Аквапоника

Это тематическая страница . Основное внимание Appropedia уделяется оригинальным исследованиям , но эта страница предоставляет полезный контекст и помогает ориентироваться на сайте. Вы можете помочь Approppedia, улучшив эту страницу .Читать далее...

«Аквакультура в настоящее время является наиболее быстрорастущим сектором производства продуктов питания для животных и вскоре будет поставлять более половины мировых морепродуктов для потребления человеком». ^[1] Он использовался во многих различных культурах, в основном для производства продуктов питания и удаления токсичных отходов, например, тех, которые образуются на свалках. ^[2] Для очистки сточных вод использовались различные виды бактерий и водорослей (например, водоросли Gracilariabirdiae). ^[3] Аквапоника — это развивающаяся часть аквакультуры, которая использует естественное взаимодействие между бактериями, рыбами и растениями для преобразования отходов в чистую воду.

Что такое аквапоника?

Аквапоника — это метод производства продуктов питания, сочетающий аквакультуру с гидропоникой . Эти симбиотические отношения способствуют созданию устойчивой системы с минимальными затратами. Накапливаются полезные бактерии, которые затем преобразуют токсины, вырабатываемые рыбными отходами, в питательные вещества, используемые растениями. Поглощая эти питательные вещества, растения фильтруют воду, создавая для рыб пригодную для жизни среду. Этот цикл помогает поддерживать аквариум в хорошей форме как для рыб, так и для растений.

Производство продуктов питания с помощью этого метода является максимально органическим. При такой установке нет необходимости в удобрениях, поскольку рыбные отходы — это все, что необходимо растениям для роста. Гербициды также не нужны, поскольку для выращивания растений не используется почва, и они могут даже быть вредными для рыб. Эта система особенно хороша для районов с плохим качеством почвы, поскольку она не отвечает за обеспечение растений питательными веществами. Вы можете выращивать большое количество растений на небольших участках, не требуя большого количества земли. Аквапоника — это отличный способ устойчиво выращивать свежую рыбу и овощи для семьи, накормить деревню или получить прибыль от коммерческого фермерства. Не говоря уже о том, что в одной системе можно приготовить собственный ужин и гарнир. Самое приятное то, что когда ваша рыба подрастет, вы сможете ее съесть! ^[4]

История

Популярность аквапоники в последнее время вновь возросла, ^[5] однако этот шедевр инженерии и биологии был впервые использован древними цивилизациями. ^[6] Примерно в тринадцатом веке цивилизация ацтеков была первой, кто применил аквапонику. Они создали сложные сельскохозяйственные острова, называемые чинампас. Эти растительные острова располагались на мелководье озера и были смешаны с отходами животного происхождения. Эта установка позволила ацтекам воспользоваться преимуществами аквапоники как по удалению отходов, так и по обеспечению продуктами питания. ^[7] Поликультуры были также созданы в Китае и Таиланде, где рыбу (а также другие виды, такие как болотный угорь и прудовик) помещали на рисовые поля, чтобы способствовать производству растений и служить еще одним источником пищи. ^[6]

Где используется аквапоника?

После возобновления популярности аквапоники страны по всему миру начали получать от нее выгоду; эти страны, включая США, страны Южной Америки, многие части Азии, Австралию и некоторые части Африки. ^{[5] [8] [9] [10]} Даже в солоноватой воде пустыни Негев были установлены аквапонные системы с достаточным успехом для роста растений и рыб. ^[11] Большинство операций подпадают под одну из следующих категорий: исследовательские, образовательные, некоммерческие, коммерческие или частные любители. ^[1] Хотя большинство систем в настоящее время являются небольшими по масштабу, развитие технологий привело к «стабильному увеличению числа коммерческих применений», две основные проблемные области, а именно рентабельность и управление отходами, стимулировали интерес к аквапонике как к возможному методу. средства увеличения прибыли при использовании некоторых отходов». Более подробное объяснение того, как аквапонная система была реализована в этих разных странах, можно найти в последующих разделах.

Сравнение методов

Чтобы полностью понять аквапонику, необходимо понимать, что для выращивания экологически чистых культур она использует как методы аквакультуры, так и гидропонику. Узнав об этих двух методах, вы сможете полностью оценить преимущества и недостатки этих трех методов ведения сельского хозяйства.

Аквакультура

Аквакультура – ​​это использование естественных взаимоотношений между водными растениями и животными для устойчивого получения многократного урожая. Как это достигается? Разумно проектируя, в этом и состоит пермакультура.

Теперь я предоставляю слово Биллу Моллисону, отцу пермакультуры, с цитатой из Руководства по проектированию пермакультуры, глава 13.2, стр. 459 «Дело в пользу аквакультуры»:

«До последних нескольких десятилетий мы могли вылавливать достаточное количество рыбы, моллюсков и растений из природных водных систем. Сейчас это не так, и очевиден новый импульс в создании и культивировании организмов в водной среде обитания.

