Source material

تكنولوجيا النظام

1. 3-1 مصادر المياه

   Original publication 2021 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   و يشكل الحصول على المياه اعتبارا هاما, لأنه يؤثر تأثيرا مباشرا على إدارة النظام و أدائه. عادة، يتم استبدال 1-3٪ من إجمالي مياه النظام يوميا اعتمادا على المناخ والوقت من السنة والمحاصيل التي يتم إنتاجها (Somerville et al. 2014). يتم فقدان المياه في النظام من خلال التبخر، والنتح في النبات، ومن خلال العمليات العادية للرش والتنظيف والحصاد.

   المياه ذات الملوحة التي تزيد عن 0.8 جزء في الألف (ppt) عادة ما تكون غير مناسبة للإنتاج المائي لأن غالبية النباتات المستزرعة لا تتسامح حتى مع درجة صغيرة من الملح (Shannon and Grieve 1998). وتشمل المحاصيل المائية الشائعة مع تحمل الملوحة الخس (0.83 - 2.8 جزء في اليوم)، واللفت (حتى 7.4 جزء في اليوم)، والسلق السويسري (1.5 - 3.5 جزء في اليوم)، والطماطم (حتى 5.8 جزء في اليوم) (ماجيو et al. 2007، شانون وغريف 1998، شانون et al. 2000). وعلى الرغم من أن بعض المحاصيل تظهر قدرة على تحمل الملح، إلا أن النمو يتعرض للخطر في مرحلة ما أثناء الإنتاج.

   و يستخدم معظم منتجي المياه المائية مياه الأمطار, و مياه الآبار, و مياه البلديات, أو مزيج من أجل أنظمتهم.

   _مياه الأمطار: _ عادة ما يكون لمياه الأمطار درجة حموضة محايدة أو حمضية قليلاً، وصلابة طفيفة من الكالسيوم والمغنيسيوم، ولا ملوحة (Somerville et al. 2014). وفي النظم الكبيرة, تستخدم مياه الأمطار على أفضل وجه عموما بالاقتران مع مصادر أخرى لخفض التكاليف العامة و تحسين الاستدامة.

   ويمكن بسهولة التقاط مياه الأمطار من الأسطح أو المزاريب وتخزينها لاستخدامها في وقت لاحق. وينبغي معالجة المياه التي يتم جمعها من الأسطح قبل استخدامها، لأنها قد تحتوي على بكتيريا ومسببات الأمراض من فضلات الطيور أو القوارض. وتشمل الاعتبارات المناطق التي قد تحصل على أمطار حمضية، والقوانين التي تحظر جمعها، ومواد السقف والعمر. وقد أشارت بعض الأبحاث إلى أن الأسقف الجديدة والمتقادمة ليست مناسبة للجمع (Clark et al 2008)، لأن مواد مثل القوباء المنطقية والأرز والألمنيوم المجلفن غير المطلي يمكن أن تلوث المياه بالمواد الكيميائية والمعادن الثقيلة والملوثات.

   _مياه الآبار: _ مياه الآبار خيار قابل للتطبيق لبعض المنتجين. وتشمل الاعتبارات الملوثات المحتملة وتكوين الركائز الأساسية. وتشمل المواد الكيميائية الضارة بشكل خاص المعادن الثقيلة والحديد والكبريت. و تتمتع مستودعات المياه الجوفية ذات حجر الأساس المؤلفة من الحجر الجيري بصلابة عالية لل مياه و تركيزات قلوية. القلوية (قواعد في الماء مثل الكربونات، بيكربونات، وهيدروكسيد) يمنع التقلبات في الرقم الهيدروجيني، والتي يتم خفضها بشكل طبيعي في أكوابونيكشن من النتريفيكاتيون. وبالمقابل، قد يحتاج المنتجون ذوو الإنتاج السمكي المنخفض جداً إلى معالجة المياه لتقليل الصلابة و/أو القلوية قبل الاستخدام (Somerville et al. 2014). ويمكن أن يؤدي نقص الأسماك ومدخلات الأعلاف اللاحقة إلى بقاء درجة الحموضة مرتفعة للغاية، مما يجعل بعض العناصر الغذائية غير قابلة للوصول إلى النبات. و سيلزم أيضا تحديد معدل ضخ طبقة المياه الجوفية إذا كانت ستكون المصدر الوحيد لل مياه بالنسبة لل شبكة المائية. وهذا مهم بشكل خاص في النظم التي تتطلب إضافات كبيرة للمياه أو استبدالها.

