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Technologie système

1. 3.1 Sources d'eau

   Original publication 2021 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   L'approvisionnement en eau est un facteur important, car il a une incidence directe sur la gestion et le rendement du système. En règle générale, 1 à 3 % de l'eau totale du réseau est remplacée par jour, selon le climat, la période de l'année et les cultures produites (Somerville et al. 2014). L'eau est perdue dans le système par évaporation, transpiration dans la plante et par des processus normaux d'éclaboussures, de nettoyage et de récolte.

   L'eau dont la salinité est supérieure à 0,8 partie par millier (ppt) ne convient généralement pas à la production aquaponique, car la majorité des plantes cultivées ne tolèrent pas même un faible degré de sel (Shannon et Grieve, 1998). Les cultures aquaponiques courantes présentant une tolérance à la salinité comprennent la laitue (0,83 — 2,8 ppt), le chou frisé (jusqu'à 7,4 ppt), la carde blanche (1,5 — 3,5 ppt) et les tomates (jusqu'à 5,8 ppt) (Maggio et al. 2007 ; Shannon et Grieve 1998 ; Shannon et al. 2000). Même si certaines cultures montrent une capacité à tolérer le sel, la croissance est compromise à un moment donné au cours de la production.

   La majorité des producteurs aquaponiques utilisent l'eau de pluie, l'eau de puits, l'eau municipale ou une combinaison pour leurs systèmes.

   Rainwater : L'eau de pluie a généralement un pH neutre ou légèrement acide, une légère dureté en calcium et en magnésium et aucune salinité (Somerville et al. 2014). Dans les grands réseaux, l'eau de pluie est généralement mieux utilisée conjointement avec d'autres sources pour réduire les frais généraux et améliorer la durabilité.

   Le ruissellement des eaux de pluie peut facilement être capturé à partir des toits ou des gouttières et stocké pour une utilisation ultérieure. L'eau recueillie sur les toits doit être traitée avant utilisation, car elle peut contenir des bactéries et des agents pathogènes provenant des excréments d'oiseaux ou de rongeurs. Parmi les points à considérer, mentionnons les zones susceptibles de recevoir des pluies acides, les lois interdisant la collecte, les matériaux de toiture et l'âge Certaines recherches ont suggéré que les toits nouveaux et vieillissants ne conviennent pas à la collecte (Clark et al. 2008), car des matériaux comme les bardeaux, le cèdre et l'aluminium galvanisé non revêtu peuvent contaminer l'eau par des produits chimiques, des métaux lourds et des polluants.

   _Eau de puits : _ L'eau de puits est une option viable pour certains producteurs. Les facteurs à considérer comprennent les contaminants potentiels et la composition du substrat roch Les produits chimiques particulièrement nocifs comprennent les métaux lourds, le fer et le soufre. Les aquifères dont le substrat rocheux est composé de calcaire ont une dureté de l'eau et des concentrations d'alcalinité élevées. L'alcalinité (bases dans l'eau comme les carbonates, les bicarbonates et les hydroxydes) empêche les fluctuations du pH, qui est naturellement abaissée en aquaponie par la nitrification. Alternativement, les producteurs dont la production de poisson est très faible peuvent avoir besoin d'un traitement de l'eau pour diminuer la dureté et/ou l'alcalinité avant utilisation (Somerville et al. 2014). Le manque de poisson et l'apport alimentaire ultérieur peuvent faire en sorte que le pH reste trop élevé, ce qui rend certains nutriments inaccessibles à la plante. Le taux de pompage de l'aquifère devra également être déterminé s'il sera la seule source d'eau pour un système aquaponique. Cela est particulièrement important dans les systèmes qui nécessiteront d'importants ajouts d'eau ou de remplacement.

   _Eau municipale : _ L'eau municipale est idéale pour une utilisation dans les systèmes aquaponiques. Le chlore présent dans l'eau du robinet élimine les bactéries, les agents pathogènes et les algues, ce qui en fait une source d'eau sûre et fiable. Cependant, le chlore et les chloramines doivent être éliminés avant utilisation car ils sont toxiques pour les poissons et éliminent les bactéries nitrifiantes.

   La chloramine est essentiellement une molécule très stable de chlore lié à l'ammoniac. Contrairement au chlore seul, les chloramines ne peuvent pas s'évaporer hors de l'eau. Cela fournit aux ménages ruraux un approvisionnement sûr en eau potable, mais rend son utilisation difficile pour les producteurs aquaponiques. Le chlore libre dans l'eau peut être gazé en 48-72 heures avec aération. Les chloramines nécessitent une dissipation chimique (p. ex. thiosulfate de sodium) ou une filtration au charbon de bois. Étant donné le faible volume d'échange d'eau, les chloramines n'ont généralement pas d'impact négatif sur un système aquaponique. En règle générale, vous pouvez remplacer environ 10 % du volume d'eau du système sans traiter ni tester la présence de chlore ou de chloramines.

   _Eau de surface _ : Les eaux de surface comprennent les étangs, les lacs, les rivières et les cours d'eau. Les eaux de surface peuvent introduire des agents pathogènes, des algues, des escargots et d'autres organismes. De plus, de nombreuses eaux de surface sont contaminées par des polluants ou des eaux de ruissellement agricoles qui constituent une menace pour la salubrité des aliments pour les organismes du système et pour les consommateurs.

