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Parametri qualità acqua

1. 6.1 Ossigeno disciolto

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

   L'ossigeno è richiesto ad alti livelli da pesci, piante e batteri. Il contenuto di ossigeno è quantificato dall'ossigeno disciolto (DO) in acqua ed è espresso in milligrammi per litro (mg/L) (Somerville et al. 2014). La natura intensiva dei sistemi aquaponici richiede l'integrazione di ossigeno. L'ossigeno può entrare nel sistema mediante agitazione in superficie o diffusori nella colonna d'acqua. Densità di allevamento di pesci, numero e tipo di piante, quantità di solidi organici, domanda biologica di ossigeno e temperatura sono tutti fattori che determinano la quantità di DO necessaria (Rackocy et al. 2006, Wurts e Durborow 1992). DO e temperatura hanno una relazione importante. L'ossigeno è più solubile in acqua fredda che in acqua calda, il che significa che l'acqua fredda può mantenere livelli più elevati di ossigeno disciolto rispetto all'acqua calda. Ciò è particolarmente importante per i produttori che allevano pesci d'acqua calda o operano in zone che presentano temperature elevate durante tutto l'anno o stagionali. Si raccomanda di mantenere l'ossigeno disciolto tra 5-8 mg/L. DO è difficile da misurare, poiché i contatori possono essere costosi o difficili da trovare. In questo caso, i produttori possono acquistare kit di test dell'acquario DO o contattare l'estensione locale o le università per assistenza.

   • 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. *

2. 6.2 Temperatura

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

   La temperatura dell'acqua è più importante in acquaponica rispetto alla temperatura dell'aria. Molti fattori chimici dell'acqua sono influenzati dalla temperatura, come la quantità di ammoniaca tossica (non ionizzata) presente e la solubilità dell'ossigeno. Inoltre influisce direttamente sulla salute e sulla sopravvivenza sia dei pesci che delle piante. I pesci sono poikilotermici, o a sangue freddo. Ciò significa che la loro temperatura corporea dipende dalla temperatura dell'acqua. A temperature estreme, il pesce smetterà di mangiare, diventando letargico e suscettibile alle malattie. Nelle piante, le alte temperature possono ridurre l'assorbimento di nutrienti essenziali delle piante, come il calcio, forzare la fioritura precoce nelle colture climatiche fredde e aumentare il potenziale di patogeni delle radici delle piante come Pythium spp. Per questo motivo, è importante prevenire ampie oscillazioni della temperatura giornaliera. Ombreggiare o coprire superfici idriche, isolare acquari e aiuole, e utilizzare il riscaldamento passivo o solare nelle serre sono strategie impiegate da molti produttori. Nelle zone temperate dove la temperatura cambia drasticamente da stagione a stagione, i produttori possono alternare pesce e piantare colture stagionali per ridurre i costi di riscaldamento o raffreddamento.

   • 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. *

3. 6,3 pH

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

   Il pH è una misura dell'acidità o della basicità di una soluzione. Esso è determinato dalla presenza o dall'assenza di ioni idrogeno liberi (H^+^), dove più H^+^ presente, più una soluzione è acida. Una soluzione acida ha un pH basso. Il pH viene misurato su una scala da 1 a 14, con 7 neutro. Un valore di pH inferiore a 7 indica che una soluzione è acida e superiore a 7 indica che una soluzione è di base. Il pH è registrato su scala logaritmica e quindi non è intuitivo per molti praticanti. Ad esempio, se il pH di un sistema aquaponico misura 7, dopo due settimane misura 5, il pH non è sceso di un grado di 2, ma piuttosto 100 volte. Comprendere la scala del pH è fondamentale per la gestione e la correzione dell'acqua.

   Pesci, piante e batteri hanno specifici intervalli di tolleranza per il pH. Pur tollerando parametri al di fuori della loro gamma ottimale, le condizioni sotto-par possono influenzare notevolmente la crescita e la sopravvivenza. I pesci possono tollerare una vasta gamma di pH, da 6,0-8,5, ma devono essere acclimatati lentamente ai cambiamenti. Il pH è particolarmente importante per piante e batteri. Tutti i micro e i macronutrienti sono disponibili per le piante con un pH compreso tra 6,0-6.5 (Figura 16). Al di sopra o al di sotto di questa gamma, alcune sostanze nutritive non sono disponibili per le piante. Quando il pH supera i 7,5, le piante diventano rapidamente carenti di nutrienti essenziali come ferro, fosforo e manganese (Somerville et al. 2014). Al contrario, un pH basso può avere effetti negativi sui batteri nitrificanti. Sotto 6.0, la capacità di convertire ammoniaca in nitrato è notevolmente ridotta.

