Source material

Глава 7 Сцепленные системы аквапоники

1. 7.1 Введение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   

   Рис. 7.1 Схема первой системы Naegel (1977) выращивания Tilapia и карпа обыкновенного в сочетании с салатом и помидорами в закрытой системе рециркуляции

   Сочетание выращивания рыбы и растений в сочетании аквапоники восходит к первому проекту Naegel (1977) в Германии, использующему систему весов для хобби 2000 л (рис. 7.1), расположенную в контролируемой среде теплицы. Эта система была разработана с целью проверки использования питательных веществ из рыбных сточных вод в полностью контролируемых условиях рециркуляции воды, предназначенных для производства растений, включая систему двойного ила (аэробная/анаэробная очистка сточных вод). Нэгель основывал свою концепцию на открытой водопроводной системе Сельскохозяйственной Экспериментальной Станции Южной Каролины в США, где избыток питательных веществ из прудов, снабженных ручным сомом (Ictalurus punctatus), был устранен гидропонным производством водных каштанов (Eleocharis dulcis) ( Лоякано и Гросвенор 1973). Включая нитрификационные и денитрификационные резервуары для увеличения концентрации нитратов внутри своей системы, Naegel (1977) предпринял попытку полного окисления всех азотных соединений, достигнув концентрации нитратов 1200 мг/л и продемонстрировав эффективность шага нитрификации. Хотя система накапливалась при низкой плотности (20 кг/мсуп3/сап каждый) с использованием тилапии (Tilapia mossambica) и карпа (Cyprinus carpio), томаты (Lycopersicon esculentum) и салат айсберг (Lactuca scariola) росли хорошо и производили урожай. Эти первые результаты исследований привели к концепции связанных аквапонных систем, в которых растения устраняют отходы, образующиеся рыбой, создавая достаточный рост, демонстрируя высокую эффективность водопользования в обоих блоках. Принцип спаренной аквапоники впервые был описан Хью Траном на Всемирной конференции по аквакультуре в 2015 году (Tran 2015).

   Спаренные аквапонные системы не обязательно используют механическую фильтрацию частиц в классическом смысле и поддерживают постоянный поток питательных веществ между аквакультурой и гидропонами. Основная задача заключается в том, как управлять фекальной нагрузкой в соединенной аквапонной системе, где растения поглощают питательные вещества, а отходы твердых частиц могут быть удалены из системы с помощью фильтровальных прессов или геотекстиля.

   Развитие современного сельского хозяйства, рост населения и сокращение ресурсов во всем мире способствовали развитию связанных аквапонных систем. Поскольку рыбоводство является значительно более эффективным в производстве белка и водопользовании по сравнению с другими выращиваемыми животными и поскольку закрытые системы в значительной степени независимы от участков, связанные аквапонные системы могут развиваться во всем мире (Graber and Junge 2009) в засушливых условиях (Kotzen and Appelbaum 2010); Appelbaum и Kotzen 2016) и даже в городских условиях (König et al. 2016). Большинство описанных систем относятся к отечественным, мелкомасштабным и полукоммерческим установкам (Palm et al. 2018), управляемым хобби аквариумистами, энтузиастами или более мелкими стартап-компаниями. Новые результаты исследований, кратко изложенные в настоящей главе, демонстрируют как потенциальные, так и сдерживающие факторы, связанные с дальнейшим развитием этих систем в коммерческую аквапонику, способную внести значительный вклад в будущее производство продуктов питания.

2. 7.2 Историческое развитие связанной аквапоники

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Большая часть оригинальных исследований по соединенным аквапонным системам осуществлялась в США, причем их присутствие в ЕС частично было инициировано COST Action FA1305, The EU Aquaponics Hub и другими европейскими исследовательскими центрами. В настоящее время полностью рециркулирующие системы аквапоники почти полностью доминируют в американской аквапонии, и, по оценкам, более 90% существующих аквапонических систем в США имеют полностью рециркуляционную конструкцию (Lennard, pers. comm.). Первое американское совместное исследование аквапоники было проведено в Иллинойсском центре рыболовства и аквакультуры (ранее Кооперативная исследовательская лаборатория рыбного хозяйства SIU) и на кафедре зоологии, сосредоточив внимание на соединенных аквапонных системах, снабженных сомом (Ictalurus punctatus) в сочетании с помидоры (Lycopersicon esculentum) (Льюис и др. 1978). Авторы отметили, что оптимальный рост растений возможен только в том случае, если в технологической воде имеются все необходимые макро- и микроэлементы, и поэтому в случае недостатка питательных веществ необходима добавка питательных веществ. Авторы также продемонстрировали дефицит растительного железа, сдерживающий рост растений, который может быть устранен с помощью железосодержащих добавок. Другие ранние исследования в США были посвящены анализу технологической функциональности и качества собранного сома и томатов (Lewis et al. 1978; Sutton and Lewis 1982). В лабораторных аквапонных системах изучались такие параметры, как ресурсная эффективность с точки зрения материалов, затрат, потребления воды и энергии, и изучалось использование других видов рыб, таких как Tilapia spp., на Виргинских островах США (UVI) (Watten and Busch 1984). Доктор Джеймс Ракочи в UVI разработал первую коммерческую соединенную аквапоническую систему, систему плотов, которая объединила производство Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) и салата (Lactuca sativa), а затем исследовал производство новых видов растений (Rakocy 1989, 2012; Rakocy et al. 2000, 2000, 2003, 2003, 2004, 2006, 2011). Эта среднемасштабная коммерческая установка использовала местный климат, в котором теплицы не требовались, и рыночные условия Виргинских островов для получения прибыли. Система аквапоники УВИ была впоследствии принята в различных странах с учетом соответствующих потребностей различных растений и адекватности технологии, например, в Канаде Савидовым (2005 год) и в Саудовской Аравии Al-Hafedh et al. (2008 год). Так обстоит дело и в Европе, где связанные аквапонные системы эволюционировали от оригинального дизайна UVI, например, вертикальная аквапоническая система в Исследовательской лаборатории Aquaponics, Гринвичский университет (Khandaker and Kotzen 2018). Несколько других исследовательских отделов исследовали технологическую целесообразность производства замкнутой или «соединенной» аквапоники с использованием различных видов рыб и растений, а также гидропонных подсистем для повышения урожайности и снижения различных параметров выбросов (Graber and Junge 2009). Например, в Ростокском университете (Германия) исследования были сосредоточены на устойчивости систем задних дворов (Palm et al. 2014a), сочетающих различные виды рыб, африканского сома (Clarias gariepinus) и нильской тилапии (Oreochromis niloticus), с различными растениями (Palm et al. 2014b, 2015). В 2015 году на территории кампуса Университета Ростока была построена современная экспериментальная полукоммерческая аквапонная система «FishGlassHouse» (Palm et al. 2016). Тем не менее, система была разработана, позволяющая как сопряженные, так и разъединенные операции. Другие заметные объекты были построены в Цюрихском университете прикладных наук (ZHAW) в Веденсвиле в Швейцарии (Graber and Junge 2009; Graber et al. 2014), как соединенные, так и отделенные исследовательские центры исландской компании Svinna-Verkfraedi Ltd. (Thorarinsdottir 2014; Thorarinsdottir и др. 2015), Аквапонная система холодной воды NIBIO Landvik в Гримстаде (Skar et al. 2015; Thorarinsdottir et al. 2015), коробка PAFF (растениеводство и рыбоводство Box), одноконтурная аквапонная система в Университете Gembloux Агро-Био в Льеже, в Жемблу, Бельгия (Delaide et al. 2017), 2017), комбинированная живая стена и вертикальное земледелие аквапоническая система в Гринвичском университете (Khandaker and Kotzen 2018), а также исследовательско-бытовая связанная аквапонная система (изменена с развязанной на связную в 2018 году, Моргенштерн и Дапприч 2018, pers. comm.) в Южно-Вестфалийском университете прикладных наук, I.Green Institute for Green Технологии и развитие сельских районов.

