بهینه‌سازی تولید و سلامت آبزیان با استفاده از روش‌های پایدار و مقرون‌به‌صرفه، یکی از اهداف اصلی آبزی‌پروری مدرن است. در سال‌های اخیر، استفاده از آب مغناطیسی به‌عنوان یک فناوری فیزیکی غیرتهاجمی، آسان و کم‌هزینه برای بهبود کیفیت آب و افزایش عملکرد رشد آبزیان مورد توجه بسیاری از پرورش‌دهندگان قرار گرفته است. در این مقاله، به بررسی تأثیرات این فناوری نوین در صنعت آبزی‌پروری خواهیم پرداخت.
جدول 1: بررسی تفاوت های بین آب مغناطیسی و آب غیر مغناطیسی.
| شاخص های فزیکوشیمیایی آب | آب غیر مغناطیسی | آب مغناطیسی |
| ساختار مولکولی آب | خوشه های بزرگ و نامنظم | ساختار خوشه ای و مولکولی |
| کشش سطحی | بالا | کاهش می یابد |
| سختی آب | بالا | کنترل شده – کاهش می یابد |
| قابلیت حلالیت | متوسط | افزایش می یابد |
| یون های باردار | بیشتر آزاد | کاهش موقتی |
| رشد جلبک، قارچ و باکتری | زیاد | کنترل شده و کاهش می یابد |
صنعت آبزی‌پروری با چالش‌هایی مانند مدیریت بهینه منابع آب، افزایش هزینه‌های خوراک و افزایش استرس در محیط‌های پرورشی مواجه است. از این رو، فناوری‌های نوینی که بدون استفاده از مواد شیمیایی بتوانند به این چالش‌ها پاسخ دهند، از ارزش بالایی برخوردار هستند. آب مغناطیسی، آبی است که از مقابل میدان مغناطیسی دائمی عبور کرده و در این فرآیند، ساختار خوشه‌ای مولکول‌های آب تغییر می‌کند. پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب در این حالت تحت تأثیر عواملی مثل شدت میدان مغناطیسی، مدت زمان تماس آب با این میدان، دبی آب ورودی، جهت‌گیری میدان و نوع آهنربا قرار می‌گیرند. فرض بر این است که این تغییرات می‌تواند جذب مواد مغذی و اکسیژن را در سطح سلولی برای آبزیان بهبود بخشد و محیط سالم‌تری فراهم آورد.
میدان مغناطیسی بر اثر تعامل بین میدان گرانشی و میدان الکتریکی ایجاد می‌شود و با تغییر آرایش بارهای الکتریکی مولکول‌های مواد، برخی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها را تغییر می‌دهد؛ به طوری که ماده حاصل نسبت به حالت عادی دارای ویژگی‌های متمایزی می‌شود. در تحقیقات بوم‌شناختی، اثرات میدان مغناطیسی به دو صورت مستقیم بر موجود زنده یا به واسطه اعمال میدان مغناطیسی به محیط پیرامون موجود زنده مورد بررسی قرار می‌گیرد.
دستگاه مگنتایزر ( دستگاه القاء کننده میدان مغناطیسی):
استفاده از دستگاه مگنتایزر ها یکی از روش های نوین بهبود پارامتر های فیزیکوشیمیایی آب استخر ها پرورش آبزیان می باشد. مگنتایزر دستگاهی با ساختار ساده و بدون نیاز به انرژی است. شدت و قدرت این دستگاه در گذر زمان کاهش نمی یابد و به علت ساختار ساده ای که دارد نصب آن بسیار ساده است. استفاده از میدان مغناطیسی می تواند بر کشش سطحی، چگالی، ویسکوزیته، شکست نور و توانایی احلال ماده جامد اثر گذار می باشد.
اثر میدان مغناطیسی بر ساختار مولکولی آب:
به طور طبیعی، بین نیروهای خالص مولکول‌های آب تفاوت کمی وجود دارد و مولکول‌ها به طور کاملاً تصادفی و نامنظم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. وقتی آب از میدان مغناطیسی عبور می‌کند، آرایش بارهای الکتریکی مولکول‌های آب دچار تغییر می‌شود؛ به گونه‌ای که کاتیون‌ها و آنیون‌ها از حالت بی‌نظمی به نظم بیشتری در می‌آیند و نوع پیوند اکسیژن و هیدروژن نیز از حالت زاویه‌دار (مثلثی) به شکل خطی نزدیک‌تر می‌شود. در این شرایط هیدروژن‌های مثبت، نیروهای قوی‌تری کسب می‌کنند و نیروی منفی مولکول آب، به نیرویی با بارمثبت آب مغناطیسی تبدیل می‌گردد که در نتیجه؛ بار الکتریکی مولکول آب نسبت به آب معمولی متفاوت خواهد بود، بنابراین مغناطیسی کردن آب روی شاخص‌های فیزیکی و شیمیایی آن مانند دما، وزن مخصوص، هدایت الکتریکی، غلظت املاح، قابلیت انحلال گازها، کشش سطحی، قدرت حلالیت، چگالی، سرعت تبخیر و درجه سختی تأثیر می‌گذارد.
