نظام الزراعة المائية هو نظام زراعة بيئي دائري يجمع بشكل عضوي بين تربية الأحياء المائية (الأسماك) والزراعة بدون تربة (الخضروات). في هذا النظام، يتم تحلل النفايات الغنية بالمغذيات مثل فضلات الأسماك والأعلاف غير المأكولة بواسطة الكائنات الدقيقة وتتحول إلى مغذيات يمكن للنباتات امتصاصها. ثم يتم نقل هذه المغذيات إلى مناطق زراعة النباتات، مما يوفر الأسمدة اللازمة لنمو النباتات مثل الخضروات والأعشاب. وفي الوقت نفسه، تمتص النباتات العناصر الغذائية من خلال جذورها، مما يلعب دورًا في تنقية جودة المياه. ثم تتدفق المياه النقية مرة أخرى إلى منطقة تربية الأسماك، مما يشكل نظامًا بيئيًا مغلق الحلقة.

1. أحواض الأسماك:هذه هي منطقة المعيشة الرئيسية للأسماك. يختلف الحجم والشكل والعمق وفقًا لحجم تربية الأحياء المائية وأنواع الأسماك. على سبيل المثال، بالنسبة للأسماك الزينة الصغيرة، يمكن أن يكون حوض الأسماك صغيرًا نسبيًا وضحلًا؛ إذا تمت زراعة أسماك صالحة للأكل كبيرة مثل الفرخ أو السلمون، فإن حوض الأسماك يحتاج إلى مساحة أكبر وعمق مناسب، وعادة ما يكون بعمق حوالي 1 - 2 متر، لضمان حصول الأسماك على مساحة كافية للحركة. يمكن أن تكون مواد حوض الأسماك من الخرسانة أو البلاستيك أو الألياف الزجاجية، وما إلى ذلك، والتي يجب أن تتمتع بخصائص جيدة مضادة للماء والمتانة.

2. معدات تعديل جودة المياه:للحفاظ على جودة المياه الجيدة المطلوبة لبقاء الأسماك على قيد الحياة، هناك حاجة إلى سلسلة من معدات تعديل جودة المياه. أولاً، توجد أجهزة ترشيح، بما في ذلك المرشحات المادية والمرشحات البيولوجية. يمكن للمرشحات المادية، مثل المرشحات الدقيقة، إزالة الجسيمات الصلبة في الماء، مثل الأعلاف والفضلات غير المأكولة، ومنعها من التحلل في الماء وإنتاج مواد ضارة. تستخدم المرشحات البيولوجية الكائنات الدقيقة، مثل البكتيريا المنيترة، لتحويل نيتروجين الأمونيا في الماء إلى نترات، مما يقلل من سمية الماء. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى معدات الأكسجين، مثل الهوائيات ذات المسام الدقيقة أو الهوائيات ذات العجلات المجدافية، لضمان وجود ما يكفي من الأكسجين المذاب في الماء. بشكل عام، يجب الحفاظ على محتوى الأكسجين المذاب عند 5 - 8 مجم/لتر لتلبية احتياجات تنفس الأسماك.

3. اختيار أنواع الأسماك:عند اختيار أنواع الأسماك، يجب مراعاة عوامل متعددة. معدل النمو هو عامل مهم. على سبيل المثال، يتمتع البلطي وسمك السلور بمعدلات نمو سريعة نسبيًا ومناسبة لأنظمة الزراعة المائية التجارية، حيث يمكنهم الوصول إلى أحجام قابلة للتسويق في وقت قصير نسبيًا. في الوقت نفسه، تعد قدرة الأسماك على التكيف أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. بعض الأسماك لديها متطلبات محددة لظروف بيئية مثل جودة المياه ودرجة الحرارة والملوحة. على سبيل المثال، تعتبر أسماك الكوي أكثر حساسية للتغيرات في جودة المياه، في حين أن سمك الشبوط الصليبي لديه قدرة أكبر على التكيف. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا مراعاة عادات تغذية الأسماك، مثل العاشبة أو آكلة اللحوم أو آكلة اللحوم، من أجل مطابقة الأعلاف وأنواع زراعة النباتات بشكل معقول.