3. 7.3 Связанная аквапоника: общая конструкция системы

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Принцип совмещенной аквапоники объединяет три класса организмов: (1) водные организмы, (2) бактерии и (3) растения, которые извлекают пользу друг от друга в замкнутом рециркулируемом водоеме. Вода служит средой переноса питательных веществ, главным образом из растворенных рыбных отходов, которые превращаются в питательные вещества для роста растений бактериями. Эти бактерии (например, Nitrosomonas spec., Nitrobacter spec.) окисляют аммоний до нитрита и, наконец, нитрата. Поэтому необходимо, чтобы бактерии получали значительное количество аммония и нитрита, чтобы стабилизировать рост колонии и количество производства нитратов. Следовательно, в соединенной аквапонной системе объемы имеют решающее значение: i) аквакультура в соответствии с принципами рециркулирующих систем аквакультуры (РАС), ii) субстрат бактериального роста и iii) пространство для растений и количество растений, подлежащих культивированию. Вместе они образуют блок аквапоники (рис. 7.2).

   

   Рис. 7.2 Принцип сопряженной аквапонной системы с рыбой, бактериями и растениями в полностью закрытой рециркуляции воды

   Специфические биологически-химические компоненты технологической воды имеют особое значение для связанных аквапонных систем. С пищевыми или несъеденными частицами корма, органическими рыбными отходами и бактериями внутри технологической воды эмульсия питательных веществ в сочетании с ферментами и пищеварительными бактериями поддерживает рост рыб и растений. Имеются данные о том, что по сравнению с автономными системами, такими как аквакультура (рыба) и гидропоника (растения), рост водных организмов и сельскохозяйственных культур в сочетании аквапоники может быть аналогичным или даже более высоким. Rakocy (1989) описывает несколько более высокую урожайность тилапии (Tilapia nilotica, 46,8 кг) в сочетании аквапоники в отличие от самостоятельной рыбной культуры (41,6 кг) и незначительное увеличение урожайности салата Summer Bibb (385,1 кг) по сравнению с растительным гидропонным производством (380,1 кг). Knaus et al. (2018b) зафиксировали, что аквапоника увеличила рост биомассы O. basilicum, по-видимому, из-за увеличения генерации листьев растений (3550 листьев в аквапонике) по сравнению с обычной гидропоникой (2393 листьев). Delaide et al. (2016) показали, что аквапоническая и гидропонная обработка салата демонстрировала схожий рост растений, в то время как вес дополнительного аквапонного раствора с питательными веществами был лучше всего. Аналогичные замечания были сделаны Goddek and Vermeulen (2018). Lehmonen и Sireeni (2017) наблюдали увеличение веса корня, площади листьев и цвета листьев в салате Batavia (Lactuca sativa var. capitata) и салат айсберг (L. sativa) с аквапоники технологической водой из C. gariepinus в сочетании с дополнительными удобрениями. Некоторые растения, такие как салат (Lactuca sativa), огурцы (Cucumis sativus) или помидоры (Solanum lycopersicum), могут потреблять питательные вещества быстрее, в результате чего цветок раньше в аквапонике по сравнению с гидропоникой (Savidov 2005). Кроме того, Saha et al. (2016) сообщили о более высокой урожайности биомассы растений в O. basilicum в сочетании с раками Procambarus spp. и низком стартовом удобрении аквапонной системы.

   Базовая система сопряженной аквапоники состоит из одного или нескольких емкостей для рыбы, отсадочного блока или осветлителя, субстратов для роста бактерий или подходящих биофильтров и гидропонного блока для роста растений (рис. 7.3). Эти блоки соединены трубами, чтобы сформировать замкнутый водный цикл. Часто после механической фильтрации и биофильтра используется отстойник насоса (один насос или одна петлевая система), который, будучи самой глубокой точкой системы, перекачивает воду обратно в резервуары для рыбы, откуда она течет силой тяжести в гидропонный агрегат.

   

   Рис. 7.3 Базовая техническая система соединенной аквапонной системы с аквариумом, седиментером, биофильтром, гидропонным блоком и отстойником, в котором вода перекачивается или поднимается по воздуху обратно в резервуары для рыбы и течет по компонентам

   Спаренные аквапонные системы используются в различных масштабах. Принцип замкнутого цикла может быть использован в бытовых системах (мини/хобби/бэкворд-соединенных), демонстрационных единицах (например, соединенных жилыми стенами), коммерческих аквапоник и аквапоника (с почвой), варьирующихся от мелко/полукоммерческих до крупномасштабных (Palm et al. 2018). Одним из последних изменений в аквапонике стало частичное оплодотворение, которое зависит от толерантности видов рыб. Это, однако, может привести к кратковременному пику питательных веществ в системе, но может быть компенсировано удержанием питательных веществ растениями. При сочетании аквапоники необходимо обеспечить оптимальное соотношение площади производства (или объемов рыбы) аквакультуры с полученным спросом на корм, а также достаточное количество растений, подлежащих культивированию в гидропонной установке (в зоне производства растений). (Обсуждение роли эвапотранспирации и солнечной радиации в рамках систем см. в главах 8 и 11). Для гравийной аквапоники Rakocy (2012) в качестве первой попытки предложил «принципы соотношения компонентов» с объемом выращивания рыбы 1 мсуп3/суп объема аквариума до 2 мсуп3/суп гидропонной среды размером от 3 до 6 см гравия гороха. В конечном счете, количество рыбы определяет урожайность сельскохозяйственных культур в сочетании аквапоники. Кроме того, технические условия рыбоводческой установки должны быть адаптированы в соответствии с потребностями культивируемых водных видов.