مولکول‌های آب به طور ذاتی قطبی هستند؛ به این معنی که سر اکسیژن بار منفی و سر هیدروژن بار مثبت دارد و این قطبش باعث ایجاد پیوند هیدروژنی و تمایل به تشکیل خوشه‌های آب می‌شود. با عبور آب از میدان مغناطیسی قوی، این خوشه‌ها تجزیه شده و به واحدهای کوچک‌تر و منظم‌تری تبدیل می‌شوند که اغلب ساختاری شش‌ضلعی دارند؛ این ساختارهای کوچک‌تر به راحتی می‌توانند از غشاهای سلولی آبزیان و گیاهان عبور کنند.
تصویر 1: مولکول های آب قبل و بعد از عبور از میدان مغناطیسی.
تغییر در بار الکتریکی یون ها:
اثر اصلی مغناطیسی کردن آب، بر تعادل بار الکتریکی یون‌های موجود در محلول است. این فرآیند باعث تغییر در رفتار بلورهای کلسیم و منیزیم می‌شود و چسبندگی آنها برای تشکیل رسوبات کاهش می‌یابد. همچنین میدان‌های مغناطیسی موجب دیونیزاسیون موقتی آب (کاهش تعداد کاتیون‌ها و آنیون‌های آزاد) و تنظیم تعادل اسیدی-قلیایی آب می‌شود. به این ترتیب، رسوب‌گذاری در سیستم‌های پرورشی کاهش یافته و کیفیت آب بهبود می‌یابد.
اثر بر کشش سطحی و ویسکوزیته:
عبور آب از میدان مغناطیسی باعث کاهش کشش سطحی و ویسکوزیته آن می‌شود. این ویژگی در سیستم‌های مدار بسته‌ای که آب به طور مداوم در گردش است، موجب افزایش کارایی پمپ‌ها و کاهش فرسایش تجهیزات می‌گردد. کاهش کشش سطحی باعث افزایش قابلیت حلالیت آب و تسهیل انتقال مواد مغذی و اکسیژن به آبزیان می‌شود. همچنین کاهش ویسکوزیته باعث حرکت روان‌تر آب و کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های پرورشی خواهد شد.
بهبود خواص حلالیت اکسیژن و مواد معدنی در آب:
کاهش اندازه خوشه‌های مولکولی و افزایش تعداد مولکول‌های آزاد در آب مغناطیسی، منجر به افزایش قدرت حلالیت آن می‌شود. این تغییر باعث می‌شود که عملکرد دستگاه‌های هوادهی بهبود یابد و در نتیجه، آبزیان در شرایط تنفس بهتر و سلامت بالاتری قرار می گیرند. علاوه بر این، میزان حلالیت مواد معدنی در حضور میدان مغناطیسی افزایش یافته و انتقال مواد مغذی به بدن موجودات زنده نیز بهبود می‌یابد. این ویژگی‌ها باعث ارتقای کیفیت آب و افزایش بهره‌وری در سیستم‌های پرورش آبزیان می‌شود.
کنترل میزان سختی آب:
دیونیزاسیون آب مغناطیسی تا حد زیادی می‌تواند سختی آب را کاهش دهد و باعث تبدیل املاح رسوب‌زا مانند کلسیم و منیزیم از حالت چسبنده به شکل غیر چسبنده و قابل دفع شود. به این ترتیب، تشکیل رسوبات آهکی کاهش یافته و مشکلات ناشی از تجمع این املاح در لوله‌ها و تجهیزات پرورش آبزیان کمتر می‌شود. البته باید توجه داشت که اثربخشی سختی‌گیرهای مغناطیسی به شدت سختی آب و شرایط محیطی بستگی دارد و در مواردی که سختی آب بسیار بالا باشد، ممکن است کارایی آنها کاهش یابد.
کاهش بار میکروبی:
برخی پژوهش‌ها نشان داده‌اند که آب مغناطیسی با حذف یا ته‌نشینی ذرات معلق و کاهش تعداد یون‌های آزاد، منجر به کاهش قابل توجه رشد قارچ‌ها، باکتری‌های مضر و سایر پاتوژن‌ها در سیستم‌های پرورش آبزیان می‌شود. این کاهش بار میکروبی باعث بهبود کیفیت آب و کاهش خطر بیماری‌ها می‌گردد و در نتیجه سلامت و رشد بهتر آبزیان را فراهم می‌کند.