1. أسرة أو أحواض الزراعة:هذا هو المكان الذي تنمو فيه النباتات. يجب تحديد تصميم أسرة أو أحواض الزراعة وفقًا لخصائص النمو وطرق زراعة النباتات. بالنسبة للخضروات الورقية مثل الخس والسبانخ، يمكن أن تكون أحواض الزراعة ضحلة نسبيًا، وعادة ما يكون عمقها حوالي 15 - 30 سم. يمكن أن تكون مواد أسرة الزراعة من البلاستيك أو الخشب أو المعدن، وما إلى ذلك، والتي يجب أن تضمن أداء تصريف جيد. داخل أسرة الزراعة، يتم عادةً ملء الركائز مثل الطين المتوسع أو الصوف الصخري أو ألياف جوز الهند. يمكن لهذه الركائز أن تثبت جذور النباتات وتوفر أيضًا بعض وظائف الاحتفاظ بالمياه والتهوية.

2. نظام الري:يختلف نظام الري في نظام الزراعة المائية عن الري التقليدي. يعتمد بشكل أساسي على تدوير مياه تربية الأحياء المائية. من خلال مضخة مياه، يتم ضخ المياه الموجودة في حوض الأسماك إلى الجزء العلوي من سرير أو حوض الزراعة، وتُستخدم طرق مثل الري بالتنقيط أو الري بالفيضان أو تقنية الغشاء الغذائي (NFT) لتوفير المياه والمغذيات للنباتات. على سبيل المثال، في نظام NFT، يتشكل غشاء رقيق من محلول المغذيات في الجزء السفلي من حوض الزراعة، وتغمر جذور النباتات جزئيًا في غشاء محلول المغذيات، والذي يمكنه التحكم بدقة في إمداد المغذيات وتحسين كفاءة استخدام المغذيات.

3. اختيار أنواع النباتات:يعد اختيار أنواع النباتات المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل الناجح لنظام الزراعة المائية. تعتبر الخضروات الورقية خيارًا شائعًا لأنها تتمتع بدورة نمو قصيرة ويمكنها امتصاص العناصر الغذائية المتحللة من فضلات الأسماك بسرعة. يمكن أن تزدهر الخضروات مثل الخس والبوك تشوي وسبانخ الماء في بيئة الزراعة المائية. بالإضافة إلى الخضروات الورقية، يمكن أيضًا زراعة بعض النباتات العشبية، مثل النعناع والريحان، في النظام. هذه النباتات لا تتمتع فقط بقيمة صالحة للأكل ولكنها يمكن أن تلعب أيضًا دورًا بيئيًا مثل صد الحشرات.

1. نظام خطوط الأنابيب:خطوط الأنابيب هي الجزء الرئيسي الذي يربط وحدة تربية الأحياء المائية ووحدة الزراعة. تنقل المياه من حوض الأسماك إلى وحدة الزراعة ثم تعيد المياه التي تنقيها النباتات إلى حوض الأسماك. مواد خطوط الأنابيب هي بشكل عام أنابيب PVC أو أنابيب PPR المقاومة للتآكل لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل. يجب تصميم قطر وطول خطوط الأنابيب وفقًا لمعدل التدفق والرأس الخاص بالنظام. على سبيل المثال، بالنسبة لنظام الزراعة المائية المنزلية الصغيرة، قد يكون قطر خط الأنابيب الرئيسي 2 - 3 سم كافيًا؛ بينما بالنسبة لنظام تجاري كبير، قد يحتاج قطر خط الأنابيب الرئيسي إلى الوصول إلى 10 - 15 سم.