4. 7.4 Группа аквакультуры

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Резервуары для выращивания рыбы (размер, количество и конструкция) подбираются в зависимости от масштабов производства и используемых видов рыб. Rakocy et al. (2006) использовали четыре больших рыбопромысловых резервуара для коммерческого производства O. niloticus в аквапонной системе UVI (США). При производстве всеядных или рыбоядных видов рыб, таких как C. gariepinus, необходимо использовать несколько резервуаров за счет сортировки классов размеров и шахматного производства (Palm et al. 2016). Резервуары для рыбы должны быть сконструированы таким образом, чтобы твердые вещества, оседающие на дне резервуаров, могли эффективно удаляться через стоки на дне. Это удаление твердых отходов является первым важным этапом очистки воды в сочетании аквапоники, как это имеет место в аквакультуре и развязанной аквапонике. Отходы образуются из нееденных кормов, рыбных фекалий, бактериальной биомассы и флокулянтов, образующихся при производстве аквакультуры, что повышает БПК и снижает качество воды и доступность кислорода как в аквакультуре, так и в гидропонных установках. В аквакультуре твердые отходы в значительной степени состоят из органического углерода, который используется гетеротрофными бактериями для получения энергии за счет потребления кислорода. Чем лучше удаление твердых отходов, тем лучше общие характеристики системы как для рыб, так и для растений, т.е. с оптимальными уровнями оксигенации и отсутствием накопления частиц в ризосфере, препятствующих поглощению питательных веществ, а также с круглыми или овальными резервуарами, доказавшими свою эффективность (Knaus et al. 2015).

   Производство рыбы в сочетании аквапоники в FishGlassHouse в Германии тестировалось в различных масштабах с целью определения экономической эффективности. Это было сделано эффективно как экстенсивное (макс. 50 кг, 35 рыбы мсуп-3/суп), так и интенсивное (макс. 200 кг, 140 рыбы мсуп-3/суп) производство африканского сома. Полуинтенсивное производство (макс. 100 кг, 70 мсуп-3/суп) не может быть рекомендовано из-за отрицательного баланса затрат и выгод. В полуинтенсивном режиме производства техническое обслуживание системы, трудовые ресурсы и кормовые ресурсы были столь же, как и в интенсивном производстве, но при этом сокращались объемы производства рыбы и растительной биомассы, и любые экономические выгоды в аквакультуре не окупились (Palm et al. 2017). Это обусловлено высокой биохимической потребностью в кислороде (БПК), высокой денитрификацией из-за снижения доступности кислорода, относительно высокими темпами обмена водой, преимущественно анаэробной минерализацией с выраженными осадками, низкими уровнями P и K, а также низкими значениями рН при гораздо меньшем объеме добычи рыбы по сравнению с с интенсивными условиями. В отличие от этого, широкое производство рыбы позволило повысить доступность кислорода при меньших темпах обмена водой и лучшей обеспеченности питательными веществами для роста растений. Таким образом, в вышеуказанных условиях рыбоводческая единица РАС для спаренной аквапоники функционирует либо в условиях экстенсивного, либо интенсивного рыбного производства, и следует избегать промежуточных условий.

   7.4.1 Фильтрация

   Осветлители, иногда называемые также седименторами или вихревыми сепараторами (см. также главу 3), являются наиболее часто используемыми устройствами для удаления твердых отходов в соединенной аквапонике (Rakocy et al. 2006; Nelson and Pade 2007; Danaher et al. Рис. 7.4) Более крупные твердые частицы должны быть удалены из системы во избежание аноксических зон, оказывающих денитрифицирующее воздействие, или развития HSub2/subs. Большинство осветлителей используют ламели или пластины для облегчения удаления твердых частиц. Конические днища поддерживают концентрацию осадка на дне во время эксплуатации и очистки, в то время как плоские днища требуют большого количества воды для смыва и удаления осадка. Во время работы твердые частицы опускаются на дно осветлителя, образуя шлам. В зависимости от подачи и времени удержания, этот шлам может накапливаться, образуя относительно толстые слои. Микробная активность внутри шламовых слоев постепенно сдвигается в сторону анаэробных условий, стимулируя микробную денитрификацию. Этот процесс сокращает количество нитратов, имеющихся в растениях, и его следует избегать, особенно если технологическая вода должна использоваться для производства гидропонных установок. Следовательно, денитрификация может быть контрпродуктивной в сочетании аквапоники.

   Плотность твердых отходов, удаляемых осветлителем, довольно низкая по сравнению с другими технологиями, техническое обслуживание занимает много времени, а очистка осветлителя пресной водой отвечает за основные потери воды всей системы. Необходимое количество воды зависит от ее общей конструкции, формы дна и доступности перегородок из ПВХ для промывки воды (рис. 7.4a, b). Увеличение плотности рыбного промысла требует большего количества воды (ежедневно в течение недели в интенсивных условиях) для поддержания оптимального качества воды для производства рыбы, что может привести к потере больших объемов технологической воды, а также к потере значительного количества питательных веществ, необходимых для растений рост. Кроме того, замена пресной водой вводит карбонаты кальция и магния, которые затем могут осаждаться фосфатами. Поэтому использование таких осветлителей с ручным управлением делает прогнозы по составу технологической воды относительно оптимального роста растений практически невозможным (Palm et al. 2019). Было бы эффективнее следовать примеру Нэгле (1977) разделения аэробного и анаэробного ила и газообразного азота с двойной системой ила.

   

   Рис. 7.4 Принцип аквапонной фильтрации с седиментером (a-b) и (c) дисковым фильтром (Pal-Aquakulur GmbH, Абтшаген, Германия) коммерческого африканского сома (Clarias gariepinus) РАН в Рыбном доме (Ростокский университет, Германия)

   Более эффективное удаление твердых отходов может быть достигнуто с помощью автоматических фильтров для барабанов или дискфильтров, которые обеспечивают механические барьеры, сдерживающие твердые вещества, которые затем удаляются путем промывки. Новые разработки направлены на сокращение использования промывочной воды с помощью технологий вакуумной очистки, позволяя концентрацию твердых веществ в осадке до 18% (Dr. Günther Scheibe, PAL-Aquakultur GmbH, Германия, личные коммуникации, рис. 7.4c). Такое эффективное удаление отходов положительно влияет на состав осадка, улучшая контроль сточной воды, чтобы лучше соответствовать требованиям садоводства. Другим вариантом является применение нескольких осветлителей (седименторов) или компонентов удаления осадка в ряд.

   Биофильтры являются еще одной важной частью RAS, поскольку они преобразуют аммиачный азот через микробное окисление в нитрат (нитрификацию). Несмотря на то, что корни растений и сама система обеспечивают поверхности для нитрифицирующих бактерий, способность контролировать качество воды ограничена. Системы, которые не имеют биофильтрации, ограничиваются мини-установками или установками для хобби с низким влагом. Как только биомасса рыбы и поступления кормов увеличиваются, требуются дополнительные мощности биофильтра для поддержания надлежащего качества воды для рыбной культуры и обеспечения достаточного количества нитратов для роста растений.

   Для бытовых и мелкомасштабных аквапоник в качестве эффективных биофильтров может быть достаточно растительных сред (например, гравий или керамовидная глина). Однако в связи с высоким потенциалом засорения и, следовательно, требованием регулярной ручной очистки и технического обслуживания эти методы не подходят для крупномасштабной коммерческой аквапоники (Palm et al. 2018). Кроме того, Knaus и Palm (2017a) показали, что использование простого биофильтра в байпасе уже увеличило возможный ежедневный вход корма в аквапонной системе с обратной связью примерно на 25%. Современные биофильтры, используемые в интенсивных РАС, эффективны в обеспечении достаточной нитрификационной мощности для рыбного и растительного производства. В связи с ростом инвестиционных затрат такие компоненты более применимы в средних и крупных коммерческих аквапонных системах.

   7.4.1.1 Гидропоника в связанной аквапонике

   В связанной аквапонике может использоваться широкий спектр гидропонных подсистем (см. также главу 4) в зависимости от масштабов эксплуатации (Palm et al. 2018). Если рабочая сила не оказывает существенного влияния на урожайность (или прибыль) и система не является слишком большой, то одновременно могут использоваться различные гидропонные подсистемы. Это распространено в бытовых и демонстрационных аквапониках, которые часто используют системы подложки (песок, гравий, перлит и т.д.) в приливах и проточных корытах, каналах DWC (глубоководной культуры или плотов) и даже часто самодельных каналах питательных пленок (NFT). Наиболее трудоемкими являются подложки сред (песок/гравий) в отливах и проточных впадинах, которые могут засорять из-за осаждения детрита и часто нуждаются в промывке (Rakocy et al. 2006). В связи с обработкой подложек размер этих систем, как правило, ограничен. С другой стороны, гидропонные подсистемы DWC требуют меньшего труда и менее подвержены техническому обслуживанию, что позволяет использовать их для более крупных посадочных площадей. По этой причине подсистемы DWC встречаются главным образом в бытовом и мелко/полукоммерческом системах, однако обычно не в крупномасштабных аквапонных системах. Что касается более крупного коммерческого аквапонического производства, то доля рабочей силы и технического обслуживания в системе DWC по-прежнему считается слишком высокой. Даже использование водных ресурсов и энергии для перекачки также неблагоприятно сказывается на крупномасштабных системах.

   Если замкнутые аквапонные системы предназначены для производства, ориентированного на прибыль, использование рабочей силы должно сокращаться, а площадь производства должна увеличиваться. Это возможно только путем оптимизации производства рыбы в сочетании с применением простых гидропонных подсистем. Технология биогенной пленки (NFT) в настоящее время может считаться наиболее эффективной гидропонной системой, сочетающей низкую рабочую силу с большими площадями выращивания растений и хорошее соотношение водных, энергетических и инвестиционных затрат. Однако не все аквапонные растения хорошо растут в системах NFT, поэтому необходимо найти правильный выбор растений для каждой гидропонной подсистемы, что, в свою очередь, коррелирует с запасом питательных веществ конкретных видов рыб, интегрированных в конструкцию конкретной гидропонной подсистемы. В случае связанной аквапоники иногда более высокая нагрузка частиц в воде может быть проблематичной из-за засорения капель, труб и клапанов в установках NFT. Таким образом, крупные аквапонные системы должны содержать профессиональное управление водой с эффективной механической фильтрацией, чтобы избежать блокировок рециркуляции. При обеспечении непрерывной подачи воды через трубы система NFT может использоваться во всех типах соединенных аквапонных систем, но наиболее рекомендуется для производства в мелко/полукоммерческих системах и крупномасштабных системах (Palm et al. 2018).

5. 7.5 Масштабирование связанных аквапонических систем

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Типичная соединенная аквапонная система варьируется от малых до средних и крупных систем (Palm et al. 2018). Расширение масштабов остается одной из будущих задач, поскольку для этого требуется тщательное тестирование возможных комбинаций рыб и растений. Оптимальные размеры агрегатов могут быть повторены для формирования многомодульных систем, независимо от масштаба производства. Согласно Palm et al. (2018), диапазон аквапонных систем был разделен на (1) мини, (2) хобби, (3) домашние и задворные, (4) мелко/полукоммерческие и (5) крупные (r) масштабные системы, как описано ниже:

   

   Рис. 7.5 Принцип внутренней связанной мини-аквапонной системы (\ 2 m<sup2/sup, после Palm et al. 2018) с аэрацией (a) и насосом (b), гидропоника (c) действуют как биофильтр

   Мини-установки (рис. 7.5) обычно состоят из небольшого резервуара для рыб, такого как аквариум или аквариум, на котором растения растут на поверхности или внутри небольшого гидропонного слоя. Обычно используются обычные аквариумные фильтры, аэрация и насосы. Мини-системы обычно имеют размер 2 msup2/sup или меньше (Palm et al. 2018). Эти небольшие аквапонные системы могут быть использованы в домашних условиях с небольшим количеством растений для домашнего потребления и посажены с такими растениями, как помидоры, травы или декоративные растения. Такие системы добавляют новые ценности в жизненное пространство человека, добавляя «природу» обратно в семейную жизнь, которая особенно популярна в больших городах. Некоторые мини-системы состоят только из растительной вазы и одной или нескольких рыб без фильтра и насоса. Однако эти системы работают лишь в краткосрочной перспективе, поскольку отсутствует регулируемая фильтрация.

   

   Рис. 7.6 Принцип совмещенной домашней аквапонной системы хобби (2—10 мсуп2/суп после Palm et al. 2018) с (а) аквариумом и аэрацией, (б) седиментором или осветлителем, измененным после Нельсона и Паде (2007), (c) слой гидропоники, например, гравий с различными культурами, который действует как биофильтр и (d) насос

   Хобби аквапоники классифицируются для достижения максимального размера 10 мсуп2/суп (Palm et al. 2018). При более высокой плотности залова рыбы, большем количестве кормов и аэрации требуется механическая установка осаждения (седиментер/осветлитель) (рис. 7.6). Седиментор удаляет из системы твердые частицы — «шлаки», такие как фекалии и несъеденные корма без использования энергии. Вода течет силой тяжести из аквариума в седиментор, а затем через гидропонные резервуары, а затем опускается в отстойник, откуда насос или воздушный подъемник перекачивает воду обратно в резервуары для рыбы. В установках для хобби, растительные клумбы действуют как естественный микробный фильтр и часто используются подложки слоя, такие как песок, мелкий гравий или перлит. Хобби аквапонные системы больше относятся к категории трюков, которые не нацелены на производство продуктов питания. Они скорее пользуются функциональностью интегрированной системы. Хобби системы, как следует из названия, обычно устанавливаются любителями, которые заинтересованы в выращивании различных водных организмов и растений для собственного использования и для «развлечения».

   Домашняя аквапоника имеет целью внешнее домашнее использование производства рыбы и растений, характеризующихся как имеющие максимальную производственную площадь 50 мсуп2/суп (Palm et al. 2018). Эти системы построены энтузиастами. Конструкция технически дифференцирована за счет более высокой добычи рыбы, дополнительной аэрации и более высокой подачи корма. Принцип связанной аквапоники применяется с использованием одного одного насоса, который рециркулируетs вода из отстойника (нижняя точка) в более высокие резервуары для рыб, а затем с помощью гравитации через седиментер и биофильтр (с аэрацией и субстратами бактерий) в гидропонные агрегаты (рис. 7.7).

   

   Рис. 7.7 Принцип соединенной внутренней аквапонной системы, 10—50 мсуп2/суп (от Palm et al. 2018) с (a) аквариумом и аэрацией, (b) седиментором или осветлителем, измененным после Нельсона и Паде (2007), (c) биофильтр с субстратами и аэрацией, (d) гидропонный агрегат, который может состоять из комбинированного плота или каналы DWC, e) система подложки гравия или песка, f) технология NFT-каналов питательной пленки и g) отстойник с одним насосом

   Для биофильтрации можно также использовать обычные фильтры для постели, как описано в Palm et al. (2014a, b, 2015). В аквапонике задних дворов гидропоника может состоять отдельно или вместе из плотов или DWC (глубоководной культуры) корытаs, подсистем подложки, таких как грубовая/песчаные отливы и проточные ящики или каналы технологии питательной пленки (NFT). В северном полушарии, на внешних установках, производство ограничивается весенним, летним и ранним осенним периодами из-за погодных условий. При таком масштабе эксплуатации рыба и растения могут быть произведены для частного потребления (и производство может быть расширено за счет мелкого тепличного производства), но также возможны прямые продажи в небольших количествах.

   Small и semi-commercial масштабные аквапонные системы характеризуются наличием до 100 мсуп2/суп (Palm et al. 2018) с производством, ориентированным на розничный рынок. Эти системы характеризуют большее количество резервуаров, часто с более высокой плотностью хранения, дополнительные фильтры и системы очистки воды, а также большую гидропонную зону с более разнообразными конструкциями.

   Крупные (r) масштабные коммерческие операции, превышающие 100 мсуп2/суп (Palm et al. 2018) и достигающие многих тысяч квадратных метров, достигают самой высокой сложности и требуют тщательного планирования систем подачи и очистки воды (рис. 7.8). К общим компонентам относятся несколько емкостей для рыб, сконструированных как системы интенсивной рециркуляции аквакультуры (РАС), точка переноса воды или отстойник, обеспечивающий обмен водой между рыбой и растениями, а также коммерческие предприятия по производству растений (аквапоника s.s./s.l.). Поскольку рыбное производство предназначено для интенсивной плотности выпаса, такие компоненты, как дополнительная фильтрация с помощью барабанных фильтров, подача кислорода, обработка ультрафиолетового света для микробного контроля, автоматическая контролируемая подача и компьютеризация, включая автоматический контроль качества воды, классифицируют эти системы.

   Эти системы имеют многомодульную конструкцию, способную масштабировать при полностью закрытой рециркуляции воды, что также позволяет производить поэтапное производство, параллельное культивирование различных растений, требующих различных гидропонных подсистем, и лучше контролировать различные установки в случае вспышки болезни и растений борьба с вредителями.

6. 7.6 Аквапоника соленная/солоноватая вода

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Относительно новой областью исследований является оценка различных засоленностей технологической воды для роста растений. Поскольку пресная вода во всем мире постоянно растет спрос и по высоким ценам, определенное внимание уделяется использованию соленных/солоноватых водных ресурсов в сельском хозяйстве, аквакультуре, а также аквапонике. Использование солоноватой воды имеет важное значение, поскольку многие страны, такие как Израиль, имеют подземные солоноватые водные ресурсы, а более половины подземных вод в мире являются солеными. В то время как объем подземных соленых вод оценивается лишь в 0,93% от общего объема мировых водных ресурсов и составляет 12 870 000 кмсуп/суп, это больше, чем подземные запасы пресной воды (10 530 000 кмсуп/суп), которые составляют 30,1% всех запасов пресной воды (ЮСГС).

