Akvapónia: čo to je, ako to funguje, výhody a priemyselné projekty

La aquaponika Je to systém, ktorý kombinuje vlastnosti plodiny de peces tradičnej metódy akvakultúry s hydroponické pestovanieHydroponický systém je systém, v ktorom sa rastliny pestujú bez akéhokoľvek substrátu; používa sa na tento účel voda s rozpustenými živinamiTáto technika podporuje symbiotická rovnováha medzi rastlinami, baktériami a rybami, kde každý organizmus zohráva kľúčovú úlohu v zdraví systému.

V tomto článku vám povieme, čo je akvapónia a aké sú jej hlavné charakteristiky, a tiež sa ponoríme do jej technickej prevádzky , kritérií vyváženosti, požiadaviek na filtráciu , manažmentu chorôb a príkladov priemyselných projektov.

Súvisiaci článok:

Inovácie a udržateľnosť v šľachtení de peces v akvakultúre: trendy, výzvy a budúcnosť sektora

Čo je to aquaponika

Je udržateľný systém schopné súčasne produkovať rastliny aj ryby, kombinovanie akvakultúry (rozmnožovanie vodných organizmov) a hydroponie (pestovanie rastlín vo vode bez pôdy). Tieto dva prvky sú základom pre chov vodných živočíchov a pestovanie zeleniny s extrémne obmedzeným využitím. úsporné s vodouS odpadom vznikajúcim pri chove de peces Voda je obohatená dusíkatými zlúčeninami, ktoré v uzavretých systémoch a recirkuláciaMôžu byť transformované baktériami a použité rastlinami.

Hoci môže dôjsť k vodám bohatým na odpadové vody toxický pre ryby Ak sa nahromadí amoniak alebo dusitany, stanú sa vynikajúcim zdroj živín pre rastliny po procese nitrifikácie. Táto symbióza umožňuje uzavrieť cyklus živínzníženie odpadu a zlepšenie udržateľnosti plodín. V modernej praxi vynikajú: recirkulačné systémy (RAS v akvakultúre a recirkulačných hydroponických systémoch) ako technologický rámec pre rozvoj akvaponiky v domácom meradle a priemyselný, integrácia inovácie a udržateľnosť v chove de peces.

Ako to funguje

Aquaponika funguje vďaka niekoľkým komponentom alebo podsystémom , ktoré fungujú koordinovane. Základné prvky sú opísané nižšie a rozšírené o kľúčové technické kritériá pre optimalizáciu výkonu:

• Chovná nádrž: je miesto, kde ryby sa kŕmia a rastúSlúži ako jeho primárny biotop a musí mať dobré prevzdušnenieRegulácia pohybu vody a teploty na zabránenie stresu a zlepšenie konverzie krmiva.
• Odstraňovanie pevných látok: jednotka určená na odstránenie neskonzumovaného jedla a jemné sedimentyMôže zahŕňať usadzovacie nádrže, mechanické filtre alebo cyklónové odlučovače. Odstránenie pevných látok znižuje organické zaťaženie ktoré by inak ovplyvnili biofilter a rozpustený kyslík.
• Biofilter: podpora tam, kde sú vyvinuté nitrifikačné baktérie ktoré transformujú amónium (NH4+/NH3) na dusitany (NO2−) a následne na dusičnan (NO3−), čo je forma, ktorú rastliny vstrebávajú a ktorá je menej toxická pre ryby.
• Hydroponické subsystémypestovateľské plochy bez substrátu, kde rastliny absorbovať živinyMôžu byť typu vyvýšené záhony (štrk alebo expandovaná hlina s prerušovaným tokom), NFT (technika nutričného filmu) alebo DWC (hlbokovodné nádrže) podľa cieľa výroby a dostupného priestoru.
• Žumpa: nádrž nižšej úrovne, ktorá zbierať vodu po kultivácii a posiela ho späť pomocou čerpadla do nádrže de pecesUľahčuje kontrolu celkového objemu, hydraulická stabilita a dávkovanie.

Srdcom systému je cyklus dusíkaRyby vylučujú amoniak, ktorý je vo vysokých koncentráciách toxický. Baktérie v biofiltri ho najprv transformujú na dusitany (tiež toxické) a potom na dusičnany. využiteľné rastlinamiRastliny následne extrahujú tieto živiny z vody, ktorá sa vracia do čistejšej nádrže s nižším obsahom dusíka. Udržanie tohto cyklu si vyžaduje vysoký rozpustený kyslíkmierne pH, stabilná zásaditosť a teplota vody vhodná pre dané druhy rastlín a de peces.

