מזהמים עיקריים במים בחקלאות ימית והשפעותיהם על בעלי חיים ימיים

עבור חקלאות ימית, ניהול מזהמים בבריכות גידול הוא עניין קריטי. מזהמים נפוצים במי חקלאות ימית כוללים חומרים חנקן ותרכובות זרחן. חומרים חנקניים כוללים חנקן אמוניה, חנקן ניטריט, חנקן חנקתי, חנקן אורגני מומס, בין היתר. תרכובות זרחן כוללות פוספטים תגובתיים וזרחן אורגני. מאמר זה בוחן את המזהמים העיקריים במי החקלאות הימית והשפעותיהם על בעלי חיים ימיים. בואו נסתכל תחילה על דיאגרמה מפושטת לשינון והבנה קלים יותר.

להלן נספק הסברים ספציפיים.

חנקן אמוניה הוא אחד המזהמים העיקריים במי חקלאות ימית, המופק בעיקר מפירוק שאריות מזון ומוצרים מטבוליים של בעלי חיים בחקלאות ימית במים. הצטברות של חנקן אמוניה במערכת עלולה לפגוע ברקמות האפידרמיס ובזימים של דגים, לשבש את מערכת פעילות האנזים הביולוגיים. אפילו לריכוזים נמוכים של חנקן אמוניה (מעל 1 מ"ג/ליטר) עלולות להיות השפעות רעילות על בעלי חיים בחקלאות ימית, במיוחד אמוניה לא מיומנת רעילה מאוד, שעלולה לגרום לנזק בריכוזים נמוכים מאוד. ריכוז מוגבר של חנקן אמוניה בסביבה מוביל גם להפרשת חנקן מופחתת על ידי אורגניזמים מימיים, הפחתת בליעתם של חומרים המכילים אמוניה, ובסופו של דבר משפיעה על הגדילה וההתפתחות התקינה של בעלי חיים במים. ריכוזים גבוהים של חנקן אמוניה בסביבה עלולים להשפיע גם על האיזון האוסמוטי של בעלי חיים במים, ולהוביל לירידה ביכולת העברת החמצן וחוסר יכולת להפריש חומרים רעילים מגופם. רוב המחקרים המקומיים והבינלאומיים על טיפול במי חקלאות ימית מתמקדים בטיפול בחנקן אמוניה.

ניטריט בחקלאות ימית הוא בעיקר מוצר ביניים שנוצר במהלך תהליכי ניטריפיקציה או דניטריפיקציה. הוא יכול לחדור לגוף דרך הזימים של בעלי חיים בחקלאות ימית ולהפחית את יכולת נשיאת החמצן של ההמוגלובין בדמם, ולגרום להיפוקסיה ומוות אצל חיות מים. חשוב לשים לב להצטברות של ניטריט במקווי מים, במיוחד במערכות שהופעלו לאחרונה, שעלולות להיות לה השפעות רעילות משמעותיות על אורגניזמים בחקלאות ימית.

לניטראט רעילות נמוכה יחסית לדגים, ולכן אין מגבלת ריכוז ספציפית, אך ריכוזים גבוהים יכולים להשפיע על הטעם של מוצרי חקלאות ימית. חנקן חנקתי במהלך תהליכי דניטריפיקציה יכול גם לייצר חנקן חנקני, שעלול להיות רעיל לאורגניזמים בחקלאות ימית. דוחות ספרות הראו שהצטברות של חנקן חנקתי עלולה להוביל לצמיחה איטית ולמחלות באורגניזמים בחקלאות ימית. נהוג לחשוב כי במהלך חקלאות ימית של סלמון, יש לשמור על רמות החנקה במים מתחת ל-7.9 מ"ג/ליטר. לכן, בתהליך הטיפול במי החקלאות הימית, אין להמיר חנקן למיניהם בצורה עיוורת לחנקן חנקתי בלבד, ויש לשקול גם פינוי חנקן חנקתי.

חנקן אורגני מומס במי חקלאות ימית מקורו בעיקר בשאריות מזון, הפרשות ומוצרים מטבוליים של אורגניזמים בחקלאות ימית. חנקן אורגני מומס במי חקלאות ימית הוא בעל מבנה פשוט יחסית, מתכלות ביולוגית טובה, וניתן לנצל אותו בקלות על ידי מיקרואורגניזמים, תוך השגת יעילות הסרה טובה באמצעות תהליכי טיפול ביולוגיים קונבנציונליים. כאשר ריכוז החנקן האורגני במים אינו גבוה, יש לו השפעה מועטה על אורגניזמים מימיים. עם זאת, כאשר חנקן אורגני מצטבר במידה מסוימת, הוא יכול לקדם את התפשטותם של מיקרואורגניזמים פתוגניים ומזיקים, להדרדר את איכות המים ולגרום למחלות ומוות באורגניזמים בחקלאות ימית.

פוספטים פעילים בתמיסות מימיות עשויים להתקיים בצורות כגון PO3-4、HPO2-4、H₂PO- 4和 H₃PO₄, כאשר הפרופורציות היחסיות שלהם (מקדמי התפלגות) משתנים בהתאם ל-pH. הם יכולים להיות מנוצלים ישירות על ידי אצות, חיידקים וצמחים. לפוספטים פעילים יש נזק ישיר מינימלי לדגים, אך הם יכולים לקדם צמיחה נרחבת של אצות וחיידקים במים, צריכת חמצן ופגיעה בצמיחת הדגים. סילוק הפוספטים ממי החקלאות הימית נשענת בעיקר על משקעים וספיחה כימיים. משקעים כימיים כרוכים בהוספת חומרים כימיים למים ליצירת משקעי פוספט באמצעות תהליכי משקעים כימיים, ולאחר מכן צפיפות והפרדת מוצק-נוזל להסרת פוספטים מהמים. ספיחה משתמשת בחומרי ספיגה בעלי שטחי פנים גדולים ונקבוביות רבות כדי לאפשר לזרחן במי שפכים לעבור חילופי יונים, קומפלקס קואורדינציה, ספיחה אלקטרוסטטית ותגובות משקעים פני השטח, ובכך להסיר זרחן מהמים.

סך זרחן מתייחס לסכום של זרחן מסיס וזרחן חלקיקי. זרחן מסיס במים ניתן לחלק נוסף לזרחן אורגני מסיס וזרחן אנאורגני מסיס, כאשר זרחן אנאורגני מסיס קיים בעיקר בצורת פוספטים פעילים. זרחן חלקיקי מתייחס לצורות זרחן הקיימות על פני השטח או בתוך חלקיקים מרחפים במים, אשר בדרך כלל קשה לניצול ישיר לבעלי חיים מימיים. זרחן אורגני חלקיקי קיים בעיקר ברקמות התא ובפסולת אורגנית של רקמות בעלי חיים מימיים, בעוד שזרחן אנאורגני חלקיקי נספג בעיקר למינרלים חימר מרחפים.

לסיכום, המשימה החשובה ביותר בחקלאות ימית היא להסדיר את סביבת המים של החקלאות הימית, תוך התחשבות בגורמים שונים ליצירת סביבת מים מאוזנת, ובכך למזער הפסדים ולמקסם את התועלת הכלכלית. כיצד לווסת את סביבת המים ינתח במאמרים הבאים.