اثرات استفاده از مگنتایزر بر برخی از شاخص های فیزیکوشیمیایی آب:
- pH آب پس از عبور از میدان مغناطیسی به طور اندکی افزایش می‌یابد که ناشی از افزایش یون‌های هیدروکسیل (OH-) است. این تغییر باعث کاهش اسیدیته آب و افزایش قلیایی بودن آن می‌شود.
- هدایت الکتریکی آب نیز تغییر می‌کند که معمولاً به دلیل تغییر در غلظت یون‌های موجود در آب و آرایش مولکولی آن اتفاق می‌افتد.
- غلظت اکسیژن محلول در آب افزایش می‌یابد و کاهش کشش سطحی به تسهیل انتقال گاز و پراکندگی اکسیژن کمک می‌کند.
- سختی آب کاهش می‌یابد که این موضوع می‌تواند فرآیندهایی مانند رسوب‌گذاری و جذب مواد مؤثر را بهبود بخشد.
این تغییرات به بهبود کیفیت آب و افزایش کارایی سیستم‌های پرورشی کمک می‌کنند و عملکرد بهینه‌تری را فراهم می‌آورند.
اثرات استفاده از آب مغناطیسی بر آبزیان:
– تاثیر بر جذب مواد مغذی:
آب مغناطیسی با کاهش اندازه خوشه‌های مولکولی، نفوذ و ترشح آب به داخل سلول‌های بدن آبزیان را تسهیل می‌کند. این پدیده باعث جذب بهینه آب و مواد معدنی شده و انتقال مؤثر مواد مغذی و الکترولیت‌ها از روده به خون را بهبود می‌بخشد که در نتیجه عملکردهای متابولیک را تقویت می‌کند. همچنین به دلیل نفوذ آسان‌تر آب به سلول‌ها، تعادل اسمزی بهتر برقرار شده و مشکلات گوارشی و کلیوی در آبزیان کاهش می‌یابد. این اثرات باعث افزایش رشد، سلامت و مقاومت آبزیان در برابر بیماری‌ها می‌شود و بهره‌وری سیستم‌های پرورش را بهبود می‌بخشد.
– افزایش راندمان رشد:
کاهش کشش سطحی و نرم‌تر شدن آب باعث می‌شود که ماهیان برای شنا انرژی کمتری مصرف کنند. این موضوع منجر به کاهش مصرف کالری و افزایش میزان انرژی صرف شده برای رشد می‌گردد. علاوه بر این، کاهش مصرف انرژی پمپ‌ها و تجهیزات مکانیکی در سیستم‌های پرورش بزرگ‌مقیاس بسیار حیاتی است و می‌تواند به بهبود بهره‌وری کمک کند. مطالعات انجام شده روی کپور معمولی و کوی نشان داده‌اند که استفاده از آب مغناطیسی می‌تواند نرخ رشد ویژه (SGR) و وزن نهایی ماهیان را افزایش داده و ضریب تبدیل غذایی (FCR) را کاهش دهد. همچنین در برخی تحقیقات، بهبود در آنزیم‌های کبدی و متابولیسم نیز مشاهده شده است که نشان‌دهنده تأثیر مثبت این فناوری بر سلامت و بهره‌وری آبزیان است.
– کاهش عوامل استرس زا و بیماری زا:
استفاده از آب مغناطیسی باعث افزایش اکسیژن محلول، کاهش میزان سمیت آمونیاک، حذف رسوبات و ذرات معلق در آب و کاهش رشد جلبک‌ها و قارچ‌ها در سیستم‌های پرورشی می‌شود. این تغییرات محیطی باعث کاهش میزان استرس و مخاطرات تنفسی برای آبزیان شده و سیستم ایمنی ماهیان و سایر آبزیان را بهبود می‌بخشد. در نتیجه، سلامت و مقاومت آنها در برابر بیماری‌ها افزایش یافته و شرایط بهتری برای رشد و بازدهی فراهم می‌گردد.
– بهبود کیفیت آب و سهولت نصب:
1- استفاده از آب مغناطیسی در سیستم‌های مدار بسته (RAS) باعث کاهش آمونیاک، نیتریت و برخی از املاح مضر می‌شود که به بهبود کیفیت آب کمک شایانی می‌کند. این تغییرات منجر به افزایش اکسیژن محلول و بهبود ظرفیت بافری آب می‌گردند که شرایط زیستی بهتری برای آبزیان فراهم می‌کند.
2- دستگاه‌های تولید آب مغناطیسی معمولاً ساختاری ساده، هزینه نسبتاً پایین و نصب آسان دارند و به راحتی می‌توانند بر روی سیستم‌های موجود نصب شوند. این ویژگی‌ها موجب می‌شود تا از این فناوری در بسیاری از مراکز پرورش آبزیان به عنوان روشی مقرون به صرفه و کارآمد بهره گرفته شود.
