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एक्वापोनिक्स में अध्याय 6 जीवाणु संबंध: नई अनुसंधान दिशाएं
** एलिसा जॉइस, माइक Timmons, साइमन Goddek, और Timea Pentz**
** सारण** मछली की वृद्धि दर और कल्याण और एक्वापोनिक्स प्रणाली में पौधे उत्पादन की गुणवत्ता प्रणाली के माइक्रोबायोटा की संरचना और स्वास्थ्य पर निर्भर करती है। समग्र उत्पादकता पानी की गुणवत्ता और सिस्टम के घटकों के बीच इसके आंदोलन के लिए तकनीकी विनिर्देशों पर निर्भर करती है, जिसमें पीएच और प्रवाह दर जैसे कारकों सहित पैरामीटर की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है, जो यह सुनिश्चित करती है कि माइक्रोबियल घटक नाइट्रीफिकेशन और रीमिनेरलाइजेशन में प्रभावी ढंग से कार्य कर सकें प्रक्रियाओं। इस अध्याय में, हम एक्वापोनिक्स प्रणाली की तीन इकाइयों में माइक्रोबियल समुदायों की भूमिका की जांच करते हुए वर्तमान शोध का पता लगाते हैं: (1) मछली उत्पादन के लिए पुनर्चक्रण जलीय कृषि प्रणाली (आरएएस) जिसमें डेनिट्रिफिकेशन के लिए बायोफिल्टरेशन सिस्टम शामिल हैं; (2) पौधे के उत्पादन के लिए हाइड्रोपोनिक्स इकाइयां; और (3) माइक्रोबियल अपघटन और ठोस कचरे के पुनर्खनिजीकरण में शामिल कीचड़ डाइजेस्टर सिस्टम (एसडीएस) सहित बायोफिल्टर और बायोरिएक्टर्स। इन घटकों में से प्रत्येक से संबंधित विभिन्न उप-विषयों में, माइक्रोबियल समुदायों के बारे में मौजूदा साहित्य और प्रत्येक प्रणाली के भीतर उनका महत्व है (जैसे जलीय कृषि प्रणालियों (आरएएस), हाइड्रोपोनिक्स, बायोफिल्टर और डाइजेस्टर को पुन: परिचालित करना), लेकिन वर्तमान में बातचीत की जांच करने में सीमित कार्य है एक्वापोनिक्स सिस्टम में इन घटकों के बीच, इस प्रकार इसे आगे के शोध के लिए एक महत्वपूर्ण क्षेत्र बना रहा है।
** कीवर्ड्स** माइक्रोबायोटा · एक्वापोनिक्स · बायोफिल्टर · बायोरिएक्टर्स · आरएएस · हाइड्रोपोनिक्स · मेटागेनॉमिक्स
सामग्रियां
- 6.1 परिचय
- माइक्रोबियल समुदायों का अध्ययन करने के लिए 6.2 उपकरण
- खाद्य सुरक्षा और रोगजनक नियंत्रण के लिए 6.3 जैव सुरक्षा विचार
- 6.4 एक्वापोनिक्स इकाइयों में माइक्रोबियल संतुलन और संवर्धन
- 6.5 पोषक तत्व सायक्लिंग और जैवउपलब्धता में जीवाणु भूमिकाएं
- 6.6 निलंबित ठोस और कीचड़
- 6.7 निष्कर्ष
- संदर्भ
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ए जॉइस
समुद्री विज्ञान विभाग, गोटेनबर्ग विश्वविद्यालय, गोटेनबर्ग, स्वीडन
[एम Timmons](mailto: mbt3@cornell.edu)
जैविक और पर्यावरण इंजीनियरिंग, कॉर्नेल विश्वविद्यालय, इथाका, न्यूयॉर्क, संयुक्त राज्य अमरीका
एस Goddek
गणितीय और सांख्यिकीय तरीके (बॉयोमीट्रिक्स), Wageningen विश्वविद्यालय, Wageningen, नीदरलैंड
टी पेंट्ज़
खाओ और शाइन VOF, Velp, नीदरलैंड
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Aquaponics Food Production Systems contributors.
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6.1 परिचय
Original publication · पहली बार FarmHub Learn पर प्रकाशित · Aquaponics Food Production Systems
एक्वापोनिक्स सिस्टम के जलीय कृषि भाग में पानी को पुन: परिचालित करने में कण और भंग कार्बनिक पदार्थ (पीओएम, डीओएम) दोनों होते हैं जो मुख्य रूप से मछली फ़ीड के माध्यम से सिस्टम में प्रवेश करते हैं; मछली द्वारा खाया या मेटाबोलाइज्ड फ़ीड का हिस्सा पुनर्संचारी जलीय कृषि प्रणाली (आरएएस) पानी में अपशिष्ट के रूप में रहता है , या तो भंग रूप में (जैसे अमोनिया) या निलंबित या बसे हुए ठोस (जैसे कीचड़) के रूप में। एक बार यांत्रिक पृथक्करण द्वारा अधिकांश कीचड़ हटा दी जाती है, शेष भंग कार्बनिक पदार्थ को अभी भी आरएएस प्रणाली से हटा दिया जाना चाहिए। मछली के लिए पानी की गुणवत्ता बनाए रखने और पौधों के लिए जैव उपलब्ध पोषक तत्वों के रूप में अकार्बनिक /जैविक कचरे को परिवर्तित करने के लिए ऐसी प्रक्रियाएं विभिन्न बायोफिल्टरों में माइक्रोबायोटा पर भरोसा करती हैं। एक्वापोनिक्स प्रणाली में माइक्रोबियल समुदायों में बैक्टीरिया, पुरातत्त्व, कवक, वायरस और कोडांतरण में प्रोटिस्ट शामिल हैं जो संरचना में उतार-चढ़ाव करते हैं जो एक ईबीबी और पोषक तत्वों के प्रवाह और जैसे पीएच, प्रकाश और ऑक्सीजन जैसे पर्यावरणीय परिस्थितियों में परिवर्तन के आधार पर होते हैं। माइक्रोबियल समुदाय denitrification और खनिज प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं (देखें Chap. 10) और इस प्रकार मछली सहित प्रणाली की समग्र उत्पादकता में महत्वपूर्ण भूमिकाएं हैं कल्याण और संयंत्र स्वास्थ्य।
किसी भी एक्वापोनिक्स प्रणाली के भीतर चुनौतियां इनपुट को नियंत्रित करने के लिए हैं - पानी, फिंगरलिंग, फीड, प्लांटलेट्स - और उनके संबंधित माइक्रोबायोटा जैविक पदार्थों के लाभों को अधिकतम करने के लिए और लक्ष्य जीवों के लिए जैव उपलब्ध रूपों में इसका टूटना। यह देखते हुए कि इष्टतम पर्यावरण विकास पैरामीटर और पोषक तत्व मछली और पौधों के लिए भिन्न होते हैं (देखें Chap. 8, विभिन्न पृथक्करण और वातन प्रणालियों, और प्रासंगिक माइक्रोबियल असेंबलियों वाले बायोफिल्टर, में रणनीतिक बिंदुओं पर स्थित होना चाहिए लक्ष्य मछली और पौधे प्रजातियों दोनों के लिए वांछित श्रेणियों के भीतर पोषक तत्वों के स्तर, पीएच और भंग ऑक्सीजन (डीओ) के स्तर को बनाए रखने में मदद करने के लिए पानी की आपूर्ति। दरअसल, तापमान, डीओ, विद्युत चालकता, रेडॉक्स क्षमता, पोषक तत्व स्तर, कार्बन डाइऑक्साइड, प्रकाश, फ़ीड और प्रवाह दर सहित पानी की गुणवत्ता मानकों, सभी एक aquaponics प्रणाली (Junge et al. 2017) के भीतर माइक्रोबियल समुदायों के व्यवहार और संरचना को प्रभावित करते हैं। इस संबंध में, सेटअप और संचालन को परिष्कृत करना महत्वपूर्ण है ताकि प्रत्येक इकाई रोगजनकों या अवसरवादी रोगाणुओं के प्रसार को सक्षम करने के बजाय, अपने उत्तराधिकारी के लिए पोषक तत्वों के जैव उपलब्ध रूपों की पर्याप्त मात्रा में योगदान दे सके जो नीचे की ओर आवश्यक मैक्रोन्यूट्रिएंट के थोक का उपभोग कर सकते हैं।
