Acvaponia ( latina aqua - apă, greacă πόνος - muncă) este un mod de agricultură de înaltă tehnologie care combină acvacultura (creșterea animalelor acvatice) și hidroponia (creșterea plantelor fără sol ).
Acvaponia este un ecosistem artificial în care trei tipuri de organisme vii sunt cheie: animale acvatice (de obicei pești ), plante și bacterii . Această tehnologie este ecologică. Funcționează pe principiul unui ecosistem de pești și plante: peștii furnizează hrană plantelor, iar plantele purifică apa. Esența metodei este utilizarea deșeurilor animalelor acvatice (pești, creveți ) ca mediu nutritiv pentru plante. Animalele acvatice emit deșeuri care sunt toxice pentru ele însele: azot, potasiu , compuși ai fosforului, dioxid de carbon. Acumularea acestor substanțe în apă este o problemă majoră atât în acvacultura industrială de interior, cât și în acvariul simplu . Aceleași substanțe sunt absolut esențiale în hidroponie și sunt adăugate în apă pentru a face soluții nutritive pentru plante. În acvaponică, această problemă se rezolvă de la sine: deșeurile peștilor sunt utilizate de bacterii și plante.
Acvaponia are rădăcini străvechi, deși există mai multe variante ale originii sale:
Termenul „acvaponică” a apărut nu cu mult timp în urmă, totuși, oamenii au învățat să folosească avantajele evidente ale cocultivării plantelor și peștilor încă din cele mai vechi timpuri.
Dezvoltarea rapidă a acvaculturii și, mai ales, a hidroponiei în secolul al XX-lea a condus la înțelegerea științifică a acvaponiei.
Sistemele de acvaponie plutitoare din iazurile multiculturale au fost instalate în ultimii ani în China pentru cultivarea pe scară largă a orezului , grâului , cana și alte culturi [10] , aceste instalații depășind 2,5 acri (10.000 m 2 ) în suprafață [11] .
Dezvoltarea acvaponiei moderne a fost atribuită unei varietăți de lucrări de către New Alchemy Institute și Dr. Mark McMurtry și colab., de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord [12] . Inspirate de succesul New Alchemy Institute și tehnicile de acvaponie cu piston dezvoltate de Dr. Mark McMurtry și colab., alte institute au urmat curând exemplul. Din 1997, dr. James Rakosi și colegii de la Universitatea din Insulele Virgine au cercetat și dezvoltat utilizarea culturilor de apă adâncă în paturi de creștere hidroponică într-un sistem acvaponic la scară largă [9] .
Prima cercetare în acvaponică din Canada a fost un mic sistem adăugat acvaculturii existente la o stație de cercetare din Lethbridge , Alberta . Ei au văzut o creștere a instalațiilor de acvaponie de-a lungul anilor 90, predominant sub formă de instalații generatoare de venituri, crescând randamentul culturilor de mare valoare, cum ar fi păstrăvul și salata verde . Instalația se bazează pe un sistem de apă adâncă dezvoltat la Universitatea din Insulele Virgine și construit într-o seră din Brooks , Alberta, unde Dr. Nick Savidov și colegii au explorat acvaponia pe fundalul științelor agricole. Echipa a primit date despre creșterea rapidă a rădăcinilor în sistemele acvaponice și închiderea ciclului deșeurilor; a constatat că, datorită anumitor avantaje ale sistemului, în comparație cu acvacultura tradițională, sistemul poate funcționa bine la un nivel scăzut al pH-ului , ceea ce este favorabil pentru plante, dar nu și pentru pești.
Sistemele acvaponice nu sunt inferioare ca performanță nici hidroponiei, nici acvaculturii. Cercetătorul canadian Nick Savidov a sugerat că mediul microbiologic special format în sistemele acvaponice permite randamente mai mari decât în hidroponia tradițională [13] . Cea mai eficientă în acvaponică este cultivarea de verdeață , răsaduri de plante ornamentale , iar din pește, tilapia , somn și crap sunt cultivate mai des .