La stabilita systému Záleží to na rovnováhe medzi tromi prvkami: biomasa de peces, kapacita biofiltra y potreba živín pre rastlinyKeď sa ktorýkoľvek z týchto faktorov stane nevyváženým, vzniknú problémy, ktoré je potrebné identifikovať a opraviť:

• Nerovnováha v dôsledku nadmerného de peces (Prípad A): ak biomasa de peces Ak sa prekročí kapacita biofiltra, hromadí sa amoniak a dusitany, čím sa zvyšuje toxicita vody.
• Dobre dimenzovaný biofilter, ale málo rastlín (prípad B)Systém sa hromadí dusičnan nie je konzumované dostatočným množstvom rastlín, čo je znakom nerovnováhy na strane rýb.
• Veľa rastlín a málo rýb (Prípad C)Amoniak sa spracováva, ale bude ho nedostatok dusičnany a iné živiny pre správny vývoj rastlín, s objavením sa príznakov nedostatku.
• Ideálna rovnováha (prípad D)Produkcia rybieho odpadu sa prispôsobuje nutričným nárokom rastlín a... biofilter Úplne premieňa toxické zlúčeniny.

Na určenie tejto rovnováhy sa používa pomer rastlín k rybám a kŕmna rýchlosť . Ako technická referencia pre malé jednotky:

• Hustota výsadbylistová zelenina, 20–25 rastlín/m²; ovocné plodiny (paradajky, paprika), 4–8 rastlín/m².
• Denná dávka krmiva na m²zelené listy, 40 – 50 g krmiva/m²/deň; ovocné stromy, 50 – 80 g krmiva/m²/deň.
• Konzumácia rýbPočas rastovej fázy ryby skonzumujú približne 1 – 2 % vašej hmotnosti denná telesná hmotnosť; to umožňuje odhadnúť biomasu potrebnú na spracovanie plánovanej potravy.
• Hustota nádržePre jednoduché systémy maximum 20 kg rýb na 1 000 lVyššie hustoty vyžadujú pokročilé prevzdušňovanie a zložitejšiu filtráciu.

Okrem biologickej rovnováhy má vplyv na výkon aj dimenzovanie filtračného systému :

• Množstvo biofiltrácieV vrstvách s kameňmi/expandovaným ílom použite 1 liter biofiltrácie na gram krmiva denne. V systémoch NFT alebo DWC použite približne 0,5 l na gram krmiva.
• Mechanické oddelenieFilter pevných látok by mal mať objem 10–30 % nádrže de peces udržať častice bez ich zrútenia.
• Materiál biofiltraČím väčšie špecifický povrch Čím je médium pórovitejšie, tým je bakteriálna kolonizácia účinnejšia; ak je pomer povrchu k objemu nízky, je potrebné zväčšiť biofilter.

Čo je potrebné na vykonávanie aquaponie

Na praktizovanie akvaponie je potrebný veľmi dôležitý prvok: nitrifikácia . Nitrifikácia je aeróbna premena amoniaku na dusitany a potom na dusičnany. Dusičnany znižujú toxicitu vody pre ryby a rastliny ich využívajú na výživu. Ryby neustále vylučujú amoniak ako produkt svojho metabolizmu , takže funkčný biofilter je nevyhnutný.

Väčšina tohto amoniaku sa musí spracovať , pretože vysoké koncentrácie môžu byť pre ryby smrteľné. Aquaponika využíva schopnosť nitrifikačných baktérií premieňať ho na menej toxické zlúčeniny. Okrem toho je potrebné udržiavať vysokú hladinu rozpusteného kyslíka (prostredníctvom prevzdušňovania), kontrolovať pH (ideálne medzi 6,6 a 7,2, aby sa vyvážila nitrifikácia a dostupnosť živín), zabezpečiť dostatočnú zásaditosť a upraviť teplotu vody tak, aby vyhovovala zvolenému druhu.

Na vykonávanie akvapónie potrebujete akvaponický systém zložený z dvoch hlavných podsystémov:

• Pestovanie rastlín v hydropónii, ktorý predstavuje zachytávač živín a stabilizuje kvalitu vody.
• pestovanie de peces v nádržiach na akvakultúru, zdroj živín a vysokokvalitných živočíšnych bielkovín.

V mnohých prípadoch je potrebné dopĺňať stopové prvky , ako je železo (chelátované pre maximálnu biologickú dostupnosť), vápnik a draslík, pretože strava rýb a zásoby vody nemusia poskytovať dostatočné množstvo. Je tiež vhodné mať testovacie súpravy na meranie amoniaku/amónneho iónu, dusitanov, dusičnanov a pH, ako aj redundantné recirkulačné a prevzdušňovacie čerpadlá, aby sa predišlo poruchám.