माइक्रोबियल समुदायों के विश्लेषण के लिए विभिन्न तकनीकें विभिन्न एक्वापोनिक कॉन्फ़िगरेशन में समय के साथ सामुदायिक संरचना और कार्य में परिवर्तन के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी दे सकती हैं। पोषक तत्व जैव उपलब्धता और परिचालन मानकों के साथ इन परिवर्तनों से संबंधित करके, आवश्यक पोषक तत्वों के अधिक या कम उत्पादन या हानिकारक उप-उत्पादों के उत्पादन को कम करना संभव है। उदाहरण के लिए, मछली घटक में अपशिष्ट कार्बनिक पदार्थ से फायदेमंद पौधों के पोषक तत्वों की वसूली को अधिकतम करना मुख्य रूप से माइक्रोबायोटा की क्षमता पर निर्भर करता है ताकि बायोफिल्टर और कीचड़ डाइजेस्टर की एक श्रृंखला के भीतर पोषक तत्वों के टूटने की सुविधा मिल सके, जिसका प्रदर्शन परिचालन मानकों की एक श्रृंखला पर आधारित है प्रवाह दर, निवास समय और पीएच (वान Rijn 2013) जैसे। चूंकि सभी एक्वापोनिक्स सिस्टम में कीचड़ डाइगेस्टर शामिल नहीं हैं, इसलिए पाठक को संदर्भित करते समय हम इस समीक्षा के बाद के आधे में इस पहलू को और अधिक विस्तार से संबोधित करेंगे चैप। 3 ठोस पृथक्करण तकनीकों और चैप्स पर अधिक जानकारी के लिए। 7 और 8। यदि हम यहां केवल पानी (और कीचड़ नहीं) में भंग और निलंबित पार्टिकुलेट्स पर विचार करते हैं, तो सभी एक्वापोनिक्स सिस्टम विभिन्न बायोफिल्टरों की एक श्रृंखला को नियोजित करते हैं जो संलग्न सूक्ष्मजीवों को फ़िल्टर से गुजरने वाले कार्बनिक पदार्थों में उजागर करते हैं और उचित सब्सट्रेट और पर्याप्त सतह क्षेत्र प्रदान करते हैं माइक्रोबियल लगाव और बायोफिल्म्स का गठन। इस कार्बनिक पदार्थ की गिरावट माइक्रोबियल समुदायों को ऊर्जा प्रदान करती है, जो बदले में माइक्रोबियल (जैसे नाइट्रेट, ऑर्थोफॉस्फेट) और सूक्ष्म पोषक तत्वों (जैसे लोहा, जस्ता, तांबा) को प्रयोग करने योग्य रूपों में सिस्टम में वापस आती है (ब्लैंचेटन एट अल। 2013; क्रेयर एट अल। 2010; विल्बर्गसन एट अल।
पौधे rooting, विकास और स्वास्थ्य में microbiota की भूमिका पर काफी कृषि अनुसंधान है। इस शोध का महत्व मिट्टी आधारित प्रणालियों पर केंद्रित है; हालांकि, हाल के वर्षों में हाइड्रोपोनिक्स पर शोध भी बढ़ गया है (बार्टेलमे एट अल। 2018)। एक्वाकल्चर में माइक्रोबायोटा भी इसी तरह की अच्छी तरह से विशेषता है, जहां मछली के स्वास्थ्य और पाचन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका को काफी ध्यान दिया गया है क्योंकि शोधकर्ता पोषक तत्व आत्मसात पर आंत स्वास्थ्य की भूमिका को बेहतर ढंग से चिह्नित करने का प्रयास करते हैं। आरएएस सिस्टम में बायोफिल्टरेशन के महत्व को देखते हुए, आरएएस के लिए नाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में शामिल बैक्टीरिया भी तुलनात्मक रूप से अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है और इस प्रकार यहां संबोधित नहीं किया जा सकता है (चैप्स देखें 10 और 12। हालांकि, एक्वापोनिक्स प्रणाली में सूक्ष्मजीवों पर तुलनात्मक रूप से सीमित शोध किया गया है, विशेष रूप से सिस्टम के विभिन्न डिब्बों के बीच माइक्रोबायोटा की महत्वपूर्ण बातचीत। शोध की यह कमी वर्तमान में ऐसी प्रणालियों के दायरे और उत्पादकता को सीमित करती है, जहां पूर्व और प्रोबायोटिक्स के साथ वृद्धि के लिए काफी क्षमता है, साथ ही साथ बेहतर समझ के माध्यम से एक्वापोनिक्स प्रणाली के स्वास्थ्य में सुधार करने के अन्य अवसरों को नियंत्रित करने की क्षमता है, और इस प्रकार बेहतर क्षमता को नियंत्रित करने के लिए, विशाल unsparepiated microbiota कि सिस्टम स्वास्थ्य और प्रदर्शन को प्रभावित का सेट।
इस प्रकार, यह अध्याय मुख्य रूप से हाल के अध्ययनों पर केंद्रित है जो बताते हैं कि माइक्रोबियल समुदाय डिब्बों के भीतर उत्पादकता निर्धारित करते हैं, जबकि उन माइक्रोबियल समुदायों को घटकों और समग्र प्रणाली के बीच बातचीत के लिए जोड़ने वाले अध्ययनों की अपेक्षाकृत छोटी संख्या पर प्रकाश डालते हैं उत्पादकता। हम अंतराल की पहचान करने का प्रयास करते हैं जहां माइक्रोबियल समुदायों के बारे में और ज्ञान परिचालन चुनौतियों को दूर कर सकता है और दक्षता और विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।
6.2 माइक्रोबियल समुदायों के अध्ययन के लिए उपकरण
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समय के साथ माइक्रोबियल समुदाय कैसे बदलते हैं, और विशेष पर्यावरणीय परिस्थितियों में जीवों के कौन से समूह प्रबल होते हैं, ने सिस्टम घटकों के भीतर प्रतिकूल परिणामों की आशा करने के लिए तेजी से अवसरों की पेशकश की है और इस प्रकार बेहतर सेंसर और परीक्षणों के डिजाइन का नेतृत्व किया है मछली या पौधे संस्कृतियों में माइक्रोबियल समुदायों की प्रभावी निगरानी। उदाहरण के लिए, विभिन्न 'ओमिक्स' प्रौद्योगिकियां - मेटागेनॉमिक्स, मेटाट्रेन्स्क्रिप्टोमिक्स, सामुदायिक प्रोटीओमिक्स, मेटाबोलोमिक्स - शोधकर्ताओं को आरएएस, बायोफिल्टर, हाइड्रोपोनिक्स और कीचड़ डाइजेस्टर सिस्टम में माइक्रोबायोटा की विविधता का अध्ययन करने में तेजी से सक्षम बना रही हैं जहां नमूनाकरण में एक दिया जीनोम। विशेष रूप से prokaryotic विविधता का विश्लेषण, metagenomic और metatranscriptomic तकनीक द्वारा हाल के दशकों में काफी मदद की गई है। विशेष रूप से, 16S RRNA जीन के प्रवर्धन और अनुक्रम विश्लेषण, जीवाणु डीएनए में रिबोसोमल ऑपरेन्स flanking तटस्थ जीन दृश्यों के intraspecific संरक्षण के आधार पर, taxonomic वर्गीकरण और जीवाणु प्रजातियों की पहचान के लिए 'स्वर्ण मानक' माना गया है। इस तरह के डेटा का उपयोग महामारी और भौगोलिक वितरण को ट्रैक करने और बैक्टीरिया की आबादी और फिलोजेनियों (बोचेट एट अल 2008) का अध्ययन करने के लिए माइक्रोबायोलॉजी में भी किया जाता है। कार्यप्रणाली श्रम-गहन और महंगी हो सकती है, लेकिन हाल ही में स्वचालित सिस्टम, जबकि प्रजातियों और तनाव स्तर पर भेदभाव नहीं करते हैं, एक्वापोनिक्स सेटिंग्स में आवेदन के अवसर प्रदान करते हैं (श्माउट्ज़ एट अल। 2017)। हाल की समीक्षा 16S RRNA के अनुप्रयोगों को संक्षेप में प्रस्तुत के रूप में वे रास से संबंधित (मार्टिनेज-Porchas और वर्गास-अल्बोरेस 2017; Munguia-Fragozo एट अल. 2015; रूरंगवा और Verdegem 2015)। आरएएस और हाइड्रोपोनिक्स में पाए जाने वाले बैक्टीरिया के अलावा अन्य रोगाणुओं के मेटागेनॉमिक्स में अग्रिम समान तरीकों पर भरोसा करते हैं लेकिन इन माइक्रोबायोटा (मार्टिनेज-पोर्चास और वर्गासलबोर 2017) को चिह्नित करने के लिए 26 एस (yeasts) आरआरएनए क्लोन पुस्तकालयों के साथ संयोजन में 18 एस (यूकेरियोट्स), 26 एस (कवक) और वर्गासलबोर 2017) का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, विस्तृत आरआरएनए पुस्तकालयों का उपयोग हाइड्रोपोनिक्स में भी किया गया है ताकि rhizosphere (ओबर्गर और श्मिट 2016) में माइक्रोबियल समुदायों को चिह्नित किया जा सके। इस तरह के पुस्तकालयों एक्वापोनिक्स में विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं, यह देखते हुए कि वे बैक्टीरिया, पुरातन, प्रोटोजोअंस और कवक जैसे सूक्ष्मजीवों के संयोजन की जांच कर सकते हैं और सिस्टम के भीतर परिवर्तनों पर प्रतिक्रिया प्रदान कर सकते हैं।