   _المياه البلدية: _ المياه البلدية مثالية للاستخدام في أنظمة أكوابونك. يعمل الكلور في مياه الصنبور على التخلص من البكتيريا ومسببات الأمراض والطحالب، مما يجعله مصدرًا آمنًا وموثوقًا للمياه. ومع ذلك، يجب إزالة الكلور والكلورامين قبل الاستخدام لأنها سامة للأسماك، وسوف تقتل البكتيريا النتريفيجة.

   الكلورامين هو في الأساس جزيء مستقر جدا من الكلور مرتبط بالأمونيا. وعلى عكس الكلور وحده، لا يمكن للكلورامين أن يتبخر من الماء. و يوفر ذلك لل أسر المعيشية الريفية إمدادات مأمونة من مياه الشرب ول كنه يجعل استخدامها أمرا صعبا بالنسبة لمنتجي الأحياء المائية. يمكن فصل الكلور الحر في الماء بالغاز في 48-72 ساعة مع التهوية. الكلورامينات تتطلب تبديد كيميائي (مثل ثيوسلفات الصوديوم) أو ترشيح الفحم. ونظرا لصغر حجم تبادل المياه، فإن الكلورامينات عادة لا تؤثر سلبا على النظام المائي. عادة، يمكنك استبدال حوالي 10٪ من حجم المياه النظام دون معالجة أو اختبار للكلورامينات.

   _المياه السطحية _: تشمل المياه السطحية البرك والبحيرات والأنهار والجداول. يمكن للمياه السطحية إدخال مسببات الأمراض والطحالب والقواقع والكائنات الحية الأخرى. و بالإضافة إلى ذلك, فإن العديد من المياه السطحية ملوثة بالملوثات أو الجريان السطحي الزراعي الذي يشكل تهديدا لسلامة الأغذية لل كائنات الموجودة في النظام ولل مستهلكين.

   • المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي. دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *

2. 3-2 التخلص من النفايات

   Original publication 2021 · نُشر لأول مرة على FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   إن استعادة و هضم النفايات السائلة السمكية أكثر أهمية في علم الأحياء المائية من التخلص من النفايات. ويفرز جزء كبير من الأعلاف كنفايات صلبة. و تقع المغذيات الأساسية لنمو النبات داخل هذا الطين المركزة و ينبغي استرجاعها لخفض تكاليف الإنتاج و الحد من الحاجة إلى التكميل بالمغذيات. و يؤدي استرداد هذه العناصر الغذائية إلى نقل الإنتاج المائي نحو نظام التفريغ الصفري. يمكن استرداد المغذيات من خلال الهضم الهوائي أو اللاهوائي للمواد الصلبة. وقد يكون من المناسب استخدام المغذيات مباشرة على أراضي المحاصيل أو حمأة تحويل السماد العضوي.

   Mineralization: يتم استخدام ما يقرب من 20% من N و 50% من P من الأعلاف من قبل الأسماك لنموها (Timmons et al. 2018). ويفرز ما تبقى من N وP (70 في المائة و30 في المائة على التوالي) كمنتج نفايات بواسطة الخياشيم وكنفايات جسيمية (10 في المائة و20 في المائة للN وP، على التوالي). كما تحتوي نفايات الجسيمات على المغذيات الكلية والصغرى التي لا تمتصها الأسماك. ويمكن لاسترداد هذه العناصر الغذائية تحسين نمو النبات والحد من الحاجة إلى المغذيات التكميلية.