Водные культуры обладают давно проверенной и несомненной стабильностью, и многие из них сохраняются без внешнего воздействия в течение тысяч лет. Стабильность и продуктивность систем аквакультуры превосходят системы наземных культур, разработанные до сих пор. При тех же затратах энергии и питательных веществ мы можем ожидать в 4–20 раз большего урожая от воды, чем от прилегающей земли.

Короче говоря, аквакультура является таким же стабильным будущим занятием ответственных обществ, как и леса, и между этими двумя полезными системами мы увидим значительное сокращение площадей, которые сейчас отданы под скотоводство (примечание: он имеет в виду вредный чрезмерный выпас скота) и монокультурные культуры. (примечание: по сути, это экологический геноцид). Обе эти последние профессии представляют собой предприятия, которые все менее и менее пользуются одобрением общества, и их продукция представляет собой очевидный риск с любой точки зрения (финансовой, здравоохранения, социального обеспечения, энергоэффективности или общей стабильности ландшафта).

Аквакультура не более ценна как монокультура с высоким потреблением энергии, чем ее исторические предшественники – крупные фермы по выращиванию зерна или выращивание отдельных культур. Это наиболее приятно, дружелюбно и социально ценно, когда встречается как общественная культура таро-террас, и в самом удручающем виде, когда интенсивно выращиваются креветки или сомы на 100 гектарах фермы. Таким образом, моя позиция заключается в том, чтобы подчеркивать разумную урожайность и порядок действий, но не поощрять идею «максимальной урожайности одного вида».

Гидропоника

Гидропоника – это метод выращивания растений в растворе минеральной воды без почвы. Эта система позволяет использовать более эффективный метод выращивания, требующий меньше места, меньше труда и воды. Поскольку растения находятся в идеальных водных условиях, им не нужна избыток воды, хотя обычно большая часть воды тратится впустую. Этот тип системы требует внесения питательных веществ.

Производство продуктов питания на аквапонике: выращивание рыбы и растений ради еды и прибыли, Ребекка Л. Нельсон при участии Джона С. Пейда

Дизайн: основные характеристики и компоненты

Одной из примечательных особенностей аквапонной системы является огромное количество различных способов ее создания. Несмотря на такое разнообразие, в любой установке аквапоники есть пять ключевых компонентов: резервуар для выращивания, удаление твердых частиц, биофильтр, подсистема гидропоники и отстойник (рис. 1; [ ^5] Все эти ключевые компоненты выполняют следующие функции: «рыбка и растениеводство, удаление взвешенных веществ и бактериальная нитрификация. ^[1]

Рис. 1: Немасштабированная диаграмма различных компонентов, важных в системе аквапоники.

Резервуар для выращивания: где выращивают рыбу

Существует три различных метода выращивания: последовательное выращивание, разделение стада и многосекционное выращивание. Каждый из этих различных методов имеет свои преимущества, недостатки и требует разных макетов. Например, последовательное выращивание требует содержания в одном аквариуме множества рыб разного возраста. Эта установка менее сложна, чем другие методы выращивания. Однако это может вызвать стресс у рыбы, которая еще не полностью выращена для продажи, когда вылавливают других; это также затрудняет учет запасов, а низкорослая рыба избегает отлова. Другой метод выращивания называется дроблением стада. При разделении запасов рыба случайным образом разделяется на два разных аквариума, когда первый аквариум достигает грузоподъемности. Хотя этот метод помогает избежать переноса низкорослой рыбы, стресс, вызванный перемещением рыбы, может отрицательно сказаться на ее общем росте. Последний распространенный метод — это система с несколькими модулями выращивания. В этой системе популяции начинаются в разном возрасте и переводятся в аквариумы большего размера, когда рыбы становятся достаточно большими.

Удаление твердых частиц: удаление более крупных органических отходов.

Тип системы удаления твердых частиц зависит от того, сколько органических отходов образуется в системе (то есть, сколько рыбы выращивается и сколько растений выращивается). Если рыбных отходов больше, чем может удержать количество растений в системе, то необходимо устройство для удаления твердых частиц, такое как микросито.

Эти промежуточные фильтры помогают собирать твердые частицы и «способствуют преобразованию аммиака и других отходов перед доставкой их на гидропонные овощи». ^[10] Это проявляется в системах промышленного масштаба и использовании осветлителей (рис. 2). Система осветлителя собирает твердые частицы в нижней части конуса. Для этого необходимо, чтобы рыба находилась в аквариуме, чтобы питаться отходами, которые могут находиться вверху, и поддерживать трубы в чистоте. После осветлителя также устанавливается сетка для улавливания излишков органических отходов, вышедших из осветлителя. Эту сетку необходимо чистить один-два раза в неделю. Важно удалить эти сети, поскольку скопление органического материала может привести к возникновению анаэробных условий, которые могут привести к гибели рыбы. ^[5] Для выращивания рыб и растений необходимы определенные параметры качества воды, включая постоянный уровень pH, концентрацию растворенного кислорода, углекислого газа, аммиака, хлора, нитритов и нитратов. ^[10] Осадок, собранный сетками, можно использовать для удобрения других культур, а в городских условиях — на очистных сооружениях для очистки воды. ^[5] В небольших масштабах удаление отходов системы может оказаться ненужным (там, где количество рыбы относительно площади выращивания растений небольшое). ^[5] В этих системах обычно существует прямой поток воды из резервуара для выращивания рыбы в «гидропонные овощные грядки, выращенные на гравии». ^[10]