स्वचालित अगली पीढ़ी के अनुक्रमण (एनजीएस) के विकास ने जनसंख्या के नमूने (मेटागोनॉमिक्स) से जीनोम के डेटा विश्लेषण को भी सक्षम किया है जिसका उपयोग माइक्रोबायोटा को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है, अस्थायी स्थानिक फाइलोजेनेटिक परिवर्तन प्रकट कर सकते हैं और रोगजनकों का पता लगा सकते हैं। आरएएस में आवेदन में सुसंस्कृत मछली के बीच कुछ जीवाणु उपभेदों को ट्रैक करना और अन्य उपभेदों के वाहक को संरक्षित करते हुए जहरीले उपभेदों को दूर करना शामिल है (समीक्षा: (बेलिस एट अल। 2017)। मेटागेनोमिक दृष्टिकोण संस्कृति- और प्रवर्धन स्वतंत्र हो सकते हैं, जो पहले से अकल्पनीय प्रजातियों को उनके संभावित प्रभावों (मार्टिनेज-पोर्चास और वर्गास-अल्बोरेस 2017) के लिए जाना जाता है और जांच की अनुमति देता है। अगली पीढ़ी के अनुक्रमण तकनीक आमतौर पर अनुवर्ती metatranscriptomics विश्लेषण के साथ संयंत्र माइक्रोबायोलॉजी में उपयोग किया जाता है। एक उत्कृष्ट उदाहरण rhizosphere में माइक्रोबियल समुदायों का पहला पूरा संयंत्र अध्ययन है, जिसमें रूट exudates विकास चरणों (Knief 2014) के साथ सहसंबंधित करने के लिए दिखाए गए थे।
एक विशेष जीवाणु प्रजातियों का अध्ययन करते समय प्रोटीओमिक्स सबसे उपयोगी होता है या विशिष्ट पर्यावरणीय परिस्थितियों में तनाव होता है ताकि इसकी रोगजनिकता या सहजीवन में संभावित भूमिका का वर्णन किया जा सके। फिर भी, सामुदायिक प्रोटीओमिक्स में प्रगति होती है जो पूर्व मेटागोनिक अध्ययनों पर निर्माण करती हैं और पहचानने के लिए विभिन्न जैव रासायनिक तकनीकों का उपयोग करती हैं, उदाहरण के लिए, कमेंसल या सहजीवी माइक्रोबियल समुदायों से जुड़े स्रावित प्रोटीन, और एनजीएस प्रौद्योगिकियों की क्षमता के रूप में आगे संभावनाएं बढ़ती हैं तेजी से अग्रिम (समीक्षा: (Knief एट अल 2011.)।
मेटाबोलोमिक्स जीन के कार्यों की विशेषता है, लेकिन तकनीक ऑर्गेनिस-विशिष्ट या अनुक्रम-निर्भर नहीं हैं और इस प्रकार जीवों, ऊतकों, कोशिकाओं या सेल डिब्बे में सेलुलर जैव रसायन के अंत उत्पादों वाले चयापचयों की विस्तृत श्रृंखला प्रकट कर सकते हैं (यह निर्भर करता है कि कौन से नमूने का विश्लेषण किया जाता है)। फिर भी, विशेष रूप से पर्यावरण की स्थिति (microcosms) के तहत माइक्रोबियल समुदायों के मेटाबोलोम के बारे में ज्ञान पोषक तत्वों के जैव रासायनिक साइकिल चालन और परेशानियों के प्रभाव के बारे में एक बड़ा सौदा पता चलता है। इस तरह के ज्ञान में विभिन्न चयापचय मार्गों और नमूने में मौजूद चयापचयों की सीमा होती है। बाद में जैव रासायनिक और सांख्यिकीय विश्लेषण शारीरिक राज्यों को इंगित कर सकते हैं जो बदले में पर्यावरण मानकों के साथ सहसंबद्ध हो सकते हैं जो जीनोमिक या प्रोटीओमिक दृष्टिकोण से स्पष्ट नहीं हो सकता है। फिर भी, जीन फ़ंक्शन अध्ययन के साथ मेटाबोलोमिक्स के संयोजन में एक्वापोनिक्स शोध को आगे बढ़ाने में जबरदस्त क्षमता है; समीक्षा देखें (वैन बांध और बोउमेस्टर 2016)।
6.3 खाद्य सुरक्षा और रोगजनक नियंत्रण के लिए जैव सुरक्षा संबंधी विचार
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6.3.1 खाद्य सुरक्षा
अच्छी खाद्य सुरक्षा और पशु कल्याण सुनिश्चित करना एक्वापोनिक्स के लिए सार्वजनिक समर्थन प्राप्त करने में उच्च प्राथमिकताएं हैं। एक्वापोनिक्स के संबंध में खाद्य सुरक्षा विशेषज्ञों द्वारा उठाए गए सबसे लगातार मुद्दों में से एक पौधों के लिए उर्वरक के रूप में मछली प्रवाह का उपयोग करते समय मानव रोगजनकों के साथ प्रदूषण का संभावित जोखिम है (चाल्मर्स 2004; श्माउट्ज़ एट अल। 2017)। हाल ही में साहित्य खोज aquaponics में zoonotic जोखिम निर्धारित करने के लिए निष्कर्ष निकाला है कि दूषित सेवन पानी में रोगजनकों, या गर्म खून वाले जानवरों के साथ उत्पन्न फ़ीड के घटकों में रोगजनक, मछली पेट microbiota, जो, भले ही खुद को मछली के लिए हानिकारक नहीं के साथ जुड़ा हो सकता है, कर सकते हैं संभावित ऊपर मनुष्य के लिए खाद्य श्रृंखला पारित किया जा (Antaki और जय-रसेल 2015)। एक्वापोनिक्स प्रणाली के लिए रोगजनकों की शुरूआत के तंत्र इस प्रकार चिंता का विषय हैं, मल के कोलेफॉर्म या अन्य रोगजनक बैक्टीरिया के समान स्रोत के साथ मछली तक फ़ीड इनपुट से उत्पन्न होते हैं। जैविक परिप्रेक्ष्य से, इन रोगजनकों के संभावित जोखिम हैं जो बायोफिल्टर्स में या तो पैदा होते हैं, या एक-लूप सिस्टम में खुले पौधे के घटकों से लेकर मछली के टैंकों तक एयरबोर्न रोगजनकों को पेश करते हैं। यद्यपि जैव सुरक्षा जोखिम एक एक्वापोनिक्स प्रणाली के अपेक्षाकृत बंद पर्यावरण अंतरिक्ष में कम हैं - उदाहरण के लिए तालाब जलीय कृषि खोलने के लिए तुलना में - और डिकॉप्टेड एक्वापोनिक्स सिस्टम में भी कम हैं जिसमें सिस्टम के कुछ हिस्सों को अलग किया जा सकता है, फिर भी एक धारणा है कि मछली कीचड़ हो सकती है संभावित खतरनाक जब मानव उपभोग के लिए पौधों के लिए आवेदन किया। Escherichia coli (E. coli) एक मानव एंटरिक रोगज़नक़ है जो खाद्य जनित बीमारियों का कारण बनता है जो कृषि या जलीय कृषि में उर्वरक के रूप में पशु अपशिष्ट के उपयोग के संबंध में एक महत्वपूर्ण चिंता रही है, जैसे एकीकृत सुअर-मछली प्रणाली (डांग और डाल्सगार्ड 2012)। हालांकि, यह आम तौर पर मछली-प्लांट एक्वापोनिक्स में जोखिम पेश करने के लिए नहीं माना जाता है। (2018) ने पहले दिखाया था कि यूवी-विकिरण उपचार सफलतापूर्वक E को कम कर सकता है। coli लेकिन यह भी ध्यान दिया कि एक्वापोनिक्स सिस्टम में पाए गए कोलिफॉर्म पृष्ठभूमि के स्तर पर थे और मछली रेसवे में या हाइड्रोपोनिक रूप से उगाए गए सलाद में फैल नहीं गए थे प्रयोगात्मक प्रणाली है, और इस तरह एक स्वास्थ्य जोखिम पेश नहीं किया। इन पहलुओं पर सीमित शोध है, लेकिन कुछ प्रारंभिक अध्ययनों से coliform संदूषण के बहुत कम जोखिम पाए हैं, उदाहरण के लिए, पौधों पर लागू निष्फल और गैर निष्फल रास जल उपचार से coliform स्तर में कोई अंतर नहीं दिखा (Pantanella et al. 2015)। हालांकि पौधों की पत्तियों के भीतर रोगाणुओं के आंतरिककरण का संभावित खतरा है, और इस प्रकार एक्वापोनिक्स में उगाए जाने वाले कुछ खाद्य पत्तेदार पौधों के सेवन वाले हिस्सों में उनका संचरण, अन्य अध्ययन इसी तरह के निष्कर्ष पर आ गए हैं कि जोखिम संभावित खतरनाक मानव को शुरू करने से कम हैं रोगजनकों (एलुमलाई एट अल 2017)