   

   و يعمل تمعدن النفايات السائلة على نحو مماثل لل عمليات التي تحدث في التربة. في AP، يتم تصريف النفايات السائلة المركزة في خزان احتجاز غير متصل بالشبكة. الميكروبات الهوائية (أو اللاهوائية) تتحلل المواد العضوية الصلبة، وتطلق المواد الغذائية غير العضوية القابلة للذوبان في الماء، والتي تتوفر بعد ذلك للنباتات لاستخدامها (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). فقط في شكل غير عضوي هي المواد الغذائية المتاحة للنباتات. في ظل الظروف الهوائية، يتم تطبيق التهوية الثقيلة على المواد الصلبة المركزة (الشكل 10). بعد 8-10 أيام، يتم إيقاف التهوية، ويسمح للمواد الصلبة لتسوية، ويتم تحرير المياه واضحة في النظام (Pattillo 2017). في ظل الظروف اللاهوائية، تتحلل البكتيريا المادة العضوية في بيئات لا تحتوي على أكسجين قليل أو معدومة. وينتج الهضم اللاهوائي غاز الميثان (CH~ 4 ~) الذي يمكن استخدامه كوقود أحيائي (Dana 2010) ومركّز يمكن تطبيقه على محاصيل الاحتباس الحراري (Pickens 2015) أو استخدامه لإنتاج الشتلات (Danaher et al. 2009، Pantanella et al. 2011). أما عملية الهضم اللاهوائي للمواد الصلبة للأسماك فهي أكثر تعقيداً من عملية الهضم الهوائي، وقد تكون باهظة التكلفة بسبب حجم الهضم الكبير اللازم (Chen et al. 1997).

   توجد معلومات محدودة عن المساهمة الميكروبية أو العمليات البيئية التي تقوم عليها التمعدن الهوائي الفعال للنفايات السائلة السمكية؛ ومع ذلك، تشير الدراسات إلى أن استعادة المغذيات من المواد الصلبة للأسماك يمكن أن تكون كبيرة (Cerozi and Fitzsimmons 2017، Cerozi and Fitzsimmons 2016، Goddek et al. 2018، راكوسي et al. 2016, تايسون et AL. 2011, يوغيف et al. 2016, خياري et al. 2019, غرابر و جونج 2009). تظهر النتائج الأولية لأنظمة أبحاث AP في الموقع في جامعة ولاية كنتاكي أن التمعدن الهوائي للنفايات السائلة لمدة 14 يوماً أدى إلى زيادة بنسبة 143% (7.61 إلى 18.5 ملغم/لتر) في الفوسفات (PO ~ 4 )، وزيادة بنسبة 47% في النترات (NO 3 ~ -N؛ 28.5 إلى 41.7 ملغ/لتر)، وزيادة بنسبة ≥20% في كاليفورنيا (57.97 إلى 74. 23 ملغم/لتر) و K (27.38 إلى 32.7 ملغم/لتر) مقارنة بمياه النظام (غير منشورة). ومع ذلك، حتى إذا تم استرداد المغذيات من النفايات السائلة وتوفيرها بالشكل والكمية المناسبين، فإن التفاعلات مع العناصر الغذائية الأخرى وكيمياء المياه يمكن أن تجعلها في بعض الأحيان غير متاحة للنباتات (Bryson and Mills 2014).

   Direct application: يمكن أيضا تطبيق النفايات مباشرة كتعديل للتربة، أو تسميد من خلال طرق المعالجة الحرارية التقليدية، أو عن طريق السماد الدودة. يجب استخدام الاستخدام المباشر كسماد منخفض الدرجة أو إذا كان الطين أقل من واحد في المئة من المواد الصلبة. ويتطلب تحويل المواد الصلبة للأسماك المنزوعة الماء إلى سماد حراري خبرة إضافية وتكلفة لليد العاملة ولكنه يمكن أن يضيف تيارًا إضافيًا هامًا للدخل. يستخدم Vermicomposting أساليب مشابهة للتسميد التقليدي ولكنه لا يعتمد على الحرارة لمعالجة النفايات. وتستهلك الديدان المادة العضوية، وتشظيتها وتهوية المواد الصلبة، ويمكن أن توفر تغذية حية تكميلية للأسماك (يو وبينكوفسكي 2010). يمكن أن يشمل السماد النفايات النباتية أو غيرها من المواد السماد القابل للإنتاج. ليس من غير المألوف أن يتم تعبئة النفايات السائلة المعدنية وبيعها مباشرة إلى البستانيين المنزليين أو عمليات الاحتباس الحراري الصغيرة؛ ومع ذلك، قد تطبق بعض القيود اعتمادا على اللوائح المحلية الخاصة بك.

   • المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *