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Tecnologia di sistema

1. 3.1 Fonti d'acqua

   Original publication 2021 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   L'approvvigionamento idrico è una considerazione importante, in quanto influisce direttamente sulla gestione e sulle prestazioni del sistema. Tipicamente, 1 -3% dell'acqua totale del sistema viene sostituita al giorno a seconda del clima, del periodo dell'anno e delle colture prodotte (Somerville et al. 2014). L'acqua viene persa nel sistema attraverso l'evaporazione, la traspirazione nella pianta e attraverso normali processi di spruzzi, pulizia e raccolta.

   L'acqua con una salinità superiore a 0,8 parti per mille (ppt) in genere non è adatta alla produzione acquaponica in quanto la maggior parte delle piante coltivate non tollera nemmeno un piccolo grado di sale (Shannon e Grieve 1998). Le colture acquaponiche comuni con tolleranza alla salinità includono lattuga (0,83 — 2,8 ppt), cavoli (fino a 7,4 ppt), bietole svizzere (1,5 — 3,5 ppt) e pomodori (fino a 5,8 ppt) (Maggio et al. 2007, Shannon e Grieve 1998, Shannon et al. 2000). Anche se alcune colture mostrano una capacità di tollerare il sale, la crescita è compromessa ad un certo punto durante la produzione.

   La maggior parte dei produttori acquaponici utilizza acqua piovana, acqua di pozzo, acqua comunale o una combinazione per i loro sistemi.

   _Acqua piovana: _ L'acqua piovana ha tipicamente un pH neutro o leggermente acido, una leggera durezza di calcio e magnesio e nessuna salinità (Somerville et al. 2014). Nei sistemi di grandi dimensioni, l'acqua piovana è generalmente utilizzata al meglio in combinazione con altre fonti per ridurre i costi generali e migliorare la sostenibilità.

   Il deflusso dell'acqua piovana può essere facilmente catturato da tetti o grondaie e conservato per un uso successivo. L'acqua raccolta dai tetti deve essere trattata prima dell'uso, in quanto possono contenere batteri e agenti patogeni da escrementi di uccelli o roditori. Le considerazioni comprendono le aree che possono ricevere piogge acide, le leggi che vietano la raccolta, il materiale del tetto e l'età. Alcune ricerche hanno suggerito che i tetti nuovi e invecchiati non sono adatti per la raccolta (Clark et al. 2008), in quanto materiali come tegole, cedro e alluminio zincato non rivestito possono contaminare l'acqua con sostanze chimiche, metalli pesanti e sostanze inquinanti.

   _Acqua di pozzi: _ L'acqua di pozzo è un'opzione praticabile per alcuni produttori. Tra le considerazioni figurano i potenziali contaminanti e la composizione delle rocce. Le sostanze chimiche particolarmente dannose includono metalli pesanti, ferro e zolfo. Le falde acquifere con fondale composto da calcare hanno un'elevata durezza dell'acqua e concentrazioni di alcalinità. L'alcalinità (basi nell'acqua come carbonati, bicarbonati e idrossidi) impedisce oscillazioni di pH, che viene naturalmente abbassato in acquaponica dalla nitrificazione. In alternativa, i produttori con una produzione di pesce molto bassa possono richiedere il trattamento delle acque per diminuire la durezza e/o l'alcalinità prima dell'uso (Somerville et al. 2014). La mancanza di pesce e il successivo apporto di mangime possono far sì che il pH rimanga troppo alto, rendendo alcuni nutrienti inaccessibili alla pianta. Anche la velocità di pompaggio della falda acquifera dovrà essere determinata se sarà l'unica fonte d'acqua per un sistema acquaponico. Ciò è particolarmente importante nei sistemi che richiedono grandi aggiunte o sostituzioni di acqua.

   Acqua comunale: L'acqua comunale è ideale per l'uso in sistemi acquaponici. Il cloro nell'acqua del rubinetto elimina batteri, agenti patogeni e alghe, rendendolo una fonte di acqua sicura e affidabile. Il cloro e le clorammine, tuttavia, devono essere rimossi prima dell'uso in quanto sono tossici per i pesci e uccidono i batteri nitrificanti.

   La cloramina è fondamentalmente una molecola molto stabile di cloro legata all'ammoniaca. A differenza del cloro da solo, le clorammine non possono evaporare dall'acqua. Ciò fornisce alle famiglie rurali un approvvigionamento sicuro di acqua potabile, ma rende il suo uso difficile per i produttori acquaponici. Il cloro libero nell'acqua può essere gassato in 48-72 ore con aerazione. Le clorammine richiedono dissipazione chimica (es. tiosolfato di sodio) o filtrazione a carbone. Dato il piccolo volume di scambio d'acqua, le clorammine in genere non hanno un impatto negativo su un sistema acquaponico. In genere, è possibile sostituire circa il 10% del volume di acqua del sistema senza trattare o testare la presenza di cloro o clorammine.

   Acqua superficiale: Le acque superficiali includono stagni, laghi, fiumi e corsi d'acqua. L'acqua di superficie può introdurre agenti patogeni, alghe, lumache e altri organismi. Inoltre, molte acque superficiali sono contaminate da inquinanti o deflusso agricolo che rappresentano una minaccia per la sicurezza alimentare per gli organismi presenti nel sistema e per i consumatori.

   • Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universita' statale del Kentucky. Manuale di produzione Aquaponics: un manuale pratico per i coltivatori. *

2. 3.2 Smaltimento dei rifiuti

   Original publication 2021 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Il recupero e la digestione degli effluenti ittici sono più importanti nell'acquaponica che nello smaltimento dei rifiuti. Gran parte del mangime viene escreta come rifiuti solidi. I nutrienti essenziali per la crescita delle piante sono intrappolati all'interno di questa sospensione concentrata e dovrebbero essere recuperati per ridurre i costi di produzione e limitare la necessità di integrazione dei nutrienti. Il recupero di questi nutrienti sposta la produzione acquaponica verso un sistema a scarica zero. I nutrienti possono essere recuperati attraverso la digestione aerobica o anaerobica dei solidi. Può essere opportuno applicare direttamente sostanze nutritive ai terreni coltivati o ai fanghi di compostaggio.

   Mineralization: Circa il 20% della N e il 50% della P dal mangime è utilizzato dai pesci per la loro crescita (Timmons et al. 2018). Il resto delle parti N e P (rispettivamente 70% e 30%) viene escreto come prodotto di scarto dalle branchie e come rifiuti di particolato (10% e 20% rispettivamente per N e P). I rifiuti di particolato contengono anche macro e micro nutrienti non assorbiti dai pesci. Il recupero di questi nutrienti può migliorare la crescita delle piante e limitare la necessità di nutrienti supplementari.

   

   La mineralizzazione degli effluenti di pesce funziona in modo simile ai processi che si verificano nel suolo. In AP, gli effluenti di pesce concentrati vengono scaricati in una vasca di detenzione offline. I microbi degradano aerobicamente (o anaerobicamente) i materiali solidi organici, rilasciando sostanze nutritive inorganiche solubili nell'acqua, che sono poi disponibili per le piante da utilizzare (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). Solo in una forma inorganica sono nutrienti disponibili per le piante. In condizioni aerobiche, viene applicata un'aerazione pesante ai solidi concentrati (Figura 10). Dopo 8-10 giorni, l'aerazione viene disattivata, i solidi sono autorizzati a depositarsi e l'acqua chiarificata viene rilasciata nel sistema (Pattillo 2017). In condizioni anaerobiche, i batteri decompongono la materia organica in ambienti con poco o niente ossigeno. La digestione anaerobica produce gas metano (CH4) che può essere utilizzato come biocarburante (Dana 2010) e digestante concentrato che può essere applicato alle colture in serra (Pickens 2015) o utilizzato per la produzione di piantine (Danaher et al. 2009, Pantanella et al. 2011). La digestione anaerobica dei solidi dei pesci è più complessa da gestire rispetto alla digestione aerobica e può essere costosa a causa del grande volume di digestore necessario (Chen et al. 1997).

   Esistono informazioni limitate sul contributo microbico o sui processi ambientali che sottopongono un'efficace mineralizzazione aerobica degli effluenti di pesce; tuttavia, studi suggeriscono che il recupero dei nutrienti dai solidi dei pesci può essere significativo (Cerozi e Fitzsimmons 2017, Cerozi e Fitzsimmons 2016, Goddek et al. 2018, Rakocy et al. 2016, Tyson et al. 2011, Yogev et al. 2016, Khiari et al. 2019, Graber e Junge 2009). I risultati preliminari dei sistemi di ricerca AP in loco presso la Kentucky State University (KSU) mostrano che la mineralizzazione aerobica degli effluenti di pesce per 14 giorni ha portato ad un aumento del 143% (da 7,61 a 18,5 mg/L) del fosfato (PO4), un aumento del 47% dei nitrati (NO3-N; 28,5 a 41,7 mg/L) e ≥ 20% in Ca 74. 23 mg/L) e K (27,38-32,7 mg/L) rispetto all'acqua del sistema (inedita). Tuttavia, anche se i nutrienti vengono recuperati dagli effluenti e forniti nella giusta forma e quantità, le interazioni con altri nutrienti e chimica dell'acqua possono talvolta renderli indisponibili alle piante (Bryson e Mills 2014).

   Applicazione diretta: i rifiuti possono anche essere applicati direttamente come modifica del suolo, compostati con metodi tradizionali di trattamento termico o tramite vermicompost (compostaggio di vermi). L'applicazione diretta deve essere utilizzata come fertilizzante di bassa qualità o se la sospensione è inferiore all'1% di solidi. Il compostaggio a base di calore dei solidi ittici disidratati richiede competenze aggiuntive e costi di manodopera, ma può aggiungere un importante flusso di reddito aggiuntivo. Il vermicompostaggio utilizza metodi simili al compostaggio tradizionale, ma non si basa sul calore per trattare i rifiuti. I vermi consumano materia organica, frammentano e aerano il materiale solido e possono potenzialmente fornire un mangime supplementare vivo per i pesci (Yeo e Binkowski 2010). Il compost può includere rifiuti vegetali o altri materiali compostabili provenienti dalla produzione. Non è raro che gli effluenti mineralizzati vengano imbottigliati e venduti direttamente ai giardinieri domestici o alle piccole operazioni in serra; tuttavia, potrebbero essere applicate alcune restrizioni a seconda delle normative locali.

   • Fonte: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Università statale del Kentucky. Manuale di produzione Aquaponics: un manuale pratico per i coltivatori. *