हालांकि, जोखिम के प्रबंधन, या अधिक महत्वपूर्ण रूप से उन जोखिमों की धारणाओं के प्रबंधन, सरकारी अधिकारियों और aquaponics निवेशकों के लिए एक उच्च प्राथमिकता बनी हुई है। यह माना जाता है कि फ़ीड आदानों की गुणवत्ता नियंत्रण और मछली के कचरे से सावधान हैंडलिंग इन संभावित चिंताओं के सबसे सीमित कर सकते हैं (फॉक्स एट अल. 2012)। दरअसल, कोई ज्ञात मानव स्वास्थ्य घटनाओं को वर्तमान में एक्वापोनिक्स प्रणाली के संबंध में हमारे ज्ञान की सूचना नहीं दी गई है, और यह इस तथ्य का एक कार्य हो सकता है कि आरएएस सुविधाएं और हाइड्रोपोनिक ग्रीनहाउस में आम तौर पर अच्छे जैव सुरक्षा उपाय होते हैं, जिनमें स्वच्छता और संगरोध प्रथाएं शामिल हैं जो स्ट्रिंग रूप से मनाया। जैव सुरक्षा के लिए अनुशंसित सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रथाओं का मूल्यांकन विभिन्न जलीय कृषि उत्पादन प्रणालियों और खतरे विश्लेषण महत्वपूर्ण नियंत्रण बिंदुओं के दिशानिर्देशों में तैयार की गई सिफारिशों के लिए किया गया है, जो खाद्य सुरक्षा (ओरिस और व्हाइटहेड 2000) को नियंत्रित करने के लिए एक अंतरराष्ट्रीय प्रणाली है। हालांकि, अभी भी मनुष्यों को रोगजनक हस्तांतरण के लिए जोखिमों के बेहतर वैज्ञानिक दस्तावेज की आवश्यकता है, और एक्वापोनिक्स उत्पादन के इस क्षेत्र में प्रबंधन में प्रत्यक्ष शोध है।
6.3.2 मछली और पौधे रोगजनकों
एक्वाकल्चर, हाइड्रोपोनिक्स और बायोइंजीनियरिंग में मौजूदा अनुशासन-विशिष्ट साहित्य है जो एक्वापोनिक्स में माइक्रोबियल प्रदर्शन को सूचित और बढ़ाने में मदद कर सकता है। उदाहरण के लिए, माइक्रोबियल समुदाय मछली के स्वास्थ्य में महत्वपूर्ण कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला की सेवा करते हैं, जिसमें फ़ीड की पाचनशक्ति और आत्मसात में महत्वपूर्ण भूमिका निभानी शामिल है, साथ ही साथ इम्युनोड्यूलेशन, और इन कार्यों के साथ-साथ जलीय कृषि प्रणालियों को बढ़ाने में प्रोबायोटिक्स की भूमिका भी अच्छी तरह से समीक्षा की जाती है (अख़्टर एट अल। 2015)। आरएएस सिस्टम में रोगाणुओं की भूमिका विशेष रूप से अच्छी तरह से कवर किया जाता है, जिसमें बायोफिल्टर्स के माइक्रोबियल प्रबंधन, साथ ही रोगज़नक़ नियंत्रण में अनुसंधान, साथ ही आरएएस सिस्टम (रूरंगवा और वर्देगम 2015) से प्राप्त ऑफ-स्वादों को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न तकनीकों शामिल हैं। इसी तरह, पौधों के rhizosphere में रोगाणुओं rooting और पौधों की वृद्धि (Dessaux एट अल. 2016) के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन यह भी हाइड्रोपोनिक संयंत्र उत्पादन में रोगजनकों के प्रसार को नियंत्रित करने के लिए; इन क्षेत्रों को अच्छी तरह से Bartelme et al द्वारा हाल की समीक्षा में खोजा गया है। हालांकि, एक्वापोनिक्स प्रणाली के डिब्बों के बीच माइक्रोबायोम में लिंकेज की एक बहुत ही सीमित समझ है, जो उत्पादकता को अधिकतम करने और रोगज़नक़ों के हस्तांतरण को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है।
अवसरवादी रोगजनकों कि मछली या पौधों के स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हैं के प्रसार, aquaponics आपरेशन के अर्थशास्त्र में महत्वपूर्ण विचार है, यह देखते हुए कि एंटीबायोटिक दवाओं या कीटाणुशोधक के किसी भी उपयोग biofilter समारोह पर एक संभावित हानिकारक प्रभाव हो सकता है, साथ ही अस्थिर माइक्रोबियल प्रणाली के अन्य डिब्बों में रिश्तों। आमतौर पर आरएएस में उपयोग किए जाने वाले कीटाणुशोधन प्रोटोकॉल में पराबैंगनी प्रकाश (एलुमलाई एट अल। 2017) के साथ पानी का इलाज करना शामिल है, जो ओजोन (और आमतौर पर दोनों का संयोजन) के साथ संयुक्त होता है, जिसमें पानी की गुणवत्ता को बनाए रखने के लिए पहली पंक्ति वाली एबियोटिक दृष्टिकोण शामिल होता है। मछली के अंडे/लार्वा को अक्सर पेश किए जाने से पहले संगरोध किया जाता है, और किसी भी सेवन के पानी का इलाज किया जाता है, इस प्रकार सिस्टम में मछली रोगज़नक़ों के प्रत्यक्ष संभावित स्रोतों को कम किया जाता है।
आरएएस के आने वाले पानी को आम तौर पर पुनरावृत्ति प्रणाली में खिलाया जाने से पहले बायोफिल्टर में 'परिपक्व' करने की अनुमति दी जाती है। उदाहरण के लिए, प्रयोगों से पता चला है कि बैक्टीरिया नाइट्रीफाइंग के मिश्रण के साथ प्री-बायोफिल्टर को इनोक्यूलेट करना, और जैविक पदार्थ के साथ 'फीडिंग' करना, जब तक कि जीवाणु आबादी मछली टैंकों की ले जाने की क्षमता से मेल नहीं खाती, इसका मतलब है कि पालन करने वाला टैंक पानी अस्थिर होने की संभावना कम है और अवसरवादी बैक्टीरिया (अत्रमडल एट अल। 2016; रूरंगवा और वर्देगम 2015)। हालांकि, रोगजनकों समस्याग्रस्त हो जाना चाहिए, उच्च खुराक यूवी का उपयोग, ओजोन, रासायनिक या एंटीबायोटिक उपचार कभी कभी आवश्यक हो सकता है, हालांकि इस तरह के उपयोग प्रणाली के अन्य डिब्बों के लिए आम तौर पर विघटनकारी है, विशेष रूप से biofilters (ब्लैंचेटन एट अल. 2013)। दरअसल, सिस्टम के भीतर खुराक और स्थान के आधार पर, रोगजनकों के लिए गैर-चयनात्मक उपचार वास्तव में विरोधी के प्रसार का पक्ष ले सकते हैं। उदाहरण के लिए, ओजोन उपचार के उच्च स्तर न केवल बैक्टीरिया, प्रोटिस्ट और वायरस को मारता है बल्कि डीओएम को भी ऑक्सीकरण करता है और पीओएम के एकत्रीकरण को प्रभावित करता है, जिससे बैक्टीरिया की आबादी (आइबिड) पर चयन दबाव होता है।
एक्वापोनिक्स प्रणाली में पौधों के रोगजनकों की विस्तृत चर्चा और उनके नियंत्रण को चैप में शामिल किया गया है। 14 और इस प्रकार यहां दोहराया नहीं गया है। हालांकि, यह ध्यान देने योग्य है कि Bacillus प्रजातियों को नियमित रूप से जलीय कृषि में वाणिज्यिक प्रोबायोटिक्स के रूप में उपयोग किया जाता है, और ऐसे सबूत बढ़ रहे हैं कि समान Bacillus प्रजातियां पौधों के लिए भी प्रभावी हैं, जो पहले से ही कुछ वाणिज्यिक हाइड्रोपोनिक्स प्रोबायोटिक्स समाधान में उपलब्ध हैं (शाफी एट अल। 2017)। हाल के एक अध्ययन ने एक्वापोनिक्स सिस्टम (सेरोजी और फिट्सिमन्स 2016b) में प्रयोग शामिल करने के लिए Bacillus पर इस तरह के अध्ययनों को बढ़ाया है। वह स्थान जहां प्रोबायोटिक्स पेश किए जाते हैं - मछली, पौधे या बायोफिल्टर्स में - महत्वपूर्ण हो सकता है, लेकिन यह मौजूदा काम से स्पष्ट नहीं है कि मछली घटक में प्रोबायोटिक्स के अलावा, मछली के लिए संभावित लाभ के साथ, इसके अतिरिक्त पौधों के विकास और स्वास्थ्य पर भी बेहतर प्रभाव पड़ता है हाइड्रोपोनिक्स डिब्बे के लिए सीधे प्रोबायोटिक्स के समान स्तर की।