Рис. 2:A) Осветлитель работает за счет того, что вода сначала поступает в B) центральную перегородку, а затем уходит либо через C) выпускную перегородку, либо в выпускное отверстие D) для фильтрующих резервуаров, либо через E) дренаж ила. ^[5]

Биофильтрация: использование бактерий

Жизненно важной частью системы аквапоники является удаление аммиака, который выделяется в виде метаболических отходов из жабр рыб. ^[5] Если концентрация аммиака слишком высока, рыба погибнет. ^[5] Это предотвращается за счет нитрификации аммиака. В ходе этого процесса аммиак окисляется до нитрита, а затем до нитрата. Аквапоника использует природные нитрифицирующие бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter, которые опосредуют этот процесс. ^[5]

Рис. 3: Схема естественного цикла азота в природе. На диаграмме конкретно показан момент, когда нитрифицирующие бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter играют ключевую роль в преобразовании токсичного нитрита в относительно нетоксичный нитрат. ^[12]

Эти естественные нитрифицирующие бактерии любят расти в виде биопленок на разных поверхностях. Чтобы максимизировать рост бактерий, биофильтры в аквапонике чаще всего изготавливаются из песка, перлита или гравия. ^{[5] [10]}

Рис. 4: Простая схема установки системы аквапоники.

Система гидропоники: где выращивают растения

Эти разные биофильтры также важно учитывать при проведении различий между различными типами гидропонных систем. В небольших постройках используется гравий, поскольку он полезен для растений кальцием. ^[5] Для этого типа системы необходимы постоянные приливы и отливы воды. Недостатками этой системы являются засорение остатками корней, рост микробов и отсутствие полноценной циркуляции воды (отсутствие потока приводит к образованию анаэробных зон и плохой продуктивности растений). ^[5] Отсутствие стока также может привести к ухудшению качества воды и гибели рыбы. ^[10] Если система аквапоники больше и постоянный поток воды невозможен, хорошим выбором будет песочная система. ^[5] Для предотвращения засорения трубок рекомендуется использовать более крупные гранулы песка. Если ни песок, ни гравий не подходят, еще один замечательный выбор — перлит. ^[5] Системы на основе перлита хороши, если выращиваются растения с небольшими корнями и производитель желает удалить все твердые вещества до того, как они попадут в гидропонную часть. Если этого не сделать, образуются анаэробные порции. ^[5]

Отстойник: сбор чистой воды

Поддон – это единственное место, куда в систему закачивается вода. Это хорошее место для добавления воды, если система ее потеряла. ^[5]

Научная теория: как работает система аквапоники

Аквапоника — это циркуляционная система, использующая преимущества естественных биологических процессов. Ниже объясняется каждая часть системы (растения, рыбы, вода и бактерии):

Растения: что им нужно и как лучше всего расти?

Во-первых, важно выбрать растения, которые лучше всего адаптированы к системе аквапоники. Эта система лучше всего поддерживает растения с низкими потребностями в питательных веществах, такие как кресс-салат, базилик, зеленый лук, шпинат, травы и салат. ^[10] Однако помидоры и огурцы также выращиваются. ^[13] Если из-за плохого потока воды создаются анаэробные условия, то эти зоны также могут привести к отсутствию роста растений. ^[5]

Пример растений томата в системе, наполненной средой. Персональная фотография автора.

Корнеплоды

Говорят, что, несмотря на то, что корнеплоды растут в каменистой среде, такой как глинистая галька или гравий, они достаточно хорошо себя чувствуют в системе аквапоники. Краткий список растений, которые можно выращивать с помощью аквапоники, включает салат, зеленый лук, кресс-салат, базилик, капусту, помидоры, кабачки и дыни. На заре развития аквапоники считалось, что можно выращивать только листовые культуры. В настоящее время благодаря усилиям Центра диверсификации сельскохозяйственных культур в Альберте, Канада, успешно выращивается более 60 различных видов продуктов питания. ^[14]

Инвазивные корни

Не желательно сажать виды с быстрорастущими корнями, например, мяту. Агрессивная корневая система прорастет в трубопровод и захватит всю систему. ^[4]

Медиа-наполненная система

Поскольку системы с заполнением средой наиболее распространены для домашнего производства продуктов питания, этот раздел будет подробно рассмотрен, поскольку он относится к методу с заполнением средой. Многие компоненты этого метода также используются в системах raft и NFT. Основными частями предприятия, наполненного средой, являются грядки, аквариумы и осветлитель. Конечно, также необходимы индивидуальные насосы, механизмы аэрации, водонагреватель/охладитель, системы резервного электропитания и разнообразная сантехника с использованием труб из ПВХ.