   

   Рис. 7.8 Схема (надзор) крупномасштабного модуля аквапоники, принятого после использования FishGlassHouse в Университете Ростока (Германия) (1000 мсуп2/суп общая площадь производства, Palm et al. 2018) с (a) независимым блоком аквакультуры, (b) системой переноса воды и (c) независимым гидропонным блоком; F1-F9 рыба резервуары, S) седиментер, P-I насос один (насос биофильтра), P-II насос два (насос рециркуляции аквакультуры), T) просачивающий фильтр, Su) картер. В середине, система перекачки питательной воды с Wt-I) резервуар для перекачки воды от аквакультуры, P-III) насос три, который перекачивает богатую питательными веществами воду из аквакультуры в C) гидропоника справа с Nu) резервуар питательных веществ и независимая гидропонная система рециркуляции и посадочные столы (или NFT) ; P-IV) насос четыре, который перекачивает питательную низкую воду из гидропонной установки обратно в резервуар для перекачки воды WT-II и в аквакультуру для сопряженных (или развязанных, если не используется) аквапоник

   Первое опубликованное исследование использования солоноватой воды в аквапонике было проведено в 2008—2009 годах в пустыне Негев Израиля (Kotzen and Appelbaum 2010). Исследованы возможности аквапоники солоноватоватой воды, которые могут использовать оценочные 200—300 млрд. мсуп3/суп, расположенные в регионе на глубине 550—1000 метров под землей. Это и дополнительные исследования использовали до 4708—6800 мкСм/см (4000—8000 мкСм/см = умеренно физиологически растворенно, Котцен и Аппельбаум 2010; Аппельбаум и Котцен 2016) в соединенных аквапонных системах с Tilapia sp. (красный штамм Nile tilapia Oreochromis niloticus x blue Tilapia O. aureus гибридов), в сочетании с глубоководной культурой плавучих плотов и гравийных систем. Эти системы были зеркалированы с системами питьевой воды в качестве контроля. Был произведен широкий ассортимент трав и овощей, что дало очень хорошие и сравнительные результаты как в солоноватых, так и пресноводных системах. В обеих системах здоровье и рост рыб были такими же хорошими, как рост растений лука-порея (Allium ampeloprasum), сельдерея (Apium graveolens) (Рис. 7.9), кольраби (Brassica oleracea v. gongylodes), капуста (Lactuca oleractuca) sativa), цветная капуста (Brassica oleracea v. botrytis), швейцарская мансарда (Beta vulgaris vulgaris), зеленый лук (Allium fistulosum), базилик (Ocimum basilicum) и водный кресс (_Nasturtium лекарственный) (Kotzen и Appelbaum 2010; Appelbaum и Kotzen 2016).

   

   Рис. 7.9 Зрелое растение сельдерея, выращенное в солоноватой воде

   «Отчет о миссии» van der Heijden et al. (2014) об интеграции сельского хозяйства и аквакультуры с солоноватой водой в Египте свидетельствует о том, что красный Tilapia (вероятно, красный штаммы Oreochromis mossambicus_) имеет высокий потенциал в сочетании с овощами, такими как горох, помидоры и чеснок, которые могут выдерживать низко умеренная соленость. Растения, которые, как известно, имеют соленую толерантность, включают семейство капусты (Brassica oleracea_), брокколи (Brassica oleracea italica), капусту (Brassica oleracea var. sabellica), бета семья, такие как Beta vulgaris (свекла), вечный шпинат (Бета-вульгарный подп. Vulgaris), и болгарский перец (Capsicum annuum) и помидоры (Solanum lycopersicum). Очевидным кандидатом растений для аквапоники солоноватой воды является болотный самфир (Salicornia europaea) и потенциально другие «пряди овощи», такие как морская капуста (Crambe maritima), морская астра (Tripolium pannonicum) и морской пурслан (Atriplex portulacoides).). Gunning (2016) отметил, что в самых засушливых регионах слова выращивание галофитов в качестве альтернативы традиционным культурам набирает значительную популярность, а Salicornia europea становится все более популярным в меню ресторанов и прилавок рыболовов и магазинов здорового питания по всему миру страны. Аналогично этому происходит в Великобритании и ЕС, где большая часть продукции экспортируется из Израиля, а теперь и из Египта. Отличительным преимуществом выращивания болотного самфира является то, что это урожай «вырезать и снова», что означает, что его можно собирать с интервалом около 1 месяца. В своей природной среде вдоль солевых лиманов Salicornia europaea растет вдоль солевого градиента от солевого раствора до солоноватого (Davy et al. 2001). В испытаниях Gunning (2016) растения выращивались из семян, в то время как Котцен выращивал пробные растения из срезанных стеблей, купленных в магазине рыбы супермаркета. Дальнейшие исследования в солевых условиях были проведены компанией Nozzi et al. (2016), которая изучала эффекты динофлагеллата (Amyloodinum ocellatum) инфекции у морского окуня (Dicentrarchus labrax) при различных уровнях солености. Пантанелла (2012) изучала рост галофитовой соды Salsola (соленая капуста) в сочетании с флятеголовой серой кефалой (Mugil cephalus) в морских условиях повышения содержания соли на экспериментальной ферме Университета Туши (Италия). Морские водные ресурсы также успешно используются в сочетании аквапоники с производством европейского морского окуня (Dicentrarchus labrax) и солеустойчивых растений (галофитов), таких как Salicornia dolichostachya, Plantago coronopus и Tripolium pannonicum в морской рециркулирующей аквакультуре (Waller et al. 2015).

7. 7.7 Выбор рыбы и растений

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   7.7.1 Производство рыбы

   В более крупных коммерческих аквапоники рыбное и растительное производство необходимо удовлетворять рыночным требованиям. Производство рыбы позволяет вариацию видов в зависимости от структуры соответствующей системы и местных рынков. Выбор рыбы также зависит от ее воздействия на систему. Можно избежать проблемного связанного аквапоники производства рыбы из-за недостаточных концентраций питательных веществ, негативно влияющих на здоровье рыб. Если соединенные аквапонные системы имеют сбалансированное соотношение между рыбой и растениями, токсичные питательные вещества будут поглощаться растениями, которые очищают воду. Поскольку принятие токсичных веществ зависит от видов, выбор видов рыб оказывает решающее влияние на экономический успех. Поэтому важно найти правильное сочетание и соотношение между рыбой и растениями, особенно тех видов рыб, которые менее загрязняют воду, и растений с высокой способностью удерживать питательные вещества.