मानक अनुप्रयोग प्रोबायोटिक्स के अलावा, बायोकंट्रोल के लिए कई तरह की अभिनव तकनीकें हैं जो भविष्य में हानिकारक सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति और प्रसार को कम करने के लिए तेजी से मूल्यवान हो सकती हैं। हाल के एक अध्ययन में, बैक्टीरियल आइसोलेट्स को मछली और पौधे फंगल रोगजनकों दोनों पर निरोधात्मक प्रभाव डालने की उनकी क्षमता के आधार पर एक स्थापित एक्वापोनिक्स प्रणाली से चुना गया था। लक्ष्य इन आइसोलेट्स को इनोकुला के रूप में संस्कृति करना था जो बाद में उस एक्वापोनिक्स सिस्टम (सिराकोव एट अल। 2016) के भीतर बीमारियों के लिए जैविक नियंत्रण के रूप में कार्य कर सकता था। उदाहरण के लिए, सिराकोव एट अल ने दिखाया कि एक Pseudomonas sp। कि वे पृथक रोगजनक कवक _Saprolegnia परजीविका _ और पौधों के * पायथियम* अल्टीम के लिए बायोकंट्रोल के रूप में प्रभावी थे। शोधकर्ताओं ने यह भी अन्य बैक्टीरियल विभिन्न aquaponics डिब्बों से अलग की एक किस्म के इन विट्रो निषेध में सूचना दी, लेकिन vivo प्रभाव में उनके परीक्षण के बिना। जैविक नियंत्रण के रूप में इस तरह के अलगाव का उपयोग करने की क्षमता नई नहीं है, लेकिन एनजीएस तकनीकों के अनुप्रयोग अब एक दूसरे के साथ और संभावित रोगजनकों के साथ इस तरह के अलगाव के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त कर सकते हैं, जिससे वितरण की प्रभावशीलता को अनुकूलित करना संभव हो जाता है। अन्य 'ओमिक्स' तकनीकों का उपयोग समग्र सामुदायिक संरचना और संबंधित चयापचय कार्यों को प्रकट करने में मदद कर सकता है, और यह स्पष्ट करना शुरू कर सकता है कि कौन से जीव और कार्य सबसे अधिक फायदेमंद हैं। भविष्य में, ऐसी तकनीकें माइक्रोबियल समुदायों के भीतर 'हेल्पर तनाव' के चयन की अनुमति दे सकती हैं, या एंटी-माइक्रोबियल प्रभाव वाले एक्स्यूडेट्स की पहचान (मैसार्ट एट अल। 2015)।
6.4 एक्वापोनिक्स इकाइयों में माइक्रोबियल संतुलन और संवर्धन
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एक्वापोनिक्स प्रणाली में उत्पादकता में प्रत्येक घटक प्रदान करने के लिए पर्यावरण मानकों की निगरानी और प्रबंधन शामिल है, चाहे माइक्रोबियल, पशु या पौधे, इष्टतम विकास की स्थिति के साथ। हालांकि यह आवश्यकताओं में ट्रेडऑफ को हमेशा संभव नहीं होता है, एक्वापोनिक्स के प्रमुख लक्ष्यों में से एक होमोस्टेसिस की अवधारणा के आसपास घूमता है, जिसमें सिस्टम की स्थिरता को बनाए रखने में अनावश्यक परेशानियों को कम करने के लिए परिचालन पैरामीटर समायोजित करना शामिल होता है जो इकाई के भीतर तनाव का कारण बनता है, या अन्य घटकों पर हानिकारक प्रभाव कभी-कभी बदलते माइक्रोबियल असेंबलियों के साथ, होमोस्टेसिस कभी भी संतुलन की स्थायी स्थिति का तात्पर्य नहीं करता है, बल्कि जितना संभव हो उतना स्थिरता प्राप्त करने का लक्ष्य है, खासकर पानी की गुणवत्ता मानकों के भीतर।
एक हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली के साथ मिलकर एक आरएएस कभी बदल रहा होगा, लेकिन इस विन्यास के भीतर, आरएएस घटक अपेक्षाकृत स्थिर रहता है, खासकर डीकॉप्टेड सिस्टम (गोडडेक और कोरनर 2019) में। दूसरी ओर, हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली पानी की गुणवत्ता में अधिक अनियमित होती है क्योंकि पौधे की फसलों को अक्सर बैच मोड में काटा जाता है, और शायद ही कभी मछली उत्पादन के साथ सिंक्रनाइज़ होता है।
किसी भी एक्वापोनिक्स प्रणाली के प्रारंभिक स्टार्ट-अप चरण के दौरान, पानी की गुणवत्ता - विशेष रूप से बायोफिल्टर्स में माइक्रोबियल समुदायों के संबंध में - एक चिंता का विषय है, और अवसरवादी बैक्टीरिया के प्रसार को कम करने के लिए, एक नियमित अभ्यास किया गया है कि इससे पहले कि सेवन के पानी की माइक्रोबियल परिपक्वता की अनुमति दें आरएएस में परिचय, बायोफिल्टर की क्षमता के बाद ही मछली जोड़ने से एक विशेष मोजा घनत्व (ब्लैंचेटन एट अल। 2013) पर टैंक पालन करने की क्षमता से मेल खाता है। हाइड्रोपोनिक्स में ऐसा ही एक अभ्यास मनाया जाता है जहां कम से कम पुनर्नवीनीकरण पानी का एक हिस्सा एक नई फसल को इनोक्यूलेट करने के लिए उपयोग किया जाता है, यह देखते हुए कि परिपक्व माइक्रोबियल समुदायों को लंबे समय तक सभी नए पानी के परिणामों को विकसित करने और पेश करने में समय लगता है। इस तरह की प्रथाओं से संस्कृति की स्थिति और अधिक उत्पादकता में अधिक स्थिरता होती है। उदाहरण के लिए, आरएएस सिस्टम में बेहतर प्रदर्शन का उल्लेख किया गया है जब पूर्व-सेवन फ़िल्टर को माइक्रोबियल समुदायों को अधिक पालन टैंक में उन लोगों के समान विकसित करने के लिए चूर्णित मछली भोजन के साथ आपूर्ति की जाती है (एट्रामडल एट अल। 2014)।
6.5 पोषक तत्व साइकलिंग और जैवउपलब्धता में बैक्टीरियल भूमिकाएं
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आरएएस सिस्टम में हेटरोट्रॉफिक और ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया को चिह्नित करने के लिए और पानी की गुणवत्ता और पोषक तत्वों की साइकिल चलाने में उनकी भूमिकाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए काफी शोध किया गया है (समीक्षा के लिए, ब्लैंचेटन एट अल देखें। (2013); श्रेयर एट अल। (2010)। गैर-रोगजनक हेटरोट्रोफ, आमतौर पर Alphaproteobacteria और Gammaproteobacteria का प्रभुत्व है, बायोफिल्टर में कामयाब होते हैं, और नाइट्रोजन के परिवर्तनों में उनके योगदान काफी अच्छी तरह से समझा जाता है क्योंकि नाइट्रोजन साइक्लिंग (एनसी) पुनरावृत्ति संस्कृति के विकास में सर्वोपरि महत्व का रहा है सिस्टम (Timmons और Ebeling 2013)। यह लंबे समय से मान्यता प्राप्त है कि आरएएस प्रणाली में मछली द्वारा उत्सर्जित अमोनिया के जीवाणु परिवर्तन, उत्सर्जन दर के साथ मिलान किया जाना चाहिए क्योंकि अतिरिक्त अमोनिया जल्दी से मछली के लिए विषाक्त हो जाता है (देखें Chap। 9)। इसलिए मीठे पानी और समुद्री आरएएस में, एनसी गतिशीलता में माइक्रोबियल समुदायों की कार्यात्मक भूमिकाएं - नाइट्रिफिकेशन, डेनिट्रिफिकेशन, अमोनीफिकेशन, एनारोबिक अमोनियम ऑक्सीकरण और प्रतिकृति नाइट्रेट में कमी - ने काफी शोध ध्यान प्राप्त किया है और हाल ही में समीक्षाओं में वर्णित हैं (रूरंगवा और Verdegem 2015; श्रेयर एट अल 2010)। एक्वापोनिक्स में नाइट्रोजन परिवर्तनों के बहुत कम अध्ययन हैं, लेकिन हाल की समीक्षा (वोंगकीव एट अल। 2017) नाइट्रोजन उपयोग दक्षता की चर्चा के साथ सारांश प्रदान करता है, जो हाइड्रोपोनिक्स में पौधों के विकास के लिए एक प्रमुख विचार है।
