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Dinamica dei nutrienti vegetali
La maggior parte delle piante può essere descritta da cinque strutture principali: radici, fusto, foglie, fiori e frutti. I nutrienti disciolti e l'acqua entrano nella pianta attraverso le radici attraverso il trasporto passivo e attivo (che richiede energia). Lo xilem, situato nello stelo, è un canale di trasporto unidirezionale che sposta l'acqua e i minerali dai peli delle radici nel corpo principale della pianta attraverso un'azione capillare. Lo stelo è tipicamente la struttura di supporto primaria per foglie, germogli e altri organi. Le foglie sono la centrale elettrica dell'impianto e utilizzano l'energia solare per convertire l'anidride carbonica (CO2) e l'acqua in glucosio (energia) e ossigeno (processo fotosintetico). Il glucosio viene trasportato in altre parti della pianta attraverso il phloem. Fiori e frutti sono gli organi riproduttivi della pianta. I fiori richiedono la fecondazione per svilupparsi in frutti. Questo può essere fatto da vento, insetti, uccelli, mammiferi, ecc In una serra, i fiori possono essere impollinati dai fan scuotendo delicatamente la pianta, facendola rilasciare grani di polline, o manualmente utilizzando un Q-tip o un pennello morbido.
Come nel suolo, le piante coltivate in acquaponica derivano le loro sostanze nutritive ed energia per la crescita e la riproduzione dalla fotosintesi, dai sali inorganici disciolti e dai metaboliti prodotti da batteri e funghi. Nell'acquaponica, i nutrienti sono derivati dall'alimentazione dei pesci. Le piante hanno una certa capacità di selezionare la velocità con cui assorbono vari ioni. Solo perché il nutriente è fornito in quantità adeguate non significa che la pianta lo stia assorbendo. Le piante hanno 16 nutrienti essenziali necessari per una salute e una crescita ottimali (Tabella 8). I nutrienti essenziali sono quelli che non possono essere sintetizzati dall'organismo e sono classificati per strutturale, macro e micro, delineando quanto è richiesto dalla pianta. I nutrienti possono anche essere classificati in base alla loro mobilità. I nutrienti mobili sono elementi che possono essere trasportati in tutta la pianta (di solito verso una nuova crescita) secondo necessità. Una volta depositati i nutrienti immobili nelle foglie (tipicamente foglie più vecchie o primarie), essi sono fissi e non possono essere trasportati in altre parti della pianta. Ciò può giovare ai produttori quando si manifestano segni di carenza di nutrienti restringendo gli ioni causali. Le carenze di nutrienti mobili si verificano nelle foglie più vecchie, mentre i nutrienti immobili si verificano nella nuova crescita della pianta. Tre sostanze nutritive non sono fornite in quantità adeguate nei mangimi per pesci per sostenere la crescita delle piante. Questi nutrienti sono calcio (Ca), potassio (K) e ferro (Fe). Come discusso sopra, CaCO3 e K2CO3 sono usati sia per modificare il pH che per fornire nutrienti essenziali. Il ferro è integrato nella forma chelata, che lo mantiene solubile in acqua e impedisce l'ossidazione nel sistema. Fe-DTPA è raccomandato perché è più stabile al pH adatto per l'acquaponica (6,0-7,5) e più conveniente rispetto ad altre forme.
Tabella 8: Sedici nutrienti essenziali richiesti dalle piante per una salute e una crescita ottimali. Gli elementi cerchiati rappresentano sostanze nutritive limitanti nell'acquaponica. I nutrienti mobili sono rappresentati da (m) e nutrienti immobili da (i).
- [7.1 Fornire e misurare i nutrienti delle piante] (./7.1-fornituring-and-misuring-plant-nutrients.md)
- [7.2 Carenze di nutrienti comuni] (./7.2-comuni carenze di nutrienti.md)
- 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. *
Kentucky State University — Janelle Hager, Leigh Anne Bright, Josh Dusci, and James Tidwell.
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7.1 Fornire e misurare i nutrienti delle piante
Original publication · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn · Kentucky State University
I nutrienti entrano nel sistema aquaponico nel mangime per pesci. La quantità di azoto disponibile per la pianta è direttamente correlata al contenuto proteico del mangime. Maggiore è il contenuto proteico, maggiore è l'azoto disponibile per la crescita delle piante. Sfortunatamente, i mangimi ad alto contenuto proteico sono molto costosi, quindi nutrire un alimento proteico superiore a quello richiesto dalla tua specie di coltura è proibitivo. L'azoto deriva dalla degradazione delle proteine, i cui componenti strutturali sono costituiti da aminoacidi ricchi di azoto. Circa il 20% dell'azoto e il 50% del fosforo del mangime sono utilizzati dai pesci per la crescita. Gran parte delle lamelle N e P (70% e 30% rispettivamente) viene escreta come prodotto di scarto, mentre il resto (10% e 20% rispettivamente per N e P) viene escreto come rifiuti di particolato. I rifiuti di particolato, quelli che in acquaponica chiamiamo «solidi», contengono anche macro e micronutrienti non assorbiti dai pesci. Utilizzando questo prodotto di scarto può essere realizzato attraverso la mineralizzazione.
Tabella 9: Analisi dei nutrienti degli effluenti del sistema acquaponico mineralizzato dopo 14 giorni.
La mineralizzazione degli effluenti di pesce funziona in modo simile ai processi nel suolo. In acquaponica, 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). È possibile accedere all'acqua ricca di sostanze nutritive tramite la sedimentazione del particolato e il sifonamento dell'acqua dall'alto.
Esistono informazioni limitate sulle condizioni ambientali ideali necessarie per ottenere un'efficace mineralizzazione aerobica degli effluenti ittici. I risultati preliminari dei sistemi di ricerca acquaponica in loco presso la KSU mostrano che la mineralizzazione degli effluenti di pesce per 14 giorni ha comportato un aumento del 143% del fosfato (PO
4), un aumento del 47% dei nitrati (NO3-N) e ≥ 20% di calcio (Ca), magnesio (Mg) e potassio (K) rispetto all'acqua del sistema (Tabella 9). I solidi di particolato hanno un rapporto NPK di 4:5:1, oltre a livelli notevoli di Ca e Mg.I nutrienti vegetali sono quantificati attraverso test di laboratorio sull'acqua e sui tessuti vegetali. I test possono essere piuttosto costosi per gli agricoltori (in genere tra\ $20-\ $75 USD per campione) e i risultati non sono immediati. Alcune università possono fornire test gratuiti che possono accelerare il processo e ridurre i costi. Misurare la conducibilità elettrica (EC) dell'acqua è utile per determinare la concentrazione di sali nutrienti, ma non quantificare quali nutrienti sono disponibili per le piante. L'intervallo CE accettabile per l'acquaponica è compreso tra 0,5-2,0 μS/cm.
- 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. *
7.2 Carenze di nutrienti comuni
Original publication · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn · Kentucky State University
Un'abilità che è vantaggiosa per i produttori di acquaponica di tenere nella loro cassetta degli attrezzi è la capacità di diagnosticare visivamente le carenze di nutrienti. Una volta che una pianta presenta un sintomo di una carenza, si sta già verificando uno stress grave. La diagnosi precoce e la diagnosi sono importanti.
Il processo di eliminazione può aiutare i coltivatori a identificare con successo una carenza di nutrienti. I fattori chiave includono riconoscere dove si verifica nella pianta (nutriente mobile o immobile); prendere nota dell'aspetto generale, come il modello di colore o l'aspetto generale; e l'eliminazione di altri fattori che possono causare il problema, come danni alla luce o al calore. Di seguito sono riportate carenze nutritive comuni che si verificano in acquaponica.
Nitrogen: sebbene non molto comune nei sistemi acquaponici, le carenze di azoto si verificano più comunemente quando le unità di coltura ittica sono sottodimensionate per la quantità di piante presenti nel sistema. La clorosi completa (ingiallimento) delle foglie più vecchie è il primo segno e può diffondersi all'intera pianta se non trattata (Figura 18a). Altri segni sono crescita lenta o stentata e piante che sembrano allungate. La carenza di azoto in genere non è un problema nei sistemi acquaponici opportunamente progettati e ben ciclati.
Fosforo: La carenza di fosforo nelle piante è caratterizzata da una colorazione verde scuro e/o viola nelle foglie più vecchie (Figura 18b). Può anche manifestarsi alle punte e ai bordi delle foglie, dando loro un aspetto bruciato. La disponibilità di P all'impianto è notevolmente ridotta quando il pH è al di fuori dell'intervallo di 6,0-7,5 e quando le temperature sono ≤ 10^o^C (Islam et al. 2019). I sintomi sono più evidenti nelle piante giovani, che hanno una maggiore domanda relativa di P rispetto alle piante mature.
potassio: La carenza di potassio non provoca immediatamente sintomi visibili. I margini fogliari appariranno abbronzati, bruciati e/o con piccole macchie nere che successivamente si aggregano nella regione necrotica (Figura 18c). I margini delle foglie si calmeranno verso il basso e la crescita sarà limitata. Il potassio è un nutriente chiave per il corretto sviluppo di fiori e frutti. Una fornitura insufficiente di K comporterà la caduta dei fiori dalla pianta. Alte concentrazioni di K possono ridurre l'assorbimento di Ca da parte dell'impianto. K è un nutriente limitante in acquaponica e deve essere integrato per mantenere i livelli necessari per la crescita delle piante.
Calcium: Il calcio è un nutriente limitante nell'acquaponica. Le carenze appariranno sulla crescita di nuove piante, in quanto si tratta di un nutriente mobile. I segni sono piccole foglie deformate che possono presentare margini bruciati (bruciatura della punta) (Figura 18d). La marciatura del fiore finale sui frutti di pomodoro è un segno caratteristico di una carenza di Ca (Figura 18e). Anche se adeguato
Ca è presente, è limitato dall'entrare nella pianta in condizioni umide e ha rapporti antagonistici con il potassio (Somerville et al. 2014). Oltre a CaCO
3, il corallo schiacciato può essere utilizzato per mantenere i livelli di Ca e aumentare l'alcalinità nei sistemi aquaponici. L'uso del corallo schiacciato è aneddotico, ma è stato efficace in sistemi di piccole e medie dimensioni. L'utilizzo di una fonte igienizzata è fondamentale per non introdurre organismi estranei o malattie nel sistema
Iron: Il ferro è una delle carenze più facilmente riconoscibili. La carenza di Fe è caratterizzata da clorosi (ingiallimento) tra le vene della foglia (Figura 18f). Le vene stesse rimarranno verdi. Poiché Fe è un nutriente immobile, i sintomi appariranno su nuove foglie. I segni appaiono simili a una carenza di Mg ma sono facilmente differenziati, poiché i sintomi di Mg compaiono sulle foglie più vecchie (Mg è un nutriente mobile). Chelated Fe viene aggiunto al sistema per mantenere i livelli di Fe a 2 mg/L.
- 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. *