Растущая среда

В качестве питательной среды можно использовать стандартный гравий размером 1/4 дюйма (0,66 см), перлит или гидротон, тип глиняной гальки, обычно используемый в гидропонике. Гравий немного дешевле, но гидротон в некоторых случаях облегчает посадку из-за его однородности.

Объем

Одной рыбе требуется около 10 литров или 2,5 галлона свободного пространства. Итак, если у вас есть аквариум емкостью 50 галлонов, вы можете содержать 20 рыб. Однако чем больше у вас воды, тем стабилизируется система. Минимальный рекомендуемый размер бака составляет 250 галлонов или 1000 литров. Объем грядки должен быть таким же, как и объем аквариума. ^[4] Меньшие системы создавались с разной степенью успеха.

Система промывки/заполнения

При использовании грядки среду необходимо периодически заливать и осушать. Есть несколько методов, с помощью которых это можно сделать.

Правильный поток имеет решающее значение для доставки кислорода к корням и колониям бактерий. ^[4] Существует несколько методов перемещения воды из грядок обратно в аквариум. К ним относятся раструбный сифон, перелив, унитазный клапан или просто насос с таймером. Для подачи необходимого количества воды, питательных веществ и кислорода в воду в системе, заполненной средой, можно использовать любое количество способов. Ключевым моментом является скорость потока, которая будет обеспечивать циркуляцию воды в системе и не позволять накапливаться токсичным уровням аммиака и нитритов.

Питательные вещества для растений

В зависимости от вашей системы может потребоваться добавление в воду определенных питательных веществ. Железо, кальций, магний, калий и бор. Их можно добавлять в воду в хелатной форме каждые три недели или около того. Дополнение аквапоники вермикультурой , как описано выше , может обойти эту необходимость.

Компания Friendly Aquaponics разработала руководство по выявлению недостатка питательных веществ в растениях.

Рыба: требования к лучшему производству рыбы

Некоторые рыбы лучше, потому что они более терпимы к изменениям. Тилапия — наиболее часто используемая рыба в системе. ^{[10] [5]} В число рыб, включенных в систему, входят «тилапия, форель, окунь, арктический голец и окунь… тилапия устойчива к колебаниям условий воды, таких как pH, температура кислорода и растворенные твердые вещества». ^[10] Эти различные условия, упомянутые ранее (аммиак, нитрит, нитрат, pH, растворенный кислород, углекислый газ), важно контролировать, чтобы обеспечить максимальную скорость роста рыбы. ^[10] Эти условия можно измерить прямо или косвенно через «плотность посадки рыбы, скорость роста рыбы, скорость и объем кормления». ^[10]

Рыба как еда

В зависимости от климата, в котором вы живете, лучше всего использовать рыбу, обитающую в вашем регионе. Это позволяет затрачивать наименьшее количество энергии на обогрев или охлаждение аквариумов. Также рекомендуется выбирать выносливую породу рыбы, способную пережить колебания качества и температуры воды. Имейте в виду, что некоторые рыбы поедают своих товарищей, когда те становятся крупнее, и их необходимо рассортировать по отдельным аквариумам. ^[4]

Кормление

Корм для рыб является основным компонентом аквапонной системы, поэтому выбор корма имеет решающее значение для устойчивости. ^[14]

Есть несколько вариантов корма для рыб. Большинство систем могут с успехом комбинировать несколько из них:

• Пеллетный корм для рыб . Кормить рыб можно высококачественными гранулированными кормами из рыбы и сои. Это наиболее распространенный и хорошо проверенный способ кормления рыб в аквапонных системах, но он имеет тот недостаток, что требует постоянного внешнего питания, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы системы. Следующие параметры можно использовать для приближения системы к полностью замкнутой системе.
• Водоросли . Водоросли эндемично растут практически в любом водоеме со стоячей водой и служат пищей для рыб. Поместив пластиковую сетку (например, пустой ящик из-под фруктов) в аквариум, вы создадите поверхность для роста водорослей. К сожалению, даже в самых лучших обстоятельствах трудно полностью удовлетворить пищевые потребности рыб только с помощью водорослей.
• Корм для рыб можно производить на грядках, если выбранная порода рыб питается листовой зеленью.
• Ряска также является отличным выбором, поскольку ее можно выращивать на поверхности вспомогательного резервуара, а затем собирать и замораживать по мере необходимости. ^[4] Ряска быстро растет, имеет высокое содержание белка и питательных веществ для рыб, и существуют ее виды, подходящие для большинства климатических условий. Кроме того, ряска поглощает аммиак, побочный продукт жизнедеятельности рыбы, обеспечивая богатую белком пищу, которую можно скармливать определенным видам рыб. ^[15]
• Черви . Некоторые люди практикуют вермикультуру наряду с аквапоникой. Это позволяет скармливать червям несъедобные части сельскохозяйственных культур (или другие органические отходы, которые есть под рукой, например, скошенную траву или что-то еще). Затем червей можно кормить рыбой. Компост, произведенный в червянике, можно использовать для выращивания растений вне аквапонной системы или для приготовления компостного чая, который можно добавлять в гидропонный элемент системы. Это разнообразит питательные вещества, которые получают растения, особенно снабжая бором, которого в противном случае могло бы не хватать.