नाइट्रोजन के बाद, एक्वापोनिक्स में दूसरा सबसे आवश्यक मैक्रोन्यूट्रिएंट फॉस्फोरस है, जो मछली के लिए सीमित कारक नहीं है जो इसे फ़ीड से प्राप्त करता है, लेकिन हाइड्रोपोनिक्स में पौधों के लिए महत्वपूर्ण है। हालांकि, मछली कचरे में फॉस्फेट के रूप पौधों के लिए तुरंत जैव उपलब्ध नहीं हैं। पौधों में पर्याप्त मात्रा में अकार्बनिक आयनिक ऑर्थोफॉस्फेट होना चाहिए (एचएसयूबी 2/सबपॉसब4/सबसुप-/एसयूपी और एचपीओसब4/सबसुप 2-/एसयूपी = पीआई) (बेका एट अल। 2014), क्योंकि यह तेज और आत्मसात के लिए एकमात्र जैव उपलब्ध रूप है। अकार्बनिक फॉस्फेट पीएच 7.0 से ऊपर कैल्शियम से बांधता है, इसलिए एक्वापोनिक्स सिस्टम को पीएच 7.0 के पास पीएच शर्तों को बनाए रखने के लिए सावधान रहना चाहिए। चूंकि पीएच मान 7.0 से ऊपर उठते हैं, कैल्शियम फॉस्फेट के विभिन्न अघुलनशील रूप कीचड़ (बेका एट अल 2014; सिबिएलेक एट अल 2014) में वेग के रूप में समाप्त हो सकते हैं। इसलिए, पी के आरएएस नुकसान मुख्य रूप से सिस्टम (वान रिजन 2013) से कीचड़ को हटाने के माध्यम से हैं। हालांकि, एक्वापोनिक्स प्रणाली में कहीं भी, हाइड्रोपोनिक्स इकाई में फसलों के लिए उपयोगी पोषक तत्वों की पर्याप्त आपूर्ति प्रदान करने के लिए कण पदार्थ को पकड़ने और खनिज करने की अनुमति दी जानी चाहिए। खनिज चरण अन्य मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक तत्वों को भी जारी करेगा ताकि कम कमी हो, इस प्रकार हाइड्रोपोनिक्स डिब्बे में पूरक की आवश्यकता को कम किया जा सके। यह देखते हुए कि फॉस्फेट युक्त उर्वरकों की दुनिया की आपूर्ति घट रही है और पी के साथ पूरकता तेजी से महंगा है, आरएएस कीचड़ से पी की वसूली को अधिकतम करने के प्रयास किए जा रहे हैं (गोडडेक एट अल। 2016b; मोन्सी एट अल। 2017)।
मैक्रो और सूक्ष्म पोषक तत्वों की जैवउपलब्धता वर्तमान में खराब समझी गई है। पिछला शोध (Cerozi और Fitzsimmons 2016a) से पता चलता है कि पोषक तत्वों की उपलब्धता के साथ समझौता किया जाता है के रूप में पीएच नीचे कम हो जाता है 7.0 और पत्तेदार साग के लिए युग्मित हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली के परिणामस्वरूप पीएच 6.0 के आसपास संचालित किया जा रहा है। हालांकि, हाल के शोध में एक्वापोनिक स्थितियों और पीएच 7.0 की तुलना में पीएच 5.8 की हाइड्रोपोनिक स्थितियों में उत्पादकता में कोई अंतर नहीं दिखाया गया है (एंडरसन एट अल। 2017 ए, बी)। इन अध्ययनों में, पीएच 7.0 पर हाइड्रोपोनिक स्थितियों ने हाइड्रोपोनिक पीएच 5.8 की तुलना में\ ~ 22% उत्पादकता कम कर दी। प्रारंभ में, परिकल्पना यह थी कि उत्पादकता में अंतर एक्वापोनिक पानी के माइक्रोबायोटा को बताया जा सकता है, लेकिन बाद के शोध ने उस सिद्धांत को खारिज कर दिया (Wielgosz एट अल। 2017)।
आरएएस में जहां सी: कार्बनिक पदार्थ की उपलब्धता के कारण एन अनुपात बढ़ता है, बैक्टीरिया को अस्वीकार करना, विशेष रूप से Pseudomonas एसपी।, कार्बन का उपयोग एनोक्सिक परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में करें, नाइट्रेट की कीमत पर एनएसयूबी 2/उप का उत्पादन करने के लिए (श्रेयर एट अल। 2010; वोंगकीव एट अल। 2017)। बायोफ्लॉक सिस्टम कभी-कभी मछली के लिए फ़ीड बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है (केकड़ा एट अल। 2012; मार्टिनेज-कॉर्डोवा एट अल। 2015), और बायोफ्लॉक का उपयोग एक्वापोनिक्स सिस्टम में विशेष रूप से एशिया में किया जा रहा है (फेंग एट अल। 2016; किम एट अल। 2017; पिन्हो एट अल। 2017), पोषक साइकिल चालन और भी जटिल हो जाता है, जो डीओ, तापमान और पीएच प्रभाव है कि क्या हेटरोट्रॉफिक (कार्बन-उपयोग) माइक्रोबियल समुदायों ऑटोट्रॉफिक डेनिट्रिफायर पर प्रबल होते हैं जो सल्फाइड को कम करने में सक्षम हैं सल्फेट (श्रेयर एट अल 2010)। Heterotrophs कार्बन के पर्याप्त स्रोतों की उपस्थिति में autotrophs की तुलना में एक उच्च वृद्धि दर है (Michaud एट अल. 2009); इसलिए, फ़ीड प्रकार या शासनों में हेरफेर करना, या सीधे एक कार्बनिक कार्बन स्रोत जोड़ना, भंग ऑक्सीजन के स्तर की निगरानी करते समय, आबादी को संतुलित रखने में मदद कर सकते हैं जबकि अभी भी एक प्रयोग करने योग्य रूप में एन के साथ हाइड्रोपोनिक्स प्रदान (Vilbergsson एट अल. 2016ए)।
हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में, पोषक तत्वों के आवश्यक संतुलन वाले अकार्बनिक यौगिकों को आम तौर पर पौधों की उचित वृद्धि सुनिश्चित करने के लिए जोड़ा जाता है। हालांकि, उच्च पोषक तत्व सांद्रता, विशेष रूप से ग्रीनहाउस जैसे आर्द्र गर्म वातावरण में आसानी से माइक्रोबियल समुदायों के विकास की सुविधा प्रदान करती है, विशेष रूप से कवक (Fusarium) और oomycota (Phytophthora, Pythium एसपी।), जो जल्दी से पानी परिसंचारी में समुद्र का हो सकता है और परिणामस्वरूप मर सकता है- नापसंद (ली और ली 2015)। हाल ही में हाइड्रोपोनिक rhizobacteria को बेहतर ढंग से समझने के प्रयासों और पौधों के विकास को बढ़ावा देने में उनके लाभकारी प्रभावों (लेकिन रोगज़नक़ों के प्रसार को बाधित करने के लिए) ने माइक्रोबियल समुदायों और रूट सिस्टम (ली और ली 2015) के साथ उनकी बातचीत का विश्लेषण करने के लिए विभिन्न 'ओमिक्स' तकनीकों का उपयोग किया है।
