Het kweken van karpers en zilverkarpers in een viskweekvijver

Door Rik Min

Je ziet hier een losse compacte 'simulator' waar een wiskundig model aan ten grondslag ligt. Het wiskundig model is ingebed in dit simulatiesysteem. Het model is een 'viskweekvijver'. Het gedrag van biologische en scheikundige processen in een viskweekvijver kan met dit model worden nagebootst, gesimuleerd, voor onderwijsdoeleinden. Een leerling kan ingrijpen in processen. De simulatie-run kan onderbroken worden; en worden voorgezet. De tijd loopt van 1 januari tot 31 december.

Piet van Schaik Zillesen heeft dit met een team van de Stichting Leerplanontwikkeling Enschede (SLO) rond 1989 ontwikkeld [Referentie: P. van Schaik Zillesen, A. Hartsuijker, J. Hondebrink en V. Labordus, Informatica project Voortgezet Onderwijs, Natuuronderwijs 12-16 jarigen. 'Een vijver in de computer', SLO, 1989, ISBN 90 329 0809 X. Werkboek en floppy]. Rond 2013 heeft Rik Min het model in Java op het internet gezet bij de Universiteit Twente. Faculteit Toegepaste Onderwijskunde, onderzoeksgroep van de vakgroep onderwijskundige 'Instrumentatietechnologie']. Nu is het in JavaScript geschreven. Oorspronkelijk komt het wiskundige model van wetenschappers uit de Sovjet Unie [Svirezhev et al., 1984].

Met deze simulatie kunnen leerlingen van middelbare scholen - thuis of tijdens speciale biologielessen - leren hoe mineralen uitwerken in een lege viskweekvijver. En daarna, als ze dit onder de knie hebben, hoe ze twee verschillende soorten vissen, zilverkarpers en karpers kunnen kweken. De ene soort eet alleen plantaardige dingen, de andere soort dierlijk voedsel. Maar dan moet men wel - zelf - zorgen dat de vissen goed kunnen groeien. Anders is de opbrengst niet optimaal.

Zilverkarpers (Hypophthalmichthys molitrix) zijn planteneters. Ze voeden zich voornamelijk met fytoplankton, algen en waterplanten. Deze soort is speciaal aangepast om grote hoeveelheden plantaardig materiaal te filteren uit het water.

Gewone karpers (Cyprinus carpio) zijn daar en tegen omnivoren. Dit betekent dat ze zowel plantaardig als dierlijk voedsel eten. Hun dieet kan bestaan uit algen, waterplanten, insectenlarven, schelpdieren en zelfs aas. Gewone karpers zijn veelzijdige eetgedragingen die ze in staat stellen zich aan verschillende omgevingen en voedselbronnen aan te passen.

Dus, terwijl zilverkarpers zich enkel op plantaardig voedsel richten, hebben gewone karpers een breder dieet dat ook dierlijk voedsel omvat.

Deze viskweekvijver kan door jullie bemest worden, of niet bemest worden, maar ook overbemest! Zie het als een spelletje. De hoeveelheid algen, de hoeveelheid watervlooien en de hoeveelheid bodemdieren hangt daar gedurende de zomermaanden heel sterk vanaf. Met dien ten gevolge ook de hoeveelheid massa van de karpers en de zilverkarpers op het eind van de zomer.

In het water kunnen verschillende stoffen opgelost zijn: zuurstof (O), fosfaat (P) en nitraat (N). Dat zijn meststoffen. Algen en wieren zijn hele kleine groene plantjes, waterplantjes (phytoplankton) (F). Algen zijn voedsel voor de zilverkarpers. Algen groeien door licht. Overdag. En maken uit water en kooldioxide hun eigen voedsel. Daarbij komt zuurstof vrij. Dat heet photosynthese. 's Nachts verbruiken algen hun voedsel en nemen ze zuurstof op. Dan heb je nog dierlijk afval, Detritus (D). Afval wordt gebruikt voor micro-organismen, zoals bacterien en schimmels.

De simulator hieronder heeft grafische output en enkele animaties-objecten. Plus twee 'parallelle instructies'. De instructie en de opdrachten zijn ontworpen conform de 'Parallelle Instructie' theorie van Min en de 'Cognitive Laod' theorie van Mayer [R. Min, de PI-theorie, 2004, R. Maijer, the Cognitive Load, 2002]. De volledige parallelle instructieset is bij deze versie van de viskweekvijver weggelaten.