Питомник

Хотя мальков можно купить, они не обязательно должны быть единственным источником для заселения аквариумов. Продолжая идею системы с замкнутым контуром, можно установить детский резервуар и облегчить спаривание, чтобы популяция рыб поддерживала себя. В некоторых случаях важно переселить молодь в отдельный резервуар, потому что взрослые особи съедят ее. ^[4]

Вода

В системе аквапоники качество воды напрямую связано с качеством растений. Для нормального развития растениям необходимы определенные минералы, и эти минералы содержатся в рыбных отходах. В условиях негидропонного выращивания минералы поступают из почвы. В закрытых гидросистемах, таких как аквапоника, количество поступающих в систему минералов строго регулируется. Выращивая растения в почве, вы рискуете, что растения поглотят токсичные минералы ^[16] и впоследствии поглотят их в конечном продукте. Таким образом, аквапоника — это более чистая форма органического земледелия, обеспечивающая более высокий уровень регулирования, что приводит к получению более качественного продукта.

Осветлители, минерализация, дегазация и биофильтрация

Средняя бочка в этой системе, зарытая в землю, выполняет роль отстойника. Позади него приподняты грядки, а впереди зарыт аквариум. Персональная фотография автора.

Поддержание качества воды имеет решающее значение для всех частей системы. Одним из особенно важных факторов является баланс pH, поскольку различные части системы процветают при определенном pH. Поэтому необходимо пойти на некоторые компромиссы. Рыбам обычно нравится pH 7,5–8, растениям лучше всего подходит уровень 6,0–6,5, а колония бактерий работает наиболее эффективно при 7,0–8,0. Принято считать, что общий pH составляет 7,0, чтобы система функционировала наилучшим образом. ^[14]

Для достижения приемлемого уровня качества воды требуются различные компоненты в зависимости от типа установленной аквапонной установки. Существует три основных типа: плот, технология питательной пленки (NFT) и слои, заполненные средой. Плотные системы, также называемые плавающими, глубокими каналами и глубокими потоками, выращивают растения на плавающих панелях из пенополистирола в резервуаре, отдельном от аквариума. NFT выращивает растения в длинных узких каналах, через которые течет тонкая пленка воды, которая доставляет питательные вещества к корням растений. Грядки, заполненные средой, представляют собой просто контейнеры, наполненные питательной средой, такой как гравий, перлит или гидротон, в которой удерживаются корни растений, а затем они проходят через последовательность затопления и дренажа, чтобы доставить питательные вещества к корням. ^[14] Первые два метода чаще встречаются на предприятиях коммерческого масштаба, тогда как последний метод чаще всего используется на приусадебных участках, производя продукты питания в небольших масштабах, чтобы прокормить одну семью.

Осветлитель используется для удаления твердых частиц из толщи воды. Это можно сделать несколькими способами. Конические отстойники и отстойники облегчают осаждение твердых частиц из толщи воды; они основаны на концепции высокого удельного веса по сравнению с водой, в которой они находятся. ^[14] По сути, это означает, что они тонут и могут улавливаться на дне осветительного инструмента, будь то отстойник или конический отстойник. . Другим способом удаления твердых частиц является барабанный микрофильтр, который удаляет органические вещества в процессе обратной промывки. Удаление твердых частиц необходимо только в системах raft и NFT, поскольку в слое, заполненном средой, твердые частицы улавливаются средой, где они затем могут биоразлагаться, не нарушая работу каких-либо других компонентов системы. ^[14] Иногда наличие осветлителя в системе с наполнителем полезно, когда присутствует много твердых отходов.

Теперь вам может быть интересно, как работает система, если твердые частицы, которые по сути являются удобрением системы, удаляются. Перед осветлителем в плотных и NFT-системах необходим резервуар для минерализации, заполненный каким-либо типом пористой среды. В этой области гетеротрофные бактерии преобразуют отходы в элементы, которые легко используются растениями. В этом процессе также образуются такие газы, как сероводород, метан и азот. Поэтому необходим резервуар для дегазации, который поможет выпустить их в воздух. ^[14] Опять же, в этом нет необходимости в слое, заполненном средой, поскольку твердые вещества остаются в системе, захваченные средой.