उदाहरण के लिए, जब प्रोबायोटिक बैक्टीरिया जैसे Bacillus मौजूद होते हैं, तो उन्हें पी उपलब्धता बढ़ाने के लिए दिखाया गया था और टिलापिया-सलाद प्रणाली (सेरोज़ी और फिट्सिमन्स 2016b) में एक अतिरिक्त संयंत्र विकास प्रभाव भी दिखाई देता है। एक्वापोनिक्स प्रणाली में, मछली फ़ीड और आरएएस पानी के साथ-साथ हाइड्रोपोनिक पानी की आपूर्ति के लिए प्रोबायोटिक्स के अलावा, आगे प्रयोग के हकदार हैं, क्योंकि माइक्रोबियल समुदायों के पौधे फिजियोलॉजी पर कई मॉड्यूलेटरी प्रभाव पड़ सकते हैं। उदाहरण के लिए, चार खाद्य फसलों के माइक्रोबियल समुदायों (बैक्टीरिया, कवक, ओमीसेट्स) का विश्लेषण मेटागेनोमिक अनुक्रमण द्वारा किया गया था जब एक निरंतर पोषक फिल्म हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में बनाए रखा गया था जहां पीएच और पोषक सांद्रता पौधों के जीवन चक्र (शेरिडन एट अल। 2017)। लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि पौधे के विकास को बढ़ावा देने वाले रोगाणुओं (पीजीपीएम) के वाणिज्यिक मिश्रण के साथ उपचार, इस मामले में बैक्टीरिया, माइकोरिज़ी और कवक, नियंत्रण की तुलना में 12 से 14 सप्ताह के बाद सामुदायिक संरचना में अधिक स्थिरता और समानताएं प्रदान करने के लिए दिखाई दिए। उनका सुझाव है कि इसे रूट एक्स्यूडेट्स के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जो लगातार पौधों के विकास के चरणों के लिए उपयुक्त माइक्रोबियल समुदायों के विकास के लिए अनुकूल है और यहां तक कि नियंत्रण भी करता है। मिट्टी आधारित फसल उत्पादन में पीजीपीएम के ज्ञात प्रभावों को देखते हुए, और मिट्टी रहित प्रणालियों के लिए उपलब्ध कुछ अध्ययनों को देखते हुए, आगे की जांच यह निर्धारित करने के लिए जरूरी है कि पीजीपीएम को कैसे बढ़ाया जाए और एक्वापोनिक्स सिस्टम (बार्टेलमे एट अल। 2018) में उनके प्रभावों को बेहतर बनाया जाए। यदि हाइड्रोपोनिक संस्कृतियां अधिक स्थिर होती हैं और पौधों की वृद्धि पीजीपीएम के साथ अधिक मजबूत होती है, तो लक्ष्य मेटागोनॉमिक्स के माध्यम से एक्वापोनिक्स में माइक्रोबियल समुदायों को चिह्नित करना चाहिए और मेटाबोलोमिक्स और प्रोटीओमिक्स के माध्यम से इष्टतम मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक तत्व उपलब्धता के साथ उन्हें सहसंबंधित करना चाहिए।
6.6 निलंबित ठोस और कीचड़
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किसी दिए गए पैमाने पर एक्वापोनिक्स के संचालन के लिए पैरामीटर - पानी की मात्रा, तापमान, फ़ीड और प्रवाह दर, पीएच, मछली और फसल उम्र और घनत्व सहित - सभी माइक्रोबियल समुदायों के अस्थायी और स्थानिक वितरण को प्रभावित करते हैं जो इसके डिब्बों के भीतर विकसित होते हैं, समीक्षा के लिए: आरएएस (ब्लैंचेटन एट अल। 2013); हाइड्रोपोनिक्स (ली और ली 2015)।
भंग ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर और एक्वापोनिक्स में पीएच को नियंत्रित करने के अलावा, आरएएस प्रणाली में ठोस पदार्थों के संचय को नियंत्रित करना भी आवश्यक है क्योंकि ठीक निलंबित कण गिल्स का पालन कर सकते हैं, घर्षण और श्वसन संकट का कारण बन सकते हैं और रोग की संवेदनशीलता बढ़ा सकते हैं (यिल्डिज़ एट अल। 2017) । अधिक प्रासंगिक, कण कार्बनिक पदार्थ (पीओएम) को आरएएस सिस्टम से जल्दी और प्रभावी ढंग से हटा दिया जाना चाहिए, अन्यथा अत्यधिक हेटरोट्रॉफिक वृद्धि लगभग सभी यूनिट प्रक्रियाओं को विफल कर देगी। आरएएस फीडिंग दरों को सिस्टम पर लोड होने वाले ठोस लोड को कम करने के लिए सावधानी से प्रबंधित किया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए अधिक भोजन से बचें और भोजन लागत को कम करें)। फ़ीड के बायोफिजिकल गुण - कण आकार, पोषक तत्व सामग्री, पाचनशक्ति, संवेदी अपील, घनत्व और निपटान दर - घूस और आत्मसात दर निर्धारित करते हैं, जो बदले में ठोस निर्माण और इस प्रकार पानी की गुणवत्ता पर असर पड़ता है। हालांकि पानी की गुणवत्ता अक्सर पोषक तत्व साइकिल चालन के संदर्भ में अध्ययन किया जाता है (देखें Chap. 9), यह भी माइक्रोबियल समुदायों की संरचना की एक बेहतर समझ प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है और इन में परिवर्तन फ़ीड संरचना के आधार पर, कण लोड हो रहा है और यह कैसे हेटरोट्रॉफिक और ऑटोट्रॉफिक जीवाणु समुदायों के विकास को प्रभावित करता है।
आरएएस सिस्टम डिजाइन की विभिन्न विशेषताएं विशेष रूप से ठोस (टिमन्स और ईबेलिंग 2013) से निपटने के लिए विकसित की गई हैं; समीक्षा भी देखें: (विल्बर्गसन एट अल। 2016b)। उदाहरण के लिए, कुछ बायोफिल्टर गिरावट की सुविधा के लिए निलंबित कचरे के पर्याप्त हिस्से को रखने के लिए कार्य करते हैं, जबकि अन्य यांत्रिक रूप से स्क्रीन या दानेदार मीडिया के माध्यम से फ़िल्टर करते हैं। फिर भी अन्य केवल कीचड़ को इकट्ठा करने और हटाने के लिए तलछट पर भरोसा करते हैं। हालांकि, इस तरह की विधियां कीचड़ के भीतर पोषक तत्वों को पुनर्प्राप्त करने और पौधों के उपयोग के लिए जैव उपलब्ध कराने में विशेष रूप से प्रभावी नहीं होती हैं। ऐतिहासिक रूप से, इस कीचड़ को बायोरिएक्टरों में अपने मेथेनोजेनिक मूल्य के लिए नियंत्रित किया गया है या मिट्टी आधारित फसलों के लिए उर्वरक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन विभिन्न नए डिजाइनों ने हाइड्रोपोनिक घटक में उपयोग के लिए वसूली में सुधार करने का प्रयास किया है। इस कीचड़ की वसूली में सुधार करना जांच का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है, यह देखते हुए कि पौधों के विकास के लिए आवश्यक आवश्यक स्थूल और सूक्ष्म पोषक तत्वों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा कण कार्बनिक पदार्थ से जुड़ा होता है, जिसे त्याग दिया जाता है, सिस्टम से खो जाता है। एक्वापोनिक्स प्रणाली में एक अतिरिक्त कीचड़ रीसाइक्लिंग लूप जोड़कर, ठोस कचरे को छोड़ने के बजाय पौधों द्वारा पुन: उपयोग के लिए भंग पोषक तत्वों में परिवर्तित किया जा सकता है (गोडडेक एट अल। 2018)। डाइगेस्टर या बायोरिएक्टरों को पुनर्निर्मित करना इसे पूरा करने का एक तरीका है, हालांकि वर्तमान में विकसित होने वाले प्रमुख क्षेत्रों में से एक में यह ज्ञान शामिल है कि इन कीचड़ डाइजेस्टर के भीतर माइक्रोबियल समुदायों को कैसे बढ़ाया जा सकता है (उदाहरण के लिए रोगाणुओं के अतिरिक्त) या बेहतर उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए बेहतर लिंक्ड रिएक्टरों के इंजीनियर डिजाइन) पौधों के लिए जैव उपलब्ध रूपों में पोषक तत्वों को पुनर्प्राप्त करने के लिए। हालांकि कीचड़ डाइगेस्टर के भीतर वास्तविक माइक्रोबियल समुदायों को एक्वापोनिक्स के लिए अच्छी तरह से शोध नहीं किया गया है, हालांकि कृषि में सीवेज और पशु कचरे के लिए कीचड़ के पाचन के माइक्रोबायोटा पर काफी साहित्य है, जिसमें मछली प्रवाह शामिल है, जो आदर्श डिजाइन में और अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है aquaponics प्रणाली में कीचड़ वसूली। एक्वापोनिक्स प्रणाली में कीचड़ को शामिल करने पर वर्तमान शोध में आरएएस और हाइड्रोपोनिक यूनिट (गोडडेक एट अल। 