2. مضخة المياه:مضخة المياه هي مصدر الطاقة لنظام الدوران. وتتمثل مهمتها الرئيسية في ضخ المياه من حوض الأسماك منخفض المستوى إلى وحدة الزراعة عالية المستوى. يحتاج اختيار مضخة المياه إلى مراعاة معلمين رئيسيين: معدل التدفق والرأس. يشير معدل التدفق إلى كمية المياه التي تضخها مضخة المياه لكل وحدة زمنية، ويشير الرأس إلى الارتفاع الذي يمكن لمضخة المياه أن ترفع المياه إليه. على سبيل المثال، في نظام زراعة مائية متوسط الحجم، إذا كان فرق الارتفاع بين حوض الأسماك ووحدة الزراعة 1.5 مترًا، وهناك حاجة إلى تدوير 500 لتر من الماء في الساعة، فإن مضخة مياه بمعدل تدفق 500 لتر/ساعة ورأس لا يقل عن 1.5 متر مطلوب.

3. مكونات الترشيح والتنقية (الدوران المساعد):أثناء عملية الدوران، من أجل زيادة تنقية جودة المياه، يجب أيضًا ضبط بعض مكونات الترشيح والتنقية في نظام خطوط الأنابيب. يمكن أن تتضمن هذه المكونات مرشحات الكربون المنشط لامتصاص الشوائب العضوية والروائح في الماء، ومعقمات الأشعة فوق البنفسجية لقتل الكائنات الدقيقة الضارة مثل البكتيريا والفيروسات والطحالب في الماء من خلال الإشعاع فوق البنفسجي، مما يضمن جودة المياه المتداولة وتوفير بيئة معيشية صحية للأسماك والنباتات.

نظام الزراعة المائية هو نظام زراعة مركب مبتكر يجمع بشكل عضوي بين طريقتين من طرق الإنتاج الزراعي المستقلة في الأصل، وهما تربية الأحياء المائية والزراعة بدون تربة. لديها العديد من المزايا التالية:

1. إعادة تدوير الموارد
في نظام الزراعة المائية، توفر فضلات الأسماك مغذيات غنية للخضروات. تحتوي هذه الإفرازات على مغذيات رئيسية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم اللازمة لنمو النبات. على سبيل المثال، يتم تحويل الأمونيا التي تفرزها الأسماك في الماء إلى نترات من خلال عمل البكتيريا المنيترة في الماء، والنترات هي مصدر ممتاز للأسمدة النيتروجينية لنمو الخضروات. تمتص الخضروات هذه العناصر الغذائية لنموها، وبالتالي تنقية جودة المياه. يمكن بعد ذلك إعادة تدوير المياه النقية إلى حوض الأسماك لبقاء الأسماك على قيد الحياة، مما يشكل دورة بيئية كاملة.
يقلل نموذج إعادة التدوير هذا بشكل كبير من الاعتماد على الأسمدة الخارجية وموارد المياه. بالمقارنة مع زراعة الخضروات وتربية الأحياء المائية التقليدية، فإنه يقلل من خطر إثراء المسطحات المائية الناجم عن فقدان الأسمدة وهدر موارد المياه.

2. تقليل استخدام المواد الكيميائية
نظرًا لأن الخضروات يمكن أن تنمو بشكل طبيعي مع العناصر الغذائية الموجودة في فضلات الأسماك، فليس هناك حاجة عمومًا إلى استخدام كميات كبيرة من الأسمدة الكيماوية. في الوقت نفسه، تنمو الأسماك في بيئة بيئية مستقرة نسبيًا، مما يقلل أيضًا من الحاجة إلى استخدام الأدوية للوقاية من الأمراض وعلاجها. على سبيل المثال، في بيئة زراعة مائية جيدة، يمكن للكائنات الدقيقة المفيدة في الماء أن تساعد في الحفاظ على صحة الأسماك وتثبيط نمو البكتيريا الضارة. يتيح هذا للنظام بأكمله أن يعمل بشكل طبيعي مع تدخل كيميائي أقل وإنتاج منتجات زراعية أكثر صحة وخضرة.