Биофильтрация обеспечивает место для жизни колонии бактерий. В этом нет необходимости в системах с плотами и средами, поскольку имеется достаточная площадь поверхности для колонизации бактерий до здорового уровня. Однако в системе NFT необходимо предоставить дополнительное пространство для колонизации, чтобы здоровая колония стабилизировалась. Это расширение называется биофильтром. ^[14]

Аэрация

Правильная аэрация воды жизненно важна для качества жизни рыб. Без достаточного количества кислорода рыба может умереть в течение 45 минут. ^[4] Даже если смерть не наступит немедленно, повреждение жабр может быть необратимым и постепенно популяция рыбы будет падать. Именно поэтому важно иметь систему резервного питания. Аэраторы для воды можно купить в магазине товаров для аквариумов, но они должны работать от электричества. Таким образом, если произойдет сбой в электроснабжении, в воду перестанет поступать кислород, что приведет к повреждению популяции рыб.

Аэратор аквариумного типа – не единственный способ добавить кислород в аквариум. В системе, заполненной средой, вода, вытекающая из грядок, может быть организована так, чтобы она падала с достаточной высоты и разбрызгивалась обратно в аквариум, смешивая воздух с водой. Опять же, если бы произошел сбой в подаче электроэнергии, насос, вызывающий аэрацию, также вышел бы из строя; Независимо от того, какие меры принимаются для обеспечения достаточного количества кислорода, необходима резервная электрическая система.

Бактерии: чем помогают эти бактерии?

Жизненно важной частью системы аквапоники является удаление аммиака, который выделяется в виде метаболических отходов из жабр рыб. ^[5] Если концентрация аммиака слишком высока, рыба погибнет. ^[5] Это предотвращается за счет нитрификации аммиака. В ходе этого процесса аммиак окисляется до нитрита, а затем до нитрата. В аквапонике используются природные нитрифицирующие бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter, которые опосредуют этот процесс ^[5] ). Бактерии из корней различных типов аквапонных растений были изолированы, чтобы определить присутствующие штаммы бактерий и их функции в системе. ^{[17] [10] [18] [5]} В ризоплане семейства тростниковых Phragmites communis, предназначенной для очистки воды, было проведено таксономическое исследование, которое определило присутствие штаммов Nitrosomonascommunis и Nitrosomas europaea (обе бактерии, окисляющие аммоний). на корнях. ^[17]

Рис. 5: Схема аквапонной системы UVI не в масштабе. ^[19]

Колония бактерий

Колония бактерий, населяющая всю систему, отвечает за преобразование нитритов и аммиака в нитраты, которые затем могут быть использованы растениями. Без этого преобразования нитриты и, в некоторой степени, аммиак достигли бы токсичного уровня и убили бы рыб и растения. ^[14]

Создание естественной колонии

Эти бактерии естественным образом присутствуют в воздухе и воде, их не нужно добавлять в систему. Формирование естественной колонии может занять 20-30 дней, ^[14] иногда до 8 недель. ^[4] В конце концов, как и во всех природных системах, компоненты приходят в баланс и остаются стабильными при минимальном уходе.

Начиная свой собственный

Однако, чтобы ускорить процесс колонизации, можно добавить в очень небольших количествах мочевинное удобрение в качестве источника аммиака. ^[4]

Аквапонические системы без или с низким энергопотреблением

Если вы хотите построить систему с небольшим энергопотреблением или вообще без него (например, при продвижении аквапоники в развивающейся стране), можно использовать «заливной клапан». ^[20] Эта система работает только с насосом, который перекачивает воду из аквариума к «заливному клапану… [и] она будет работать со скоростью потока ниже 100 галлонов в час». ^[20] Конкретная конструкция этой системы еще не разработана, но она работает аналогично «стандартному туалетному клапану». ^[20]

Другие конструкции не имеют клапанов, а вместо этого требуют ручного труда. Система аквапоники была бесплатно построена в Таиланде и не требует подключения к электросети. ^[21] Необходимы следующие предметы: резервуар для рыб (например, большая пластиковая ванна), контейнер для растений, средства для поднятия растений над аквариумом и устройство для полива. ^[21] Чтобы запустить эту систему, важно посадить рыбу как минимум за неделю до этого. Кроме того, прежде чем поливать растения, покрутите резервуар для выращивания рыб, а затем наполните лейку. В этой системе резервуар для выращивания рыб необходимо будет периодически чистить. Наконец, важно заливать контейнеры не менее трех раз в день. ^[21]

Эксплуатация и обслуживание

Эксплуатация и техническое обслуживание будут различаться в зависимости от конструкции. В общем, необходимо контролировать различные уровни питательных веществ и pH. ^[22] Также важно очистить трубопроводы между различными компонентами системы от «шлама». ^[23] В других разделах, где упоминались различные системы, есть более подробная информация о методах обслуживания.