2016a, 2018) के बीच स्थित पाचन में पुनर्खनिजीकरण शामिल है। एरोबिक या एनारोबिक बायोरिएक्टरों के भीतर, अपशिष्ट गिरावट के लिए अनुकूल पर्यावरण की स्थिति प्रभावी ढंग से इस कीचड़ को जैव उपलब्ध पोषक तत्वों में तोड़ सकती है, जिसे बाद में मिट्टी की उपस्थिति के बिना हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में पहुंचाया जा सकता है (मॉन्सी एट अल। 2017)। कई एक-लूप एक्वापोनिक्स सिस्टम में पहले से ही एरोबिक (राकोसी एट अल 2004) और एनारोबिक (योगेव एट अल 2016) शामिल हैं पोषक तत्वों को बदलने के लिए पाचन जो मछली कीचड़ में फंस गए हैं और उन्हें पौधों के लिए जैव उपलब्ध बनाते हैं। इन decouple करने की क्षमता लाभ है कि आगे में चर्चा कर रहे हैं की एक संख्या है Chap. 8 और उच्च विकास दर (Goddek और Vermeulen 2018) के लिए नेतृत्व करने के लिए प्रतीत होता है। हालांकि, कई अग्रिमों के बावजूद, इसे पूरा करने के लिए वास्तविक तकनीक चुनौतीपूर्ण बनी हुई है। उदाहरण के लिए, कुछ heterotrophic denitrifying बैक्टीरिया anoxic या यहां तक कि एरोबिक स्थितियों में सुसंस्कृत, एक इलेक्ट्रॉन रिसेप्टर और ऊर्जा के लिए ऑक्सीकरण कार्बन स्रोतों के रूप में नाइट्रेट का उपयोग करेगा, जबकि इस तरह के CASUP+2/SUP या Cusup+2/SUP के रूप में द्विपक्षीय धातु आयनों के साथ polyphosphate के रूप में अतिरिक्त पी भंडारण। जब क्षारीय पीएच पर बल दिया जाता है, तो ये बैक्टीरिया पॉलीफॉस्फेट को कम करते हैं और ऑर्थोफॉस्फेट को छोड़ देते हैं, जो पौधों द्वारा फॉस्फेट के आकलन के लिए आवश्यक रूप है (वान रिजन एट अल। 2006)। पुनर्खनिजीकरण बायोरिएक्टर इकाइयों को सम्मिलित करना, जैसे कि गोडडेक एट अल (2018) में, हाइड्रोपोनिक्स के लिए पी को बेहतर ढंग से पुनर्प्राप्त करने का एक तरीका प्रदान कर सकता है। उदाहरण के लिए, इसी तरह के तरीकों का उपयोग आरएएस से ट्राउट कीचड़ के साथ किया गया है जिसे स्वीकार्य निपटान सीमाओं (गोडडेक एट अल। 2015) से अधिक नाइट्रेट और पी सामग्री के लिए इलाज किया गया था। हालांकि, इन प्रक्रियाओं में शामिल माइक्रोबियल समुदाय संस्कृति स्थितियों जैसे कि सी: एन अनुपात, ऑक्सीजन, धातु आयनों और पीएच के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए नाइट्राइट और अन्य हानिकारक मध्यस्थ जमा हो सकते हैं। विभिन्न कार्बनिक कचरे के पाचन पर एक विशाल साहित्य के बावजूद, मुख्य रूप से बायोगैस उत्पादन (इब्राहिम एट अल। 2016) के लिए एनारोबिक, आरएएस कचरे (वान रिजन 2013) के इलाज पर बहुत कम शोध है, और एक्वापोनिक्स प्रणाली के मामले में, पोषक तत्व के बीच संबंधों के बारे में भी कम उपलब्ध अनुसंधान जैव उपलब्धता और हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में फसल वृद्धि (मोलर और मुलर 2012)। इस समय, आरएएस कीचड़ बायोरिएक्टरों के अधिक अध्ययन माइक्रोबियल आबादी के लिए संस्कृति की स्थिति में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं जो अनुकूल परिणाम उत्पन्न करते हैं, उदाहरण के लिए, पी वसूली पर, और हाइड्रोपोनिक्स इकाइयों में इसकी शुरूआत।
पी की वसूली का आकलन करने के प्रयासों में मौजूदा चुनौतियों में से एक उनकी प्रभावकारिता के लिए एनारोबिक और एरोबिक डाइजेस्टर के परीक्षणों की तुलना करते समय उत्पन्न होती है (गोडडेक एट अल। 2016b; मोन्सी एट अल। 2017)। हालांकि दोनों अध्ययनों ने शुरू में समान कीचड़ संरचना का इस्तेमाल किया, परिणाम काफी अलग थे। एक अध्ययन में (Monsees एट अल। 2017), एरोबिक उपचार में विभिन्न घुलनशील पोषक तत्वों के उपायों के परिणामस्वरूप पी एकाग्रता में 330% वृद्धि हुई है और पी में मामूली वृद्धि और एनारोबिक उपचार में नाइट्रेट में 97% कमी की तुलना में नाइट्रेट एकाग्रता में 16% कमी आई है। इसके विपरीत, इसी तरह के एक अध्ययन से परिणाम (Goddek एट अल. 2016b) से पता चला है कि एक हाइड्रोपोनिक इकाई में सलाद पौधों की वृद्धि एनारोबिक supernatant का उपयोग कर बेहतर था, भले ही दोनों एनारोबिक और एरोबिक उपचार केवल एनारोबिक शर्तों और लगभग पूर्ण नुकसान से थोड़ा बेहतर नाइट्रेट वसूली में हुई दोनों उपचार (Goddek एट अल. 2016b) से POSUB4/उप की। जाहिर है, इस तरह के फ़ीड संरचना और दरों के रूप में कारकों, ठोस के निपटान बनाम निलंबन, पीएच (बाद में पूर्व और चर 8.2-8.65 में CaohSub2/उप के साथ 7 ± 1 पर बनाए रखा), नमूना और मछली उपभेदों इन दो अध्ययनों में मतभेद। फिर भी, POSUB4/उप और NOSUB3/उप के विपरीत परिणाम पोषक तत्वों की वसूली को अनुकूलित करने के लिए आगे अनुसंधान की आवश्यकता को इंगित करते हैं, माइक्रोबियल समुदायों को चिह्नित करने के लिए मेटागोनॉमिक्स दृष्टिकोण के अतिरिक्त ताकि इन प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका को बेहतर ढंग से समझ सके।
6.7 निष्कर्ष
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पूर्व में छोटे पैमाने पर उत्पादकों का डोमेन, तकनीकी प्रगति पानी और ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करने के लिए तकनीकी नवाचार प्रदान करते हुए बेहतर मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक वसूली पर ध्यान केंद्रित करके बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक उत्पादन में एक्वापोनिक्स को तेजी से बढ़ रही है। हालांकि, एक औद्योगिक पैमाने पर एक्वापोनिक्स को स्केल करने के लिए माइक्रोबियल असेंबलेजों की बेहतर समझ और रखरखाव की आवश्यकता होती है, और मजबूत बायोकंट्रोल उपायों के कार्यान्वयन जो मछली और फसलों दोनों के स्वास्थ्य और कल्याण का पक्ष लेते हैं, जबकि अभी भी मानव के लिए खाद्य सुरक्षा मानकों को पूरा करते हैं खपत। एक्वापोनिक्स में माइक्रोबियल रोगजनकों के बायोकंट्रोल पर आगे की शोध, संभावित मानव, मछली और पौधे रोगजनकों सहित, परेशान करने के लिए ऐसी प्रणालियों की संवेदनशीलता के प्रकाश में, और तथ्य यह है कि रसायनों और एंटीबायोटिक दवाओं के उपयोग माइक्रोबियल आबादी, मछली और पर गहरा प्रभाव हो सकता है संयंत्र physiologies, साथ ही समग्र प्रणाली आपरेशन। माइक्रोबियल इंटरैक्शन को स्पष्ट करने से एक्वापोनिक्स सिस्टम की उत्पादकता में सुधार हो सकता है, जैविक पदार्थों को उपयोगी रूपों में परिवर्तित करने में रोगाणुओं की महत्वपूर्ण भूमिकाओं को देखते हुए जो मछली और पौधों को विकसित करने की अनुमति दे सकते हैं।