   *Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production aquaponique : manuel pratique pour les producteurs. *

2. 3.2 Élimination des déchets

   Original publication 2021 · Publié pour la première fois sur FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   La récupération et la digestion des effluents de poisson sont plus importantes en aquaponie que l'élimination des déchets. Une grande partie de l'aliment est excrétée sous forme de déchets solides. Les éléments nutritifs essentiels à la croissance des plantes sont piégés dans cette boue concentrée et devraient être récupérés afin de réduire les coûts de production et de limiter le besoin de suppléments nutritifs. La récupération de ces nutriments déplace la production aquaponique vers un système à décharge zéro. Les nutriments peuvent être récupérés par digestion aérobie ou anaérobie des solides. L'application directe d'éléments nutritifs sur les terres cultivées ou les boues de compostage peut être appropriée.

   Minéralisation : Environ 20 % de l'azote et 50 % du P provenant de l'alimentation sont utilisés par les poissons pour leur croissance (Timmons et al. 2018). Le reste de l'azote et du P (70 % et 30 %, respectivement) est excrété sous forme de déchets par les branchies et sous forme de déchets particulaires (10 % et 20 % pour l'azote et le phosphore, respectivement). Les déchets particulaires contiennent également des macronutriments et des micronutriments qui ne sont pas absorbés par les poissons. La récupération de ces nutriments peut améliorer la croissance des plantes et limiter le besoin de nutriments supplémentaires.

    

   La minéralisation des effluents de poisson fonctionne de la même façon que les processus qui se produisent dans le sol. Dans le PA, les effluents concentrés de poisson sont rejetés dans un réservoir de rétention hors ligne. Les microbes dégradent les matières solides organiques de façon aérobique (ou anaérobique), libérant des nutriments inorganiques solubles dans l'eau, qui sont ensuite disponibles pour les plantes (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). Seulement sous une forme inorganique sont les nutriments disponibles pour les plantes. Dans des conditions aérobies, une forte aération est appliquée aux solides concentrés (figure 10). Après 8-10 jours, l'aération est éteinte, les solides sont autorisés à se déposer, et l'eau clarifiée est libérée dans le système (Pattillo 2017). Dans des conditions anaérobies, les bactéries décomposent la matière organique dans des environnements avec peu ou pas d'oxygène. La digestion anaérobie produit du méthane (CH4) qui peut être utilisé comme biocarburant (Dana 2010) et digestant concentré qui peut être appliqué aux cultures en serre (Pickens 2015) ou utilisé pour la production de semis (Danaher et al. 2009 ; Pantanella et al. 2011). La digestion anaérobie des solides des poissons est plus complexe à gérer que la digestion aérobie et peut être coûteuse en raison du volume important de digesteur nécessaire (Chen et al. 1997).

   Il existe peu d'information sur la contribution microbienne ou les processus environnementaux qui sous-tendent la minéralisation aérobie efficace des effluents de poisson ; toutefois, des études suggèrent que la récupération des éléments nutritifs à partir des solides de poisson peut être importante (Cerozi et Fitzsimmons 2017 ; Cerozi et Fitzsimmons 2016 ; Goddek et al. 2018, Rakocy et al. 2016, Tyson et al. 2011, Yogev et al. 2016, Khiari et al. 2019, Graber et Junge 2009). Les résultats préliminaires des systèmes de recherche sur les AP sur place à l'Université d'État du Kentucky (KSU) montrent que la minéralisation aérobie des effluents de poisson pendant 14 jours a entraîné une augmentation de 143 % (7,61 à 18,5 mg/L) du phosphate (PO4), une augmentation de 47 % du nitrate (NO3-N ; 28,5 à 41,7 mg/L) et ≥ 20 % du Ca (57,97 mg/L). 23 mg/L) et K (27,38 à 32,7 mg/L) par rapport à l'eau du réseau (non publié). Cependant, même si les nutriments sont récupérés dans les effluents et fournis sous la forme et la quantité appropriées, les interactions avec d'autres nutriments et la chimie de l'eau peuvent parfois les rendre inaccessibles aux plantes (Bryson et Mills, 2014).

   Application directe : Les déchets peuvent également être appliqués directement comme modification du sol, compostés par des méthodes traditionnelles de traitement thermique, ou par vermicompost (compostage vers). L'application directe doit être utilisée comme engrais de qualité inférieure ou si la boue est inférieure à un pour cent de solides. Le compostage à base de chaleur des solides de poissons asséchés nécessite une expertise et un coût de main-d'œuvre supplémentaires, mais peut ajouter une source de revenus supplémentaire importante. Le vermicompostage utilise des méthodes similaires au compostage traditionnel, mais ne dépend pas de la chaleur pour traiter les déchets. Les vers consomment de la matière organique, fragmentent et aèrent la matière solide, et peuvent éventuellement fournir une alimentation vivante supplémentaire pour les poissons (Yeo et Binkowski, 2010). Le compost peut comprendre des déchets végétaux ou d'autres matériaux compostables provenant de la production. Il n'est pas rare que les effluents minéralisés soient mis en bouteille et vendus directement aux jardiniers ou aux petites exploitations de serre ; toutefois, certaines restrictions peuvent s'appliquer selon votre réglementation locale.

   *Source : Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Université d'État du Kentucky. Manuel de production de l'aquaponie : manuel pratique pour les cultivateurs. *