Оценка системы

Во многих местах мира нет легкого доступа к зелени и свежей рыбе. ^[21] Некоторые из этих мест расположены у нас во дворе, в тех частях городских центров, где поблизости нет продуктовых магазинов. При оценке аквапонической системы необходимо учитывать важность, которую эти, возможно, ограниченные ресурсы (свежая рыба и зелень) могут принести сообществу. ^[24] Тилапия содержит жир, белок и железо, которые являются важными компонентами рациона человека. ^[25]

Если попытаться оценить экономическую выгоду системы, «на сегодняшний день лишь немногие исследования оценили прибыльность малых и крупных операций». ^[1] До сих пор неясно, будет ли вызывать беспокойство безопасность пищевых продуктов, поскольку существует «риск перекрестного заражения, включая распространение сальмонеллы и кишечной палочки, когда рыба и другие животные находятся рядом с продуктами». ^[1] Однако известно, что прибыль увеличивается по следующим причинам: 1) питательные вещества для растений производятся рыбой «бесплатно» 2) большие биофильтры часто не нужны 3) потребность в воде снижается 4) общие затраты на эксплуатацию системы и инфраструктура являются общими для обеих систем. ^[26]

Другой способ оценить систему — проанализировать эффективность удаления питательных веществ растениями. Это сделали многие учёные. В одном из таких экспериментов ученые проверили выделение и поглощение азота в аквапонических системах, изучая показатели роста, урожайность салата и сохранение питательных веществ. ^[27] В другом эксперименте была установлена ​​аквапонная система для анализа удаления азота томатами и огурцами. Было обнаружено, что наибольшее удаление было достигнуто томатами, и вся система имела «69% азота, удаленного всей системой, таким образом, можно было преобразовать в съедобные плоды». ^[28] Урожайность некоторых культур также может быть использована для оценки продуктивности системы. В Грабере и др. они проанализировали четыре различных культуры томатов и обнаружили, что их урожайность в аквапонике выше, чем в гидропонных системах (рис. 6).

Рис. 6: Урожайность разных видов томатов, выращенных в двух разных системах; аквапоника или гидропоника. ^[29]

Одно исследование показало, что, чтобы получить наибольшую экономическую выгоду за счет максимального поглощения питательных веществ, «наибольший рост растений наблюдался в системе рециркуляционных резервуаров, где скорость кормления рыб и последующие растворенные питательные вещества были выше. В этой системе кордовая трава - биомасса спартина производство было на 25% больше, чем на искусственных болотах, а потребление азота было вдвое больше, чем на естественных болотах. Предварительный экономический анализ показал, что производство растений может приносить дополнительный доход, поскольку растения имеют относительно высокую ценность». ^[23]

Воздействие

Различные организации по всему миру установили аквапонные системы в некоторых частях развивающегося мира, чтобы обеспечить свежими растениями и рыбой недостаточно представленные сообщества. Одна из таких организаций, Международный комитет спасения, построила аквапонную систему с двумя резервуарами для выращивания рыбы емкостью 700 галлонов, заселенными тилапией, и использовала образующиеся сточные воды для выращивания свежих растений. ^[30]

В городских сообществах аквапоника использовалась для обеспечения дешевыми свежими продуктами людей, которые не могли легко получить к ним доступ, а в некоторых случаях люди получали прибыль от городских аквапонических систем. ^[31] В настоящее время Университет Амхерста, штат Массачусетс, работает над проектом аквапоники в Уганде, который обеспечит жителей сообщества высококачественным белком. ^[32] См. видео по адресу https://www.cns.umass.edu/about/news/2012/danylchuk-holingsworth-develop-aquaponics-for-developing-countries . Массачусетский технологический институт также работает над проектом во Вьетнаме, который поставляет тилапию и рис в местную провинцию Хоа Бинь. ^[33]

Распространение

Факты и информацию об аквапонике можно найти по всему Интернету (например, здесь: http://theaquaponicsource.com/learn-about-aquaponics/ ), где человек может узнать о науке, лежащей в основе системы, о том, как настроить создать собственную систему аквапоники и поговорить (через блоги) с другими людьми, которые уже экспериментировали со своей собственной системой аквапоники. После возобновления популярности аквапоники страны по всему миру начали получать выгоду от системы аквапоники. В США Университет штата Северная Каролина и Университет Виргинских островов сыграли важную роль в продвижении этой технологии. ^[5] Страны Южной Америки, многие из которых страдают от крайней нехватки воды, являются главными кандидатами на создание этой интегрированной системы аквакультуры и садоводства из-за ее эффективного использования воды (Bishop, 2009). Япония, Тайвань, Бангладеш, а также многие другие страны Азии перешли к аквапонике из-за возможности дешевого производства органических продуктов питания в ограниченном пространстве. В Австралии ученые экспериментировали с различными видами рыб для выращивания из-за запрета на тилапию (наиболее часто используемую рыбу в системе). ^[10] В Африке были построены простые в обслуживании, дешевые и эффективные аквапонные установки. ^[20] Аквапоника присутствует почти на всех континентах земного шара. ^{[10] [21] [20] [5] [34]} Большинство операций подпадают под одну из следующих категорий: исследовательские, образовательные, некоммерческие, коммерческие или частные любители (большинство систем имеют небольшой масштаб). ^[1]

Проблемы с распространением

Одним из основных ограничений этой системы является то, что она может иметь довольно большие начальные затраты, требует большого количества земли для систем коммерческого масштаба и, как правило, «не хватает крупномасштабных моделей и обученного персонала». ^[1]