   

   Ci sono molti fattori che influenzano il pH. La nitrificazione (discussa nella sezione seguente) e la densità di stoccaggio del pesce riducono il pH producendo rispettivamente H^+^ e CO2. Sono necessarie modifiche per portare il pH a livelli di coltura adeguati. La gestione del pH inizia con monitoraggio e registrazione coerenti.

   Se il pH è basso, possono essere utilizzati prodotti chimici che aumentano l'alcalinità totale, come idrossido di calcio (calce idrata; Ca (OH) 2), calce agricola (carbonato di calcio (CaCO3)), idrossido di potassio (KOH) o carbonato di potassio (K2CO3). L'aggiunta di basi di calcio e potassio si alternano per fornire nutrienti essenziali non contenuti negli alimenti per pesci. A causa del loro pH elevato (10-11), queste basi devono essere aggiunte con cautela e in piccole dosi, in modo da non aumentare il pH troppo rapidamente. La nitrificazione riduce costantemente il pH riducendo l'alcalinità totale dell'acqua e il rilascio di ioni H^+^, quindi un monitoraggio costante è importante. La necessità di abbassare il pH in genere non è un problema per i produttori acquaponici, a causa della nitrificazione. Tuttavia, i produttori potrebbero dover modificare la loro fonte d'acqua aggiungendo acqua dura o sostanze chimiche per aumentare l'alcalinità, che stabilizza o aumenta il pH. Se il pH del sistema è costantemente alto, anche dopo il ciclismo, il primo passo è assicurarsi che i solidi non si accumulino nel sistema. I solidi che si accumulano formano zone anaerobiche (ossigeno basso o assente). Quando si sviluppano condizioni anaerobiche, si verifica un processo chiamato denitrificazione, in cui il nitrato viene riconvertito in ammoniaca. L'alcalinità viene rilasciata durante questa trasformazione, che stabilizza il pH.

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

4. 6.4 Ammonia-Azoto totale

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

   L'azoto entra nel sistema aquaponico come proteina grezza nel mangime per pesci. Circa il 30% delle proteine nel cibo per pesci viene trattenuto dal pesce. Il settanta per cento viene digerito e rilasciato come rifiuti solidi o escreto come ammoniaca attraverso le branchie o come urea (Timmons ed Ebeling 2013). L'azoto ammoniacale totale (TAN) è costituito da due forme che esistono in un rapporto tra ammoniaca non ionizzata (NH3, che è tossica per i pesci) e ammoniaca ionizzata (NH4+ che non tossica). La presenza di una forma sull'altra dipende dal pH e dalla temperatura. A pH elevato (base) e temperatura, vi è una percentuale maggiore di ammoniaca tossica. A basso pH (acido) e temperatura, l'ammoniaca si lega agli ioni H^+^ in eccesso e diventa la forma meno tossica, l'ammonio. Generalmente, i test di qualità dell'acqua daranno il valore TAN, che comprende sia NH3 che NH4+. Il valore esatto dell'ammoniaca tossica può essere determinato prendendo il numero che interseca la temperatura registrata e il pH (Tabella 7) e moltiplicandolo per il valore TAN attuale (Masser et al. 1999).

   Tabella 7: Frazione dell'ammoniaca totale nella forma tossica (non ionizzata) a diversi valori di pH e temperature.

   Fonte: (Masser et al. 1999)

   Attraverso il processo di nitrificazione, i batteri convertono ammoniaca-azoto (NH3) in nitrito (NO2-) e poi in nitrato (NO3-). L'ammoniaca e il nitrito sono 100 volte più tossici per i pesci rispetto ai nitrati (Somerville et al. 2014). Le piante utilizzano principalmente azoto sotto forma di ammonio (NH4+), NO3- e aminoacidi come L-glicina (Rentsch et al. 2007, Sanchez e Doerge 1999). In un sistema aquaponico pienamente funzionante, i valori di ammoniaca e nitriti dovrebbero essere vicini allo zero e i nitrati devono essere inferiori a 150mg/L. Mentre i pesci possono tollerare livelli molto più alti, fino a 400 mg/L (Timmons ed Ebeling 2013), valori superiori a 250 mg/L possono avere effetti negativi sulle piante (Rackocy et al. 2006). Dal punto di vista della gestione, è importante conoscere la gamma di tolleranza delle specie ittiche e vegetali per ottimizzare le condizioni di crescita. A livelli eccessivi, questi composti tossici possono danneggiare branchie di pesci e arrestare la loro crescita.

