة ومعدات باهظة الثمن، مثل أجهزة الطرد المركزي أو مرشحات خاصة. تسلط الدراسة الضال على أن تكلفة حصاد وتجفيف الطحالب غالباً ما تفوق قيمة الطحالب كمكون غذائي. في كثير من الحالات، تكون الطاقة المطلوبة لتشغيل الأضواء والمضخات وآلات الحصاد أكبر من مجرد شراء أعلاف الأسماك التقليدية. ويشير الباحثون إلى أنه بينما يوفر استخدام مياه الصرف لنمو الطحالب المال في الأسمدة، إلا أنه لا يوفر ما يكفي لتغطية التكاليف العالية للمعدات والكهرباء اللازمة لتشغيل النظام.

هناك قضية حرجة أخرى وهي وضوح المياه. فالأسماك تحتاج لرؤية طعامها لتأكله، وهي تعتمد على حاسة البصر للتنقل وتجنب التوتر. إذا كانت المياه مليئة بسحابة كثيفة من الطحالب الخضراء، فإنها تصبح عكرة، مما قد يربك الأسماك، ويقلل من تغذيتها، ويزيد من مستويات التوتر لديها. وجد الباحثون أنه يجب تحقيق توازن دقيق: قدر كافٍ من الطحالب لتنظيف المياه، ولكن ليس كثيراً لدرجة تحول الحوض إلى "حساء أخضر". إدارة هذا التوازن في الوقت الفعلي أمر صعب لأن الطحالب تنمو وتموت بمعدلات مختلفة، والأسماك تنتج فضلات في أوقات غير متوقعة. وتكافح التكنولوجيا الحالية لمراقبة وتعديل هذه الظروف تلقائياً، مما يترك مشغلي المزارع في حالة تخمين حول مقدار الطحالب الزائد عن الحد.

لا تزال الصورة الاقتصادية هي الحاجز الأكبر. حللت المراجعة تكاليف مختلفة ووجدت أنه بينما يمكن لأحواض الطحالب واسعة النطاق أن تكون مربحة نوعاً ما إذا استخدمت أساساً لمعالجة مياه الصرف الصحي، فإن إضافة الطحالب إلى مزرعة أسماك خصيصاً لإنتاج العلف نادراً ما يكون فعالاً من حيث التكلفة. إن الاستثمار الرأسمالي للمفاعلات والأضواء ومعدات الحصاد مرتفع، وتكاليات التشغيل للكهرباء والعمالة أعلى حتى. وتقترح الدراسة أنه ما لم ترتفع أسعار أعلاف الأسماك التقليدية بشكل صاروخي أو تنخفض تكلفة حصاد الطحالب بشكل كبير، فمن المرجح أن تلتزم مزارع الأسماك التجارية بالطرق التقليدية. السيناريوهات الوحيدة التي تجعل الأرقام منطقية هي في حالات محددة جداً ذات قيمة عالية أو حيث تُزرع الطحالب لأغراض أخرى، مثل إنتاج الوقود الحيوي أو الأدوية، بدلاً من مجرد أعلاف الأسماك.

في الختام، تخلص الورقة إلى أنه بينما الفكرة المتمثلة في وجود مزرعة أسماك تزرع غذاءها الخاص وتنظف مياهها الخاصة ممكنة علمياً، إلا أنها ليست واقعاً عملياً لمعظم المزارعين بعد. التكنولوجيا تعمل في التجارب الصغيرة الخاضعة للرقابة، لكن لم يثبت بعد أنها تعمل بشكل موثوق ورخيص على نطاق واسع. ويؤكد الباحثون أن النجاح المستقبلي يعتمد على تطوير طرق أفضل لحصاد الطحالب، وخلق سلالات طحالب أكثر قوة وسهولة في النمو في البيئات الفوضوية، وإيجاد طرق أرخص لإضاءة وخلط المياه. وحتى يتم حل هذه التحديات الهندسية والاقتصادية، سيظل دمج الطحالب الدقيقة في أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويرها مجرد تجربة متخصصة وليس ممارسة قياسية في الصناعة. الإمكانات موجودة، لكن الطريق لجعلها جزءاً روتينياً من تربية الأسماك لا يزال طويلاً ومنحدراً.