Principala problemă în acvaponică este echilibrul exact al caracteristicilor diferite, dar interdependente ale apei - mediul de viață pentru animale, plante și bacterii. Temperatura apei este determinată în primul rând de nevoile plantelor. Plantele cultivate în acvaponie necesită apă caldă, așa că animalele termofile sunt folosite în acvaponie. Costul menținerii temperaturii și luminii necesare reprezintă o limitare serioasă pentru dezvoltarea acvaponiei, chiar și într-un climat temperat (hidroponia și acvacultura întâmpină aceleași dificultăți).
Acvaponia constă din două părți principale: acvacultura - pentru creșterea animalelor acvatice și hidroponia - pentru creșterea plantelor [14] [15] .
Apele reziduale de la hrana nealimentată sau de la animalele de crescătorie, cum ar fi peștii, se acumulează în apă din cauza circulației închise în majoritatea sistemelor de acvacultură. Apa bogată în efluenți devine toxică pentru animalele acvatice în concentrații mari, dar în același timp conține substanțe nutritive necesare creșterii plantelor [14] . Deși acvaponia constă în principal din aceste două părți, sistemele acvaponice sunt de obicei grupate în mai multe componente sau subsisteme responsabile cu îndepărtarea eficientă a deșeurilor, adăugarea unei baze pentru neutralizarea acizilor sau pentru îmbogățirea apei cu oxigen [14] . Componentele tipice includ:
În funcție de complexitatea și costul sistemului acvaponic, containerele pentru deșeuri, biofiltrele și/sau subsistemele hidroponice pot fi combinate într-o singură secțiune sau subsistem [14] care nu permite curgerea apei din partea de acvacultură a sistemului în partea hidroponică. Acvaponia face posibilă reducerea semnificativă și, în unele cazuri, reducerea la zero a evacuării apelor uzate.
Plantele sunt cultivate în sisteme hidroponice în care rădăcinile lor sunt scufundate în ape uzate bogate în nutrienți. Acest lucru le permite să filtreze amoniacul, care este toxic pentru animalele acvatice, sau metaboliții săi. După ce apa trece prin subsistemul hidroponic, este curățată și oxigenată și poate fi returnată în rezervoarele de acvacultură. Acest ciclu este continuu. Cerințele generale pentru sistemele hidroponice în acvaponie includ:
Fiecare metodă are propriile sale avantaje [16] .
Majoritatea legumelor cu frunze verzi cresc bine în sistemele hidroponice, cum ar fi bok choy , salată verde , busuioc , măceșe , roșii , bame , pepene galben și ardei [15] . Alte tipuri de legume care cresc bine într-un sistem acvaponic includ fasole , mazăre , guli -rabe , creson , taro , ridichi , căpșuni , dovleac , ceapă , napi , păstârnac , cartofi dulci și verdeață . Deoarece plantele aflate în diferite stadii de creștere necesită cantități diferite de minerale și nutrienți, recolta este recoltată într-un model de șah: în timp ce unele părți sunt semănate, plantele se maturizează deja pe altele. Acest lucru asigură un conținut stabil de nutrienți în apă datorită purificării simbiotice constante a apei de toxine [17] .
Peștii de apă dulce sunt una dintre cele mai comune animale acvatice crescute acvaponic, deși ocazional se folosesc și raci de apă dulce și creveții [18] . În practică, tilapia s-a dovedit a fi cea mai populară pentru proiectele casnice și comerciale de pește comestibil, deși se folosesc și barramundi , basul argintiu , anghila de apă dulce comună, basul de jad și codul Murray 15] . Pentru climatele temperate în care nu este posibil sau de dorit să se mențină temperatura apei, peștii albastru și somnul sunt cele mai potrivite specii de pești pentru sistemele acvaponice de acasă. Koi și peștii aurii pot fi, de asemenea, utilizați în sistemele acvaponice dacă peștii din sistem nu trebuie să fie comestibili.
