Tatlısu ürünleri yetiştiriciliğinde entegre multi-trofik akuakültür (IMTA) sistemin su kalitesine etkisi
Water quality performance of integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) system in freshwater culture
Yazar: MUHAMMAD HANIF AZHAR
Danışman: PROF. DR. DEVRİM MEMİŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Su Ürünleri Yetiştiriciliği ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı / Su Ürünleri Yetiştiriciliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Balıkçılık Teknolojisi = Fisheries Technology ; Su Ürünleri = Aquatic Products ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Alabalıklar = Trouts ; Atık su arıtma = Waste water treatment ; Atık su arıtma tesisleri = Waste water treatment plants ; Biyoremediasyon = Bioremediation ; Fitoremediasyon = Phytoremediation ; Su bitkileri = Water plants ; Su kalitesi = Water quality ; Tatlı su balıkçılığı = Freshwater fisheries ; Tatlı su midyesi = Freshwater mussel ; Çevre kalitesi = Environmental quality

Özet:
Su ürünleri yetiştiriciliğinden kaynaklanan organik ve inorganik atıklar, yetiştirme ortamındaki su kalitesinin bozulmasına neden olabilir ve yetiştirilen balıklar üzerinde olumsuz etki yaratabilir. Bu nedenle, üretim verimliliğini artırabilecek çevre dostu bir yetiştirme sisteminin uygulanması gerekmektedir. Entegre multi-trofik yetiştirme sistemleri (IMTA), farklı trofik seviyelere sahip sucul canlı türlerinin bir arada yetiştirilmesine olanak sağlar. Böylece yetiştirme ortamındaki atık veya besin maddelerinin, daha düşük trofik seviyelere sahip canlı türleri tarafından yeniden kullanılması sağlanır. Yetiştirme ortamlarındaki su kalitesi iyileştirilebilir ve tür çeşitliliğinin kullanılmasıyla üretim artırılabilir. Bu tez çalışmasında, entegre multi-trofik sistemde ekstraktif tür olarak tatlısu midyeleri ve su bitkileri kullanılarak gökkuşağı alabalığı (Oncorhynchus mykiss) yavrularının yetiştirilmesinde ortamdaki su kalitesini iyileştirme olanaklarının araştırılması amaçlanmıştır. 
Araştırma iki aşamalı gerçekleştirilmiştir. Birinci denemede, akan su sistemi kullanılarak gökkuşağı alabalığı yavrularının yetiştirilmesinde organik ve inorganik ekstraktif türler olan su mercimeği (Lemna minor) ve tatlı su midyesi (Anodonta cygnea)'nin entegre biyofiltre olarak performansının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu denemede akan su sistemi kullanılmıştır. Deneme 2 farklı yoğunluktaki su mercimeği grubu (TA1: 270 g ve TA2: 360 g) ve 3 tekrar olarak tasarlanmış ve 30 gün sonunda örneklemeler tamamlanmıştır. İki farklı deneme grubunda tankların yüzey alanının %75'ini kaplayacak şekilde canlı biyokütleye sahip su mercimeği bitkileri (Lemna minor) kullanılmıştır. 1 m2 yüzey alanına ve 100 L su hacmine sahip biyofiltre tanklarının her birine ayrıca 30 adet tatlısu midyesi (Anodonta cygnea) yerleştirilmiştir. Deneme 250 L balık tanklarında 13-14℃ su sıcaklığında yürütülmüş ve 25,74±2,0 gram ortalama ağırlığında gökkuşağı alabalığı yavruları kullanılmıştır. Kullanılan gökkuşağı alabalığı yavrularının deneme başında stok yoğunluğu 15,44 kg/m3 (150 adet balık/ 250 L) olarak belirlenmiştir.
L. minor'un canlı biyofiltre olarak iki farklı stoklama yoğunluğunda kullanılması, canlı biyofiltre tankındaki pH, ÇO, nitrat ve toplam fosfor değerleri üzerinde önemli (P<0.05) etkiye sahip olmuştur. Bu çalışmanın sonucunda tatlısu midyesinin su mercimeği bitkisi ile biyofiltre olarak entegre kullanımının yavru gökkuşağı alabalığı yetiştirme ortamındaki amonyum ve toplam fosfor konsantrasyonun azaltılabileceği belirlenmiştir. Çalışmanın sonunda en yüksek ortalama NH4 besin elementi giderim yüzdesi %7,30 ± 1,90 ile A1 grubunda gerçekleşmiştir. Bu arada, en yüksek NO2, NO3 ve T. fosfor giderim yüzdesi sırasıyla %35,13 ± 1,95, %7,50 ± 1,75 ve %30,25 ± 2,15 ile TA2 grubunda olmuştur.
Araştırmanın ikinci denemesinde, kapalı devre akuakültür sistemi (RAS)'nde, gökkuşağı alabalığı yavru yetiştiriciliğinde organik ve inorganik ekstraktif türlerin biyofiltre olarak su kalitesini 56 gün süresince iyileştirme performansının belirlenmesi amaçlanmıştır. Üç farklı canlı biyokütle ağırlığına (TR1:100 g, TR2:200 g ve TR3:300 g) sahip, tank yüzey alanının %20, %40 ve %60'ını bitki ile kaplayan su mercimeği (Lemna minor) ve her birinde 20 adet tatlısu midyesi (Anadonta cygnea) bulunan deneme grupları oluşturulmuştur. Her bir biyofiltre deneme tankları 1 m2 yüzey alana ve 100 L su hacmine sahiptir. İkinci denemede 26,35±2,0 gram ortalama ağırlığa sahip gökkuşağı alabalığı yavrularının stok yoğunluğu 12,65 kg/m3 (115 adet balık/ 250 L) olarak belirlenmiştir. 