Редизайн

Количество питательных веществ, обеспечиваемых рыбой, в некоторых случаях не может быть преобразовано достаточно быстро нитрифицирующими бактериями из нитратов в азот, который может быть использован растениями (Tyson et al., 2007). Известно, что pH меняет скорость нитрификации, но баланс между pH, «хорошим» для бактерий, рыб и растений, в нынешней системе сложен, а это означает, что у каждого из них свой идеальный pH. ^{[35] [36]}

Домашние системы

Есть много способов построить систему аквапоники дома. Это может быть веселый и полезный проект, особенно если он используется для обучения детей наукам о жизни. Инвестирование в самодельную систему для производства продуктов питания – это совсем другое дело. В аквапонной системе есть много вещей, которые могут пойти не так, потому что в системе очень много переменных. Качество воды является проблемой номер один в аквапонике, и оно может серьезно измениться, если хотя бы одна часть системы выйдет из строя или выйдет из строя. Поэтому при этой инвестиции, как и при любой другой, важно понимать, каковы риски, прежде чем приступить к проекту. Ниже изложено несколько вещей, на которые следует обратить внимание, и способы, которые помогут разработать эффективную систему. Но этот, как и любой документ, неполный. Если вы решите создать собственную систему, вы, несомненно, столкнетесь с новыми проблемами. Однако не расстраивайтесь: решения уже существуют, и если вы продолжите читать и продолжать работать, ответы на вопрос о доступном производстве продуктов питания уже есть.

Чтобы собрать систему аквапоники, вам понадобится несколько предметов. Комплект можно приобрести в таких организациях, как www.backyardaquaponics.com. ^[37] Систему также можно построить из собственных материалов. Основными компонентами являются аквариум или старая ванна, погружной насос, труба из ПВХ для подачи воды из насоса в бактериальную камеру, воздушный насос и воздушные камни. ^[38] Небольшие системы также являются отличными классными проектами. Студенты могут освоить навыки решения проблем, связанные с используемыми технологиями. ^[39] Другие образовательные аспекты включают естественные циклы, нитрификацию , биологию, анатомию рыб, питание, сельское хозяйство, математику и бизнес. Школы по всей территории США и других стран используют аквапонику для обучения от начальной школы до колледжа. ^[14]

Баррельпоника

Руководство по Баррелпонике . Баррелпоника – это аквапоника в бочке. Маленький, но масштабируемый. Если вам нужно полное описание того, как построить систему бочковой поники, PDF [1] , предложенный Хьюи. ^[40]

Это пример системы в колледже Сьерра-Невада. Наслаждаться!

Система аквапоники колледжа Сьерра-Невада

Фермерский фонтан

Фермерский фонтан сочетает в себе аквапонику и скульптуру. Он применяет аквапонику как метод вертикального земледелия для экономии места. Как построить свой собственный

Заключительные советы

При проектировании новой системы важно понимать, что качество воды будет буквально источником жизненной силы системы. Без надлежащего расхода и транспортировки воды система будет работать плохо, если вообще будет работать. В своем обучающем видеоролике «Аквапоника стала проще» Марри Халлам отмечает, что в небольших системах аквапоники лучше не использовать систему объемом менее 1000 л (265 галлонов). Это связано с тем, что ниже этого уровня количество воды в системе менее стабильно, и меньшее количество воды может выступать в качестве буфера при изменении температуры или при резком увеличении количества рыбных отходов.

Перемещение такого количества воды также может потребовать много энергии, поэтому при проектировании самодельной системы сосредоточьтесь на способах использования силы тяжести для обеспечения переноса воды из одной части системы в другую. Хороший способ сделать это на этапе планирования — нарисовать диаграммы, показывающие, где будет уровень воды в каждом резервуаре. Таким образом, вы будете знать, где в системе расположить вещи, и в конце диаграммы, какой вертикальной подъемной силы вам нужно будет достичь, чтобы перемещать воду через систему.

Связанные проекты

Система аквапоники

Маленькая аквапонная система Emily

Аквапоника Гаити Сообщества

Пассивная солнечная теплица

Аквапоника Ранчо Масстатал

Аквапонная система WetLand

дальнейшее чтение

• Информация об аквапонике на FAST
• Аквапоника на заднем дворе . Включает процветающий форум
• Growing Power - некоммерческая организация, занимающаяся обучением людей выращиванию продуктов питания.
• Friendly Aquaponics содержит планы систем.
• Статьи в журнале Аквапоника
• Статья в Википедии об аквапонике , раздел «Дополнительное чтение»
• Базовая система аквапоники (Сделай сам) (Викиверситет)
• Помощь с аквапоникой Содержит планы по созданию и эксплуатации систем аквапоники.
• Блог идей аквапоники предоставляет информацию и идеи по аквапонике
• Ресурс № 1 по выращиванию аквапоники для гидов по аквапонике

Рекомендации