O limitare specifică a dezvoltării acvaponiei este necesitatea de a combina competențe la fel de înalte atât în hidroponie, cât și în piscicultură.
Respirația, alimentația adecvată a peștilor și denitrificarea necesită o cantitate suficientă de oxigen dizolvat în apă. Nivelul necesar de oxigen este menținut prin aerare sau oxigenare. CO 2 ca produs al respirației trebuie eliminat eficient din sistem.
Amoniacul este principalul produs al descompunerii microbiologice a deșeurilor de pește pe care le eliberează în apă. În prezența oxigenului dizolvat în apă , bacteriile aerobe oxidează amoniacul și derivații săi de amine gazoase pentru a forma nitriți și nitrați. Acest lucru reduce toxicitatea apei pentru pești și permite plantelor să elimine compușii nitrați rezultați, folosindu-i pentru propria lor nutriție. Nitrificarea , conversia aerobă a amoniacului în nitrat , este una dintre cele mai importante funcții într-un sistem acvaponic [14] .
Un proces similar este analog cu bioremedierea . Coloniile de bacterii specifice din acvacultura în buclă închisă locuiesc în principal pe substratul biofiltrului , în timp ce în acvaponică locuiesc și în sistemul radicular și substratul plantei . Așadar, bacteriile purifică apa de substanțe toxice pentru pești, iar plantele consumă nitrați , azot , fosfor , dioxid de carbon dizolvat în apă și îmbogățesc într-o oarecare măsură apa cu oxigen, care poate fi returnat peștilor.
Erbicidele și pesticidele nu sunt folosite în acvaponie , deoarece sunt dăunătoare bacteriilor și animalelor. Din același motiv, este necesară o abordare atentă a selecției și dozării suplimentelor nutritive din plante.
Amoniacul este eliberat în mod constant în apă prin branhiile și fecalele peștilor, ca un produs secundar al metabolismului lor și trebuie filtrat din apă, deoarece concentrațiile mari de amoniac (de obicei între 0,5 și 1 ppm) pot ucide peștii. Deși plantele pot absorbi amoniacul din apă, într-o oarecare măsură, nitrații sunt absorbiți mai ușor [15] , reducând astfel eficient toxicitatea apei pentru pești [14] . Amoniacul poate fi transformat în alți compuși azotați prin următoarele populații sănătoase:
Într-un sistem acvaponic, bacteriile responsabile de acest proces formează un biofilm pe toate suprafețele solide ale sistemului care sunt în contact constant cu apa. Rădăcinile vegetale scufundate au o suprafață mare în care se pot acumula multe bacterii. Împreună cu concentrația de amoniac și nitriți în apă, suprafața determină viteza cu care are loc nitrificarea. Îngrijirea coloniilor acestor bacterii este importantă pentru reglarea absorbției complete a amoniacului și nitriților. Acesta este motivul pentru care majoritatea sistemelor acvaponice conțin o secțiune de biofiltru pentru a ajuta la facilitarea creșterii acestor microorganisme . De obicei, după ce sistemul stabilizează nivelul de amoniac în intervalul de la 0,25 la 2,0 ppm, nitritul se stabilizează în intervalul de la 0,25 la 1 ppm și conținutul de nitrat în intervalul de la 2 la 150 ppm. Amoniacul (până la 6,0 ppm) și nitriții (până la 15 ppm) pot prezenta vârfuri în timpul pornirii sistemului, în timp ce nitrații atinge vârfuri mai târziu decât faza de pornire. Deoarece procesul de nitrificare oxidează apa, se pot adăuga baze fără sodiu pentru a neutraliza pH-ul apei, cum ar fi hidroxidul de potasiu sau hidroxidul de calciu [14] dacă nu există suficientă cantitate naturală prezentă pentru a tampona oxidarea. În plus, minerale selectate sau nutrienți, cum ar fi fierul, pot fi adăugate pentru a suplimenta deșeurile de pește și servesc ca o sursă majoră de nutrienți pentru plante [14] .