Met deze internet applicatie kun je karpers en zilverkarpers leren kweken. Je moet daarvoor wel eerst je biologielessen gevolgd hebben om te weten hoe voedingsstoffen, zonlicht, temperatuur, nitraat, fosfaat, dierlijk en plantaardig voedsel de groei van deze dieren beinvloed.

Typ hieronder, in het voorlopige interactiegedeelte, als je precies weet wat je wilt en moet doen, andere waardes in of ga (voorlopig) gewoon door met de door ons ingestelde waardes.

DIT IS HET (VOORLOPIGE) INTERACTIEGEDEELTE:

Er zijn twee mogelijkheden om mee te beginnen: een lege vijver met algen zonder vissen en een 'volledige' viskweekvijver met twee verschillende soorten vissen: zilverkarpers en karpers.

Wil je eerst kijken naar een vijver zonder vissen (de 'algenvijver'), klik dan - onder het plaatje - direct op 'Doorgaan'.
Wil je doorgaan met twee vismassa's (voor C zowel als S) van 50 kg, en daarna - hieronder - op 'Doorgaan'.

TIP 1: intervenieer voorlopig nog even niet. Kijk eerst even naar het gedrag van een vijver zonder vissen en daarna van een vijver met vissen. In dat laatste geval hebben wij het (totale) gewicht van zowel de zilverkarpers als de karpers op 50 kilo gezet.

DIT IS HET (VOORLOPIGE) SIMULATIE/ANIMATIEGEDEELTE:

De animatie objecten volgen

Dag nacht ritme [blauw]

Algen [rood]

Zilverkarpers

Karpers

4 van de 8 variabelen
S Zilverkarpers
C Karpers

Tijd (t): (0 --> 365 dagen). (De tijdschaal zelf loopt tot 400 dagen.)

Het blauwe blokje geeft een indicatie voor het dag-nacht-ritme; en dientengevolge de instraling en de gemiddelde dag-temperatuur. Het rode blokje is een indicatie voor de algengroei (phytoplankton) (F). Algengroei is eigelijk vervuiling. De twee andere blokjes zijn een indicatie dat de hoeveelheid karpers en de hoeveelheid zilverkarpers veranderen. De hoeveelheid zilverkarpers (S) [in kg] hebben in de animatie een geel blokje. De gewone karpers (C) [in kg] een groen blokje. De vier blokjes dienen alleen maar als indicatie voor een verandering. Ze geven geen specifieke waarde aan. De juiste waardes voor de acht belangrijkste variabelen kun je onderin opzoeken; links en rechts bij het blokschema.

Het blokschema van de viskweekvijver met output:

Instraling L

Phosfaat P
Nitraat N

Visvoer A

Tijd (t):

Algen F

Zuurstof O

Watervlooien Z
Bodemdieren B

Detritus D

Toevoeging gedaan: PU mbt. P: (fixed)
Toevoeging gedaan: NU mbt. N: (fixed)
Toevoeging gedaan: OU mbt. O: (fixed)
Toevoeging gedaan: AU mbt. A: (fixed)

Herstarten doe je met het 'reloaden' van de gehele web-pagina ('hernieuwen', 'reload' of 'opnieuw starten').

Als er een interventie in het begin van de zomer door jou is gedaan moet je de tijd maar eens laten lopen. De groei van de beide vissoorten komt ook pas (goed) op gang in april; vanaf dag 90. De vervuiling (D) ook. Daarvoor staat alles nog reletief stil vanwege de (te) lage temperatuur.

Aan de simulatie en de animatie wordt voortdurend verder gewerkt. Er is bijvoorbeeld al een versie met parallelle instructie, uitgebalanseerde instructieteksten en opdrachten. Hier volgens nog enkele tips c.q. opdrachten die je kunt proberen te doen.

TIP 2: Daarna kun je de vijver zonder vissen eens gaan bemesten! Of overbemesten. Weet je hoe je dat moet doen? Lees de instructies.

TIP 3: Kies de viskweekvijver met 50 kg karpers en 50 kg zilverkarpers. Geef in april gedurende een maand eens een stoot fosfaat en een stoor nitraat: PU=0.4 kg/dag en NU = 1.4 kg/dag. Kijk wat er gebeurt.

TIP 4: Als je (extra) visvoer (AU) geeft groeien de karpers in de zomer heel hard. (De zilverkarpers niet.)