3. تعزيز التنوع البيئي
يمكن لنظام الزراعة المائية أن يوفر موائل لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية. بالإضافة إلى الأسماك والخضروات، تلعب المجتمعات الميكروبية في الماء (مثل البكتيريا المنيترة والبكتيريا المزيلة للنيتروجين، وما إلى ذلك) أيضًا دورًا رئيسيًا في النظام البيئي. تشكل هذه الكائنات الدقيقة علاقات بيئية معقدة في عملية تحلل فضلات الأسماك وتنقية جودة المياه.
قد تنجذب الحشرات والبرمائيات وما إلى ذلك حول النظام، مما يزيد من التنوع البيولوجي ويساعد في بناء بيئة بيئية صغيرة أكثر استقرارًا وصحة.

1. زيادة الإنتاج لكل وحدة مساحة
يتيح نظام الزراعة المائية الإنتاج المتزامن لمنتجين، الأسماك والخضروات، في نفس المساحة. على سبيل المثال، في جهاز زراعة مائية داخلي صغير، يمكن للخضروات المزروعة رأسيًا أن تستغل المساحة بالكامل، بينما تنمو الأسماك الموجودة في حوض الأسماك بشكل طبيعي أيضًا في منطقة المياه السفلية. يمكن لطريقة الإنتاج ثلاثية الأبعاد هذه الحصول على إنتاج أعلى لكل وحدة مساحة من تربية الأحياء المائية أو زراعة الخضروات وحدها، وبالتالي تحسين كفاءة استخدام الأراضي.

2. تقليل تكاليف الإنتاج
بسبب تقليل استخدام الأسمدة وبعض الأدوية، بالإضافة إلى إعادة تدوير موارد المياه، يمكن لنظام الزراعة المائية أن يقلل من تكاليف الإنتاج في التشغيل طويل الأجل. على سبيل المثال، في بعض مزارع الزراعة المائية واسعة النطاق، من خلال تصميم نظام معقول، يمكن أن يوفر تدوير المياه وتنقيحها كمية كبيرة من تكاليف المياه وتقليل الإنفاق على شراء الأسمدة الكيماوية، مما يجعل المنتجات أكثر قدرة على المنافسة من حيث الأسعار في السوق.

3. مبيعات منتجات متنوعة
يمكن لهذا النظام إنتاج الأسماك والخضروات في نفس الوقت، مما يوفر للمنتجين خيارات منتجات متنوعة للبيع. سواء كانت أسماكًا طازجة، مثل سمك القاروص والبلطي وما إلى ذلك، أو خضروات عضوية، مثل الخس والسبانخ وما إلى ذلك، يمكنها تلبية احتياجات المستهلكين المختلفين، وتوسيع قنوات المبيعات، وزيادة مصادر الدخل.

1. إنتاج طعام صحي
تنمو الخضروات المنتجة في نظام الزراعة المائية في مياه معاد تدويرها الغنية بالمغذيات ولا تتلوث بالأسمدة الكيماوية والمبيدات الحشرية في الزراعة التقليدية. علاوة على ذلك، تنمو الأسماك في بيئة مائية نظيفة، ويكون لحمها أكثر لذة وصحة. على سبيل المثال، يتميز الخس المنتج بواسطة نظام الزراعة المائية بأوراق طرية ومذاق جيد وغني بالعناصر الغذائية، كما أن الأسماك لا تحتوي على بقايا أدوية، وهي أطعمة آمنة ومطمئنة.

2. تحقيق الإنتاج العضوي
طالما تم إدارة نظام الزراعة المائية وفقًا لمعايير الإنتاج العضوي، فمن السهل الحصول على شهادة عضوية. نظرًا لأن عملية الإنتاج الخاصة بها تتوافق مع المبادئ الأساسية للزراعة العضوية، أي أنه لا يتم استخدام الأسمدة الكيماوية الاصطناعية أو المبيدات الحشرية أو التقنيات المعدلة وراثيًا، مما يوفر للمستهلكين خيارات غذائية عضوية حقيقية.