Ako robiť aquaponiku doma

Mnoho ľudí chce začať s akvapóniou doma. Mali by vedieť, že na to potrebujú niekoľko základných materiálov . Tieto materiály sú nasledovné:

• Kultivačný stôl
• Dve nádrže na vodu
• bomba z vodného zdroja
• Voda
• rastliny
• ryby
• Sanitárny sifón (zvonček pre prerušovaný prietok)
• Arlita (predtým umyté)

Prvým krokom je umiestnenie nádrže na pestovateľský stôl. Medzi stôl a nádrž sa môže vyvŕtať otvor o veľkosti sifónu a umiestniť ho medzi stôl a nádrž. Nádrž by mala byť umiestnená pod akváriom a malo by sa nainštalovať vodné čerpadlo , ktoré bude čerpať vodu do oblasti výsadby. Ďalej sa umiestni perforovaná rúra na ochranu sifónu pred kamienkami z expandovaného ílu. Kamienky z expandovaného ílu by sa mali dôkladne umyť , aby sa zabránilo zakaleniu vody prachom.

Rastliny sa umiestnia do expandovaných hlinených kamienkov a naplnia sa vodou, aby sa mohla začať filtrovať. Ryby sa nebudú zavádzať skôr ako po uplynutí približne 3 týždňov.Keď systém cykluje a v biofiltri sa nachádza aktívna bakteriálna kolónia, je vhodné pridať malé dávky zdroja amoniaku (krmiva). de peces alebo amoniak pre akváriá) pre kondicionačná nitrifikáciaTrpezlivosť počas procesu cyklovania zabraňuje nebezpečným nárastom hladín amoniaku a dusitanov, ktoré môžu poškodiť vodný život.

Pre maximalizáciu úspechu doma sú obzvlášť vhodné odolné ryby , ako sú tilapie, kapor alebo sumec, a rýchlo rastúce rastliny , ako je šalát, bazalka alebo špenát. V systémoch s prerušovaným prietokom s použitím zvonového sifónu, zaplavenie a odvodnenie okysličuje korene a podporuje prosperujúcu bakteriálnu komunitu vo vode.

Spolu s pomerom kŕmenia a veľkosťou biofiltra existujú dve jednoduché metódy , ktoré pomáhajú udržiavať rovnováhu:

• kontrola zdravia de peces a rastlinyRastliny so slabým rastom, žltými listami alebo nedostatočne vyvinutými koreňmi naznačujú deficit živín alebo nerovnováha smerom k rastlinnej strane. Ryby lapajú po dychu pri hladine, trú sa o seba alebo majú začervenané miesta na plutvách, očiach a žiabrach. akumulácia amónnych kovov/dusitanov.
• Dusíkové testyak je vysoká hladina amoniaku alebo dusitanov (>1 mg/l), biofiltrácia je nedostatočná a plocha sa musí zväčšiť bakteriálny povrch alebo znížiť biomasu/kŕmenie.

Manažment zdravia rastlín v akvapónii sa líši od konvenčného poľnohospodárstva, pretože sa v ňom nachádzajú citlivé ryby a baktérie. Medzi osvedčené postupy patria:

Prevencia a manažment chorôb

• RH: riadenie pomocou dynamického vetrania (okná a ventilátory) na generovanie horizontálneho prúdenia vzduchu a zabránenie kondenzácia na listoch.
• Hustota výsadbyVeľmi vysoké hustoty znižujú vnútorné vetranie a Zvyšujú vlhkosť, čo podporuje pleseň, spálu a hnilobu.
• Výber odrodyuprednostňovať odolné kultivary ak existujú; ak je choroba opakujúca sa (napr. Pythium v ​​šaláte), možno ju striedať s odolnejšími druhmi. tolerantný ako bazalka v kritických časoch.
• Inšpekcia a vylúčeniePravidelne kontrolujte rastliny a odstrániť tkanivá Tí, ktorých sa to dotkne pri najmenšom podozrení. Kontrola vektor (molice, vošky) a dezinfikujte nástroje, aby ste zabránili šíreniu patogénov.