O modalitate bună de a combate acumularea de solide în acvaponie este utilizarea viermilor care lichefiază solidele organice, astfel încât acestea să poată fi utilizate de plante și/sau alte animale din sistem (vezi Vermiponics .
Cele cinci consumabile principale ale sistemului sunt apa, oxigenul, lumina, hrana pentru animale acvatice și electricitatea pentru pomparea, filtrarea și oxigenarea apei. Ouăle sau prăjelii pot fi adăugate în sistem pentru a înlocui peștii crescuți, care sunt la rândul lor îndepărtați pentru a menține sistemul stabil. Proporții tipice: 0,5 până la 1 picior pătrat de spațiu de creștere pentru fiecare 1 galon SUA (3,8 L) de apă de acvacultură din sistem. 1 galon SUA (3,8 L) de apă poate suporta 0,5 lb (0,23 kg) și 1 lb (0,45 kg) de stoc de pește, în funcție de aerare și filtrare [19] . Cele zece linii directoare de bază pentru construirea unui sistem acvaponic de succes sunt publicate de dr. James Rakosi, directorul echipei de cercetare acvaponică de la Universitatea din Insulele Virgine, pe baza cercetărilor ample efectuate de Programul de acvacultură la stația de experimente agricole [20] :
Ca și în cazul tuturor sistemelor bazate pe acvacultură, materia primă conține făină de pește de calitate scăzută. Starea actuală a deșeurilor naturale de pește face ca această practică să fie nesustenabilă. Hrana organică din pește se poate dovedi a fi o alternativă la această problemă. Alte opțiuni sugerează, de exemplu, creșterea lintei de rață într-un sistem acvaponic care va fi hrănit și peștilor [21] , viermi în exces în compost de vermicultura folosind deșeuri de bucătărie [22] , este de asemenea bine să crești Lionflis pentru a hrăni peștii cu compost reciclat. larvele [23] .
Dacă plantele crescute sau o parte din ele sunt hrănite pentru pești, acvaponia face posibilă economisirea la achiziționarea de hrană pentru animale.
Un sistem acvaponic nu folosește drenajul tipic sau schimbul de apă în sensul său obișnuit, ci folosește reciclarea în spațiu închis și reutilizarea apei, ceea ce este foarte eficient. Sistemul depinde de relația dintre animale și plante pentru a menține un mediu acvatic stabil, menținând în același timp fluctuații minime ale nivelurilor de nutrienți și oxigen din mediu. Apa este adăugată numai pentru a înlocui pierderile din absorbția și transpirația de către plante, evaporarea în aer din apele de suprafață , revărsarea din cauza precipitațiilor și datorită eliminării biomasei ca deșeuri solide din sistem. Ca rezultat, acvaponia folosește aproximativ 2% din cantitatea de apă necesară în mod normal pentru irigarea agricolă atunci când cultivă produse vegetale similare. Acest lucru permite acvaponiei să producă atât culturi - pești, cât și culturi - în zonele în care apa sau terenurile fertile sunt rare. Sistemele acvaponice pot fi, de asemenea, utilizate pentru replicare de către zonele umede gestionate . Zonele umede gestionate pot fi utile pentru tratarea și biofiltrarea apelor uzate menajere tipice [24] . Apa bogată în nutrienți poate fi stocată în rezervoare de drenaj și refolosită pentru a stimula creșterea culturilor plantate în sol sau pompată înapoi într-un sistem acvaponic pentru a umple nivelul de apă.