   Преимущества использования определенного семейства рыб в соединенных аквапонных системах четко не понимаются с точки зрения их конкретных потребностей с точки зрения качества воды и приемлемой нагрузки питательных веществ. Негель (1977) обнаружил, что при использовании Tilapia (Tilapia mossambica) и карпа обыкновенного (Cyprinus carpio) не оказывалось заметного негативного влияния на рост рыб и рыб. Канальный сом (Ictalurus punctatus) также использовался Льюис и др. (1978) и Саттон и Льюис (1982) в США. Показано, что качество воды аквапоники легко отвечает требованиям различных видов рыб, особенно за счет использования таких видов рыб, как синяя Tilapia (Oreochromis aureus, ранее Sarotherodon aurea) в Watten and Busch (1984); Nile tilapia (Oreochromis) niloticus), который часто использовался в исследованиях различных видов растений в качестве модельного вида рыб (Rakocy 1989; Rakocy et al. 2003, 2004; Al-Hafedh et al. 2008; Rakocy 2012; Villarroel et al. 2011; Simeonidou et al. 2012; Palm et al. 2014a, 2014b; Diem et al.; а также Тилапиа гибриды - красный штамм (_ Oreochromis niloticus_ x синяя тилапия O. aureus гибриды), исследованные в засушливых пустынных средах (Kotzen and Appelbaum 2010; Appelbaum и Kotzen 2016).

   Отмечается расширение видов рыб, используемых в аквапонике, по крайней мере в Европе, в основе которых лежит использование местных видов рыб, а также тех видов, которые пользуются более высоким признанием со стороны потребителей. Это касается африканского сома (Clarias gariepinus), который успешно выращивался в сочетании аквапоники Palm et al. (2014b), Knaus and Palm (2017a) и Baßmann et al. (2017) на севере Германии. Преимуществом C. gariepinus является более высокая степень принятия неблагоприятных параметров воды, таких как аммоний и нитрат, а также отсутствие необходимости в дополнительном снабжении кислородом из-за их специальной физиологии дыхания воздуха. Хорошие темпы роста C. gariepinus при связанных аквапонных условиях были далее описаны в Италии Pantanella (2012) и в Малайзии Endut et al. (2009). Можно ожидать расширения производства африканского сома в сочетании с аквапоникой, что объясняется отсутствием проблем в области производства и управления, высоким качеством продукции и растущим рыночным спросом во многих частях мира.

   В Европе другие виды рыб с высоким рыночным потенциалом и экономической ценностью в последнее время стали объектом пристального внимания в аквапонии, с особым упором на рыбоядные виды, такие как европейский судак (Sander lucioperca). Производство судака — рыбы, которая относительно чувствительна к водным параметрам, — было опробовано в Румынии в сочетании аквапоники. Blidariu et al. (2013a, b) показали значительно более высокий уровень Psub2/Sub5/sub (пентоксид фосфора) и нитратов в салате (Lactuca sativ) с использованием судака по сравнению с обычным производством, что позволяет предположить, что производство судака в связанной аквапонике возможно без негативного воздействия на рыбу рост по токсичности питательных веществ. Cyprinidae (Cypriniformes), такие как карп, широко используются в сочетании аквапоники и, как правило, демонстрируют лучший рост при снижении плотности выпаса и минимальном расходе воды в аквапонных процессах (эффективное использование воды) во время экспериментов в Индия. Оптимальная плотность запаса кои (Cyprinus carpio var. koi) составляла 1,4 кг/м (Hussain et al. 2014), а наилучший прирост веса и урожайность Beta vulgaris var. Найдено бенгаленси (шпинат) с расходом воды 1,5 л/мин (Hussain et al. 2015). Хороший рост рыбы и выход растений водного шпината (Ipomoea aquatica) с максимальным процентом удаления питательных веществ (NOSub3/subn, PoSub4/subp и K) был отмечен при минимальном расходе воды 0,8 л/мин с поликультивированным карпом кои (Cyprinus carpio var. koi) и золотой рыбой (Carassius auratus) Si et сол. (2016). Интересно отметить, что рост растений и удаление питательных веществ при производстве кои (Cyprinus carpio var. koi) и золотых рыб (Carassius auratus) (Hussain et al. 2014, 2015) с Beta vulgaris var. bengalensis (шпинат) и водный шпинат (Ipomoea aquatica) увеличиваются линейно с уменьшением потока технологической воды от 0,8 л/мин до 1,5 л/мин. Эти результаты свидетельствуют о том, что для культуры ципринидов рекомендуется снизить расход воды, поскольку это не оказывает негативного воздействия на рост рыб. В отличие от этого, Shete et al. (2016) описали более высокий расход 500 л hsup-1/sup (прибл. 8 л/мин) для производства карпа и мяты (Mentha arvensis), что указывает на необходимость разного расхода воды для различных видов растений. Еще один ципринид, линь (Tinca tinca), был успешно протестирован компанией Lobillo et al. (2014) в Испании и показал высокие показатели выживаемости рыб (99,32%) при низкой плотности запасов 0,68 кг msup-3/sup без устройств удаления твердых веществ и хороших показателей выживаемости салата (98%). В целом, члены семьи Cyprinidae вносят большой вклад в производство аквакультуры во всем мире (FAO 2017); скорее всего, это будет справедливо и в условиях аквапоники и продуктивности, но экономическая ситуация должна проверяться отдельно для каждой страны.

   Другие водные организмы, такие как креветки и раки, были введены в смешанное производство аквапоники. Mariscal-Lagarda et al. (2012) исследовали влияние технологической воды белых креветок (Litopenaeus vannamei) на рост томатов (Lycopersicon esculentum) и обнаружили хорошие урожаи в аквапонике с двукратным эффектом экономии воды при интегрированном производстве. Другое исследование сравнивало комбинированное полуинтенсивное производство пресноводных креветок (Macrobrachium rosenbergii_ — малайзийские креветки) с базиликом (Ocimum basilicum) с традиционным гидропонным выращиванием растений с питательным раствором (Ronzón-Ortega et al. 2012). Однако производство базилика в аквапонике изначально было менее эффективным (выживание 25%), но с увеличением биомассы креветок биомасса растений также увеличилась, так что авторы пришли к положительному выводу с производством базилика с M. rosenbergii. Sace and Fitzsimmons (2013) сообщили об улучшении роста растений в салате (Lactuca sativa), китайской капусте (Brassica rapa pekinensis) и пакчой (Brassica rapa) с M. rosenbergii в поликультуре с Nile Tilapia (O. niloticus).). Выращивание креветками стабилизировало систему по химико-физическим показателям, что, в свою очередь, улучшило рост растений, хотя из-за повышения рН, дефицит питательных веществ наблюдался в китайской капусте и салате. В целом эти исследования показывают, что производство креветок в аквапонных условиях возможно и даже может оказывать стабилизирующее воздействие на замкнутый контур — или связанный аквапонный принцип.