اثرات استفاده از آب مغناطیسی در هچ تخم آبزیان:
مطالعات متعددی به بررسی تأثیر آب مغناطیسی بر رشد ماهی از مرحله جنینی تا بلوغ پرداخته‌اند. میدان مغناطیسی می‌تواند بر میزان جذب آب توسط تخم ماهی پس از لقاح و تحرک جنین تأثیر بگذارد. مغناطیسی کردن آب با تأثیر بر چیدمان مولکول‌ها بر اساس بار مغناطیسی، اندازه خوشه‌های آب را در دمای مشخص تغییر داده و کارایی جریان آب را در حرکت دادن اجسام نظیر تخم ماهی بهبود می‌بخشد. این امکان وجود دارد که تخم‌ها با جریان کمتر آب در انکوباتورها به حالت غوطه‌وری درآیند، که برخوردهای فیزیکی بین تخم‌ها کاهش یافته و از بروز استرس مکانیکی، یکی از عوامل مهم کاهش بقای تخم‌ها، جلوگیری شود.
معایب و محدودیت‌ها
- نتایج متناقض در تحقیقات: برخی مطالعات اثرات مثبت آب مغناطیسی بر رشد آبزیان و بهبود کیفیت آب را گزارش کرده‌اند، اما برخی دیگر هیچ تأثیر معنی‌داری مشاهده نکرده‌اند. شدت میدان مغناطیسی، مدت زمان تماس آب با میدان و گونه پرورشی از عوامل مهم تعیین‌کننده در نتایج مطالعه‌ها هستند.
- عدم شناخت کامل مکانیسم‌ها: تغییرات ایجادشده در ساختار مولکولی آب توسط میدان مغناطیسی هنوز به طور کامل اثبات و پذیرفته نشده است و نیاز به تحقیقات علمی بیشتری دارد.
- وابستگی به شرایط محیطی: پارامترهایی مانند دما، شوری، ترکیبات یونی آب و طراحی سیستم پرورشی می‌توانند تأثیر آب مغناطیسی را افزایش یا کاهش دهند.
- عدم استانداردسازی تجهیزات: دستگاه‌های مختلف آب مغناطیسی با شدت و فرکانس‌های متفاوتی کار می‌کنند که این موضوع می‌تواند منجر به نتایج غیرقابل مقایسه شود و کاربردهای آن را محدود کند.
نتیجه‌گیری:
استفاده از آب مغناطیسی در صنعت آبزیان، یک فناوری نوین و کم‌هزینه است که پتانسیل بالایی در بهبود کیفیت آب، افزایش رشد و بهبود کارایی تغذیه‌ای دارد. با این حال، وجود تناقض در نتایج علمی و عدم تدوین استانداردهای مشخص برای شدت و زمان اعمال میدان مغناطیسی، محدودیت‌هایی را در کاربرد گسترده و مطمئن این فناوری ایجاد کرده است. بنابراین، پیشنهاد می‌شود که این فناوری به عنوان یک روش کمکی و آزمایشی در سیستم‌های پرورش آبزیان به کار گرفته شود و مطالعات بیشتری برای روشن شدن مکانیسم‌های اثر و تعیین شرایط بهینه صورت پذیرد.
منابع:
1- Hassan, S. M., Ridzwan, A. R., Madlul, N. S., & Umoruddin, N. A. (2018). Exposure effect of magnetic field on water properties in recirculation aquaculture systems (RAS). Iraqi Journal of Agricultural Sciences, 49(6).
2- Hassan, S. M., Sulaiman, M. A., Rahman, R. A., & Kamaruddin, R. (2018). Effects of long term and continuous magnetic field exposure on the water properties, growth performance, plasma biochemistry and body composition of tilapia in a recirculating aquaculture system. Aquacultural Engineering, 83, 76-84.
3- Irhayyim, T., Beliczky, G., Havasi, M., & Bercsényi, M. (2020). Impacts of magnetic water treatment on water quality, feeding efficiency and growth performance of common carp in integrated recirculating aquaculture systems. Journal of Central European Agriculture, 21(2), 246-255.
4- Hassan, S. M., Ridzwan, A. R., Madlul, N. S., & Umoruddin, N. A. (2018). Exposure effect of magnetic field on water properties in recirculation aquaculture systems (RAS). Iraqi Journal of Agricultural Sciences, 49(6).
5- Said, A. E., El-Shazly, M. A., Hassan, A. A., & Zedan, A. M. (2022). Utilization of magnetic water technology to improve water quality and growth performance of fish. Misr Journal of Agricultural Engineering, 39(3), 449-458.
یک پاسخ
خیلی جالب بود
باریکلا