Acvaponia poate economisi semnificativ resursele de apă, în special în sistemele cu recirculare maximă a apei. Desigur, acvaponia economisește bani la achiziționarea de îngrășăminte care conțin azot și fosfor. Detritus - deșeuri solide din viața peștilor - servește ca un excelent îngrășământ .
Instalațiile acvaponice depind în diferite grade de energia generată de om, soluțiile tehnologice și controalele exogene pentru a menține recirculația și temperatura apei/ambientului. Totuși, dacă proiectarea sistemului permite economii de energie, utilizarea surselor alternative de energie și un număr redus de pompe care permit apei să curgă cât mai mult posibil, acest lucru poate fi foarte eficient în ceea ce privește economiile de energie. În timp ce proiectarea atentă poate minimiza riscurile, un sistem acvaponic poate avea mai multe „puncte de defecțiune” în care probleme precum defecțiunea electrică sau blocarea conductelor pot duce la o pierdere absolută a stocurilor de pește.
În acvaponică, circulația apei în volumele necesare este efectuată de pompe. Calculul abil al nivelurilor la care sunt amplasate elementele sistemului poate reduce semnificativ costurile energetice.
Cele mai moderne instalații acvaponice sunt dotate cu sisteme electronice automatizate de control și avertizare, reglarea tuturor indicatorilor vitali.
Insula Barbados din Caraibe a luat inițiativa de a începe să creeze sisteme acvaponice acasă, cu venituri din vânzarea produselor către turiști, într-un efort de a reduce dependența din ce în ce mai mare de importurile de alimente.
În Bangladesh , cea mai populată țară din lume , majoritatea fermierilor folosesc produse agrochimice pentru a crește producția de alimente și perioada de valabilitate, deși țara nu are supraveghere cu privire la siguranța substanțelor chimice din alimentele destinate consumului uman [25] . În combaterea acestei probleme la Departamentul de Acvacultură de la Universitatea de Agricultură din Bangladesh din Maimansingh , o echipă condusă de prof. dr. M.A. la salinitatea regiunilor sudice și a zonelor predispuse la inundații din haora din regiunea de est [26] [27] . Munca Dr. Samal a modelat un nou tip de agricultură de subzistență în scopuri micro-industriale în societate și în scopuri personale, în timp ce munca de proiectare a lui Chowdhury și Graff este pur orientată spre profit, ultima dintre aceste două abordări fiind folosită predominant în economii de scară. ( economii de scară).
Mai mult de o treime din terenurile agricole palestiniene din Fâșia Gaza a fost transformată într-o zonă tampon israeliană, unde este posibilă grădinăritul acvaponic pe acoperiș în orașul Gaza [28] .
Growing Power , o organizație non-profit creată pentru a oferi oportunități de angajare pentru tineri în Milwaukee , este o oportunitate de a învăța în timp ce creșteți alimente pentru comunitatea dvs. Acest lucru a dat naștere mai multor proiecte similare în alte orașe, precum New Orleans , unde comunitatea de pescari vietnamezi a fost afectată de scurgerea de petrol din Golful Mexic , în South Bronx , în New York [28] .
Whispering Roots [29] este o organizație non-profit din Omaha , Nebraska , care furnizează alimente proaspete și sănătoase locuitorilor dezavantajați din punct de vedere social și economic prin acvaponie, hidroponie și agricultura urbană [30] .
În plus, cultivatorii de acvaponii din întreaga lume s-au reunit într-o comunitate online pentru a-și împărtăși experiențele și pentru a promova dezvoltarea acestei forme de grădinărit[20], precum și crearea de resurse extinse despre cum să construiești un sistem acvaponic acasă [31]. ] .
Recent, acvaponia s-a îndreptat către sisteme de producție casnică. În orașe precum Chicago , antreprenorii folosesc structuri verticale pentru a cultiva alimente pe tot parcursul anului. O combinație de acvaponie și aceste facilități pot fi folosite pentru a cultiva alimente pe tot parcursul anului cu deșeuri minime [32] .
|
|