Su mercimeği biyokütlesinin deneme gruplarında farklı yüzey alanını kaplaması, RAS sisteminde kullanılan su kalitesi parametreleri üzerinde önemli ölçüde farklı bir etkiye (P<0.05) sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonunda sistemden en yüksek ortalama NH4 ve NO2 besin elementi giderim yüzdesi TR2 deneme grubunda sırasıyla %54,17±4.13 ve %48,60±0,40 olarak bulunmuştur. TR3 deneme grubunda ise en yüksek ortalama NO3 ve T. Fosfor uzaklaştırma yüzdesi sırasıyla %59,77±0,52 ve %52,32±0,53 olarak tespit edilmiştir. NH4, NO2 ve NO3 konsantrasyonları tüm deneme boyunca 3 deneme grubunda da düşüş göstermiştir. Ancak T. fosfor konsantrasyonları tüm gruplarda dalgalanarak artma eğiliminde olduğu belirlenmiştir.
Sonuç olarak, her iki deneyde de su mercimeğinin tatlı su midyeleriyle entegre edilmiş bir biyofiltre olarak kullanılması, deney dönemi boyunca su kalitesini koruma ve yetiştirme ortamındaki çözünmüş oksijen (ÇO) içeriğini arttırma eğilimi göstermiştir. Daha fazla ağırlığa sahip canlı su mercimeği biyokütlesinin kullanılması, ortamdaki besin giderim sürecini su sıcaklığına bağlı olarak etkilenmiştir. Su sıcaklık değeri düşerse giderim yüzdesinin azalabileceği tespit edilmştir.

Abstract:
Organic and inorganic wastes from aquaculture can cause water quality degradation in the rearing environment and negatively impact the farmed fish. Therefore, implementing an environmentally friendly farming system is necessary to increase production efficiency. Integrated multi-trophic farming systems (IMTA) allow aquatic species with different trophic levels to be farmed together. This allows waste or nutrients in the rearing environment to be reused by species with lower trophic levels. Water quality in rearing environments can be improved and production can be increased by utilizing species diversity. This thesis aimed to investigate the possibilities of improving the water quality in rearing rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fry using freshwater mussels and aquatic plants as extractive species in an integrated multi-trophic system.
The research was carried out in two phases. In the first experiment, it was aimed to determine the performance of duckweed (Lemna minor) and freshwater mussel (Anodonta cygnea), which were organic and inorganic extractive species, as integrated living organisms biofilters in the rearing of rainbow trout juvenil using a flow-through system. A flow-through system was used in the first experiment. The experiment was designed with 2 different duckweed densities (TA1: 270 g and TA2: 360 g) and 3 replicates and sampling was completed after 30 days. In two different experimental groups, duckweed (Lemna minor) with live biomass were used to cover 75% of the surface area of the tanks. 30 freshwater mussels (Anodonta cygnea) were also placed in each of the biofilter tanks with a 1 m2 surface area and 100 L water volume. The experiment was conducted in 250 L fish tanks at a water temperature of 13-14℃ and rainbow trout juvenil with an average weight of 25.74±2.0 grams was used. The stocking density of rainbow trout juvenil at the beginning of the experiment was 15.44 kg/m3 (150 fish/ 250 L).
The use of L. minor as a living organisms biofilter with the different stocking densities had a significant (P<0.05) effect on pH, DO, nitrate and total phosphorus values in the living organisms biofilter tank. As a result of this study, it was determined that the integrated use of freshwater mussels as a living organisms biofilter with duckweed can reduce ammonium and total phosphorus concentrations in juvenile rainbow trout-rearing environments. At the end of the study, the highest average NH4 nutrient removal percentage was realized in group A1 with 7.30 ± 1.90%. Meanwhile, the highest percentage of NO2, NO3 and T. phosphorus removal was in the TA2 group with 35.13 ± 1.95%, 7.50 ± 1.75% and 30.25 ± 2.15%, respectively.
In the second experiment of the study, it was aimed to determine the performance of organic and inorganic extractive species as biofilters to improve water quality for 56 days in rainbow trout juvenil rearing in a recirculating aquaculture system (RAS). Experimental groups with three different fresh biomass weights of ducweed (TR1: 100 g, TR2: 200 g and TR3: 300 g), with cover area 20% in TR1, 40% (TR2) and 60%  (TR3) of the tank surface area and 20 freshwater mussels (Anadonta cygnea) each were established. Each biofilter experimental tank had a surface area of 1 m2 and a water volume of 100 L. In the second experiment, the stocking density of rainbow trout juvenil with an average weight of 26.35±2.0 grams was 12.65 kg/m3 (115 fish/ 250 L).
The fact that duckweed biomass covered different surface areas in the experimental groups was found to have a significantly different effect (P<0.05) on the water quality parameters used in the RAS system. At the end of the study, the highest average nutrient removal percentages of NH4 and NO2 from the system were found to be 54.17±4.13% and 48.60±0.40% in TR2 experimental group, respectively. In TR3 experimental group, the highest average NO3 and T. Phosphorus removal percentages were 59.77±0.52% and 52.32±0.53%, respectively. NH4, NO2 and NO3 concentrations decreased in all 3 experimental groups throughout the whole experiment. However, T. phosphorus concentrations fluctuated and tended to increase in all groups.
In conclusion, in both experiments, the use of duckweed as a biofilter integrated with freshwater mussels tended to maintain water quality and increase dissolved oxygen (DO) content in the growing medium throughout the experimental period. The use of more weight of live duckweed biomass affected the nutrient removal process in the media depending on the water temperature. It was found that if the water temperature value decreases, the percentage of removal may decrease.