V prípade zásahu by sa anorganické ošetrenia mali používať s mimoriadnou opatrnosťou a najlepšie iba na listy , aby sa zabránilo akumulácii v systéme. Medzi tie, ktoré sú povolené s opatrnosťou, patria: íly , soli medi alebo síry, sulfid a hydroxid vápenatý a hydrogénuhličitan draselný alebo sodný. Okrem toho sa na listy alebo koreňovú zónu môže aplikovať biologická kontrola s prípravkami, ako sú Trichoderma spp., Ampelomyces spp. alebo Bacillus subtilis , aby sa znížil výskyt peronospóry a pôdnych patogénov, a dokonca sa môžu na včasnú ochranu naočkovať aj semenné záhony.

výhody

Ako sa očakávalo, táto prax má významné environmentálne, ekonomické a výrobné výhody. Poďme analyzovať, aké sú výhody akvaponie.

• Výkon môže prekročiť na čisto hydroponické pestovanie a tradičnú akvakultúru za predpokladu, že systém je stabilizovaný a dobre dimenzované.
• Minimálna spotreba vody prostredníctvom recirkulácie; nahrádza hlavne to, čo sa stratí vyparovanie a transpiráciaZa kontrolovaných podmienok sú úspory v porovnaní s pozemnými systémami veľmi vysoké.
• Zníženie množstva hnojív Minerály a vedľajšie produkty: vlastný metabolizmus rýb vytvára živiny; tie sa jednoducho upravujú mikroživiny nedostatok živín, ako je železo, vápnik alebo draslík, keď je to potrebné.
• Nižší dopad na životné prostredie: zabraňuje vypúšťaniu odpadových vôd z akvakultúry do riek alebo mora, čím sa znižuje eutrofizáciaZároveň sa zbavuje pôdy a zmierňuje jej degradácia.
• Zdravie a kvalitaRyby sa chovajú v kontrolovanej vode a rastliny dostávajú živné roztoky. prírodnébez potreby agresívnych pesticídov alebo systémových fungicídov.
• Duálna výroba v rovnakom priestore: zelenina s krátkym cyklom a vysokokvalitné živočíšne bielkoviny, ideálne pre mestské prostredie alebo oblasti s obmedzenou pôdou.
• Odolnosť voči škodcom a chorobám vďaka biologickej rozmanitosti systému, nepretržitému toku a možnosti úpravy hustota plodín.
• Bezpečnosť jedlaPonúka čerstvú zeleninu a miestne ryby s menším množstvom Vodná stopa a doprava, podpora ekonomík kruhový.

Projekty priemyselnej aquaponie

Najväčší akvaponický projekt v priemyselnom meradle sa nachádza v Číne. Rozprestiera sa na ploche viac ako 4 hektáre a využíva moderné technológie v kombinácii s tradičnými materiálmi, ako je bambus . Slúži ako platforma pre skúšobné pestovanie ryže v rybníkoch, čo umožňuje extrapoláciu získaných skúseností na plodiny pestované na pevnine a biologickú obnovu živín v pôde . Tento typ iniciatívy dokazuje, že akvaponiku je možné rozšíriť bez toho, aby sa stratila zo zreteľa efektívnosť využívania vody a opätovné využitie živín.

Okrem tohto konkrétneho prípadu existujú mestské strešné farmy a integrované skleníky, ktoré kombinujú RAS (obnoviteľné zdroje energie) a hlbokomorské hydroponické systémy . Ich hodnota spočíva v priblížení produkcie k spotrebe, znížení logistických nákladov a využití obnoviteľnej energie na vykurovanie, chladenie a čerpanie. Podporujú sa aj lokálne rozvojové programy s viacerými modulárnymi skleníkmi, kde sa školená pracovná sila a vytvára sa stabilná zamestnanosť prostredníctvom krátkych dodávateľských reťazcov.

Vo všetkých priemyselných projektoch spočívajú kľúče k úspechu v spoľahlivom hydraulickom návrhu , redundancii energie, robustnej stratégii biologickej bezpečnosti , nepretržitom monitorovaní (kyslík, amoniak, dusitany, pH, teplota) a marketingovom pláne , ktorý kombinuje produkty s vysokou maržou (aromatické byliny, mladé listy) s rybami s nízkou kŕmnou účinnosťou. Integrácia prevádzkových údajov umožňuje upravovať kŕmne rýchlosti, hustotu chovu a dopĺňanie mikroživín s cieľom udržať rovnováhu a ziskovosť systému.

Vďaka všetkému vyššie uvedenému sa akvapónia prezentuje ako všestranný nástroj na produkciu väčšieho množstva s menším množstvom vody, uzatváranie živínových cyklov a diverzifikáciu príjmov, od domácich záhrad až po rozsiahle priemyselné platformy, pokiaľ sa rešpektuje biológia systému a jeho veľkosť zodpovedá technickým kritériám.