   • 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. *

5. 6.5 Alcalinità

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

   L'alcalinità è un aspetto spesso trascurato della qualità dell'acqua, ma è essenziale per mantenere un sistema stabile. L'alcalinità è una misura della capacità dell'acqua di tamponare o resistere ai cambiamenti del pH (Wurts e Durborow 1992). Le forme più comuni di alcalinità sono carbonati (CO3-) e bicarbonati (HCO3-). Questi carbonati si legano agli ioni H^+^ liberi, risultato della nitrificazione, impedendo un calo del pH. L'acqua con bassa alcalinità e un tasso costante di nitrificazione sperimenta ampie oscillazioni di pH, che possono essere dannosi per la salute di pesci, piante e batteri. Si raccomanda di mantenere l'alcalinità tra 60-140 mg/L.

   L'alcalinità è spesso confusa con la durezza dell'acqua. La durezza è determinata dalla quantità di ioni positivi, cioè calcio (Ca2+) e magnesio (Mg2+), presenti nell'acqua sorgente. L'acqua da roccia calcarea ha un'elevata durezza (120-180 mg/L), mentre l'acqua dolce ha una bassa durezza (0-60 mg/L). L'acqua dolce è associata all'acqua piovana o alle acque sotterranee provenienti da roccia vulcanica. L'acqua priva di durezza adeguata deve ricevere modifiche come ioni Ca2+ e Mg2+, essenziali sia per le piante che per i pesci.

   L'alcalinità non viene normalmente testata regolarmente in acquaponica, ma viene mantenuta mediante l'aggiunta di basi per aumentare il pH. Oltre a quelle sopra elencate, le misure non chimiche per aumentare l'alcalinità e il pH includono l'aggiunta di conchiglie finemente schiacciate, graniglia calcarea grossolana e gesso frantumato (Somerville et al. 2014). Collocati in un sacchetto di rete, possono essere aggiunti alla coppa fino a che il pH o l'alcalinità aumentino al livello appropriato. Le dimensioni del sistema determineranno per quanto tempo questi emendamenti saranno efficaci e con quale frequenza dovranno essere sostituiti. Bisogna fare attenzione a lavare accuratamente questi articoli per evitare che i contaminanti entrino nel sistema.

   • 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. *

6. 6.6 Ciclismo del sistema

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

   

   Il ciclismo si riferisce al processo di creazione del filtro biologico. Ciò può richiedere da sei a otto settimane (Figura 17). I batteri nitrificanti si trovano naturalmente nell'ambiente, quindi il processo inizia aggiungendo una fonte di ammoniaca.

   Questo può essere ottenuto aggiungendo pesce, cibo per pesci, o acqua da un sistema ben consolidato, o una combinazione di questi. Uno degli errori più comuni quando si utilizza il pesce per ciclo di un sistema è l'aggiunta di troppi pesci inizialmente. Ciò causa il picco dei livelli di ammoniaca, spesso con conseguente morte dei pesci. A partire dal 20% della capacità totale dei pesci è una buona regola generale. Ciò consente agli organismi biologici appropriati e specifici del sistema di colonizzare. Se si utilizza una strategia di ciclismo senza pesce, è possibile utilizzare l'ammoniaca domestica. È importante procurarsi ammoniaca senza tensioattivi, in quanto manca di detergenti comunemente aggiunti a questi prodotti che non sono adatti al sistema.

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7. 6.7 Misure correttive

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   • **Basso ossigeno disciolto (inferiore a 5 mg/L) **: aumentare l'aerazione, ridurre l'alimentazione fino alla correzione

   • **PH basso (inferiore a 6,0) **: aggiungere la base (idrossido di calcio, carbonato di calcio, idrossido di potassio o carbonato di potassio), ridurre l'alimentazione fino alla correzione

   • **Alta ammoniaca (superiore a 1 mg/L TAN) **: ridurre l'alimentazione fino alla correzione, eseguire il 20% di scambio d'acqua, controllare la presenza di solidi accumulati, aumentare la filtrazione biologica

   • **Alto nitrito (superiore a 0,5 mg/L) **: ridurre l'alimentazione fino alla correzione, eseguire il 20% di scambio d'acqua, aumentare la filtrazione biologica

   • Nitrato costantemente elevato: ridurre la biomassa dei pesci o il tasso di alimentazione, aggiungere più biomassa vegetale

   • Nitrati costantemente a zero: aumentare l'alimentazione dei pesci o la biomassa dei pesci

   • **Bassa alcalinità: aggiungere basi carbonatiche ex. (carbonato di calcio, carbonato di potassio)

   *\ Nota: l'aggiunta di qualsiasi base al sistema deve essere effettuata con cura. Piccole aggiunte di queste sostanze chimiche determinano un forte aumento del pH. Le aggiunte di base devono essere calcolate prima dell'aggiunta. Erra sempre sul lato della cautela.

   • 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. *