TIP 5: Herstart het model eens met vissen, en laat de tijd drie maanden lopen. Dat is 90 dagen. Het is dan begin april, de lente. Stel de zuurstof inname (OU) vervolgens in op 4.0 eenheden/dagen; en Nitraat (NU) en Phosfaat (PU) op 1.0. Hou de visvoer inname (AU) vooralsnog op 0.0. Je ziet dat de ene soort heel anders reageert dan de andere soort. Doordat N, P en O begin april (door jou) zijn verhoogd, zie je dat het plantaardig voedsel toeneemt en dientengevolge het gewicht van de zilverkarpers! De karpers eten wat anders.

Bekijk goed de verschillen. Maak dus steeds notities. Vind je het opmerkelijk? Denk je dat je het snapt?

Hier een voorbeeld zonder vissen van een aantal modeluitkomsten rond dag 85 (geen kapers; geen zilverkarpers; en geen visvoer):

Rood

Donkergeel

Rood/paars

Bruin

Hier een voorbeeld met vissen van een aantal modeluitkomsten rond dag 85 (met wel karpers en zilverkarpers; en nog geen visvoer):

Rood

Donkergeel

Rood/paars

Bruin

Het wiskundig model is van de Universiteit Wageningen en heeft circa 40 variabelen, 11 integraalvergelijkingen (voor C, S, D, F, etc.) en circa 10 interventie-mogelijkheden (o.a. PU, NU en OU), waarbij de tijd (t) loopt van 0 tot 365 dagen. Je kunt het dag-nacht-ritme en (dus) de lichtinval in de vijver goed zien. De extinctie-functie, de instraling, geeft aan hoe hoe helder het water is. Die fluctueert met het dag-nacht-ritme. Bij 0 is het water helder; bij 1 is het water zeer vies. Naar mate er minder licht is/komt, wordt het zicht beperkt. Naar mate de extinctie hoger is, wordt het licht minder.

NAWOORD:

Ik ben een groot voorstander van evolutionair ontwikkelen van systemen [R.J.H. Tolido, 'Het evolutionair ontwikkelen van informatiesystemen', CAP Volmac, Academic Services, 1996]]. Ook dit keer heb ik met deze stap voor stap werkmethode (en daardoor voortschrijdend inzicht) veel met JavaScript kunnen ontdekken. Ik ging van versie 0.0x, het eerste concept, naar versie 1.0 en 2.0.

Hierbij speciaal dank aan Piet v. Schaick Zillesen, bioloog & Jan de Goeijen Maar ook de studenten: Saskia Meulman, JS, AH, CW en AS. Eerste internet versie rond 2002: Daarna geupdated: 2004, 2010, 2019 en 2020. Weer latere versies: Restauratieproject: Start maart 2025. Grotendeels afgerond: april 2025. Eindversie december 2025.

REFERENTIES:

Ard Hartsuiker, Jan Hondebrink, Viggo Laborius en Piet van Schaick Zillisen (TO), Een vijver in de computer, Stichting Leerplanontwikkeling Enschede (1989).
Svirezhev, Y.M., V.P. Krysanova & A.A. Voinow (1984). Mathematical modelling of a fish pond ecosystem. Ecol. Modelling, vol. 21, pp. 315-337. [De makers van het oorspronkelijke model].
Densen, van, and Pet (1988) Fishery in Lake IJssel (IJsselmeer, The Netherlands) a simulation model for the amount of perches. [Een project van TO, vakgroep ISM, Univ. Twente]
Mous, P.J. (1989). PERCH, a user-friendly length- and age-structured gillnet fisheries program ten behoeve van/voor o.a. de Nederlandse visserij. Stageverslag / interne publicatie simulatie project; University of Twente, Department of Education, Division of Instrumentation Technology, Enschede & Agricultural Univeristy of Wageningen, department of Fish Culture and Fishery, Wageningen.Stage bij het SLO-TO project vakgroep ISM, TO, (Begeleiding: Van Schaick Zillisen, supervisie: F.B.M. Min). Stageverslag. [Een project van TO, vakgroep ISM, Univ. Twente]
Schaick Zillesen, P.G. van, and F.B.M. Min, (1988). Een R. & D. project in de onderwijskunde; een computersimulatiesysteem voor VWO en MBO. In: Onderwijskundige technologie: modellen & emperie (Red. P.H. Been & K.B. Koster) Swets & Zeitlinger, Lisse.

Rik Min, Enschede 30 april 2025; speciale versie voor project X: 26 december 2025.