   7.7.2 Производство растений

   Выращивание многих видов растений, трав, плодовых культур и листовых овощей описано в сочетании аквапоники. Во многих случаях содержание питательных веществ в технологической воде аквапоники было достаточным для хорошего роста растений. В обзоре Thorarinsdottir et al. (2015) обобщена информация о производстве растений в условиях аквапонии из различных источников. Салат (Lactuca sativa) был основным выращиваемым растением в аквапонике и часто использовался в различных вариациях, таких как салат с хрустящей головкой (айсберг), салат с бабочкой (нагрудник в США), салат ромен и листья салата с сыпучими листьями под нижнюю ночь (3—12 ˚C) и более высокие дневные температуры (17—28 ˚C) (Somerville et al. 2014). Многие эксперименты проводились с салатом в аквапонике (например, Rakocy 1989) или в качестве сравнения роста салата между аквапоникой, гидропоникой и дополненной аквапоникой (Delaide et al. 2016). Ромейнский салат (Lactuca sativa longifolia cv. Иерихон) был также исследован Seawright et al. (1998) с хорошими результатами роста, аналогичными автономной гидропонике, и увеличением накопления K, Mg, Mn, P, Na и Zn с увеличением биомассы рыб Нила Tilapia (Oreochromis niloticus). Концентрации Fe и Cu не затронуты. Выход салата был незначительным при различной плотности залова рыбы (151 г, 377 г, 902 г, 1804 г) и растительной биомассы от 3040 г (151 г рыбы) до 3780 г (902 г рыбы). Салат также выращивали, например, Леннардом и Леонардом (2006) с Мюррейской треской (Maccullochella peelii peelii), и Лореной и др. (2008) с осетровым «bester» (гибрид самки Huso huso huso и Acipenser ruthenus самца) и Pantanella (2012) с Нила (2012) с тилапией (Nile tanella (nilapia. oticus). В качестве культуры с теплой водой базилик (Ocimum basilicum) был отмечен в качестве хорошей травы для возделывания в сочетании аквапоники, и 81% респондентов сообщили в качестве наиболее посевной культуры в результатах международного исследования (Love et al. 2015). Rakocy et al. (2003) исследовали базилик с сопоставимыми урожаями при серийном и поэтапном производстве (2,0; 1,8 кг/мсуп2/суп) в отличие от полевых возделываний при сравнительно низкой урожайности (0,6 кг/мсуп2/суп). Somerville et al. (2014) описывали базилик как один из самых популярных трав для аквапоники, особенно в крупномасштабных системах из-за его относительно быстрого роста и хорошей экономической ценности. Различные сорта базилика могут выращиваться при более высоких температурах от 20 до 25 ˚C в средах, гидропонных системах NFT (технология питательной пленки) и DWC (глубоководная культура). Базилик, выращенный в гравийных средах, может достигать в 2,5 раза более высокой урожайности в сочетании с тилапией птенцов (O. niloticus, 0,30 г) в отличие от C. gariepinus (0,12 г) (Knaus and Palm 2017a).

   Томаты (Lycopersicon esculentum) были описаны в Somerville et al. (2014) как «отличные летние плодовые растительные» в аквапонике и могут справляться с полным воздействием солнца и температурой ниже 40 ˚C в зависимости от типа томата. Однако экономическая устойчивость в сочетании аквапоники оспаривается в связи с снижением конкурентоспособности производства томатов аквапоники по сравнению с высокотехнологичным традиционным гидропонным производством в теплицах, например, в нидерландском центре улучшения DLV GreenQ в Блейсвийке с урожайностью томатов 100,6 кг msup-2/sup (Hortidaily 2015) или даже выше (Heuvelink 2018). Ранее исследования были сосредоточены на выращивании этого растения в основном по сравнению с полевым производством. Lewis et al. (1978) сообщили о почти удвоении урожая томатов в аквапонике по сравнению с полевым производством, а дефицит железа, который был устранен с помощью этилендиамина тетра-уксусной кислоты. Томаты также производились в различных аквапонных системах за последние десятилетия: Саттон и Льюис (1982) с хорошей урожайностью растений при температуре воды до 28 ˚C в сочетании с сомом канала (Ictalurus punctatus), Ваттен и Буш (1984) в сочетании с тилапией (Sarotherodon aurea) и расчетным общий товарный урожай томатных плодов составил 9,6 кг/мсуп2/суп, примерно 20% от зарегистрированного урожая для развязанной аквапоники (47 кг/мсуп2/суп/год, Geelen 2016). McMurtry et al. (1993) комбинированная гибридная тилапия (Oreochromis mossambicus x Oreochromis niloticus) с томатами в ассоциированных песчаных биофильтрах, которая показала оптимальную «урожайность растений и высокая общая урожайность растений» 1:1 ,5 (слой песчаного фильтра) и McMurtry et al. выход при увеличении соотношения биофильтра/резервуар. Необходимо отметить, что производство томатов возможно при сочетании аквапоники. Следуя принципу безпочвенного выращивания растений в аквапонике sensu stricto после Palm et al. (2018), целесообразно частично оплодотворить определенные питательные вещества, такие как фосфор, калий или магний, для увеличения урожайности (см. проблемы ниже).

   Также возможно культивирование новых видов растений, и постоянно поступают сообщения об испытании новых культур. В Великобритании Kotzen и Khandaker испытали экзотические азиатские овощи, с особым успехом с горькой тыквой, иначе известной как керала или горькая дыня (Momordica charantia) (Kotzen pers. comm.). Таро (Colocasia esculenta) является еще одним видом, который легко выращивается с успехом как для его больших «слонов уха», как листья, так и его корни (Kotzen pers. comm.). Somerville et al. (2014) отметили, что такие культуры, как цветная капуста, баклажаны, перец, фасоль, горох, капуста, брокколи, швейцарский чард и петрушка, могут культивироваться под аквапонией. Но есть много других (например, сельдерей, брокколи, кольраби, чили и т.д.), включая растения, которые предпочитают иметь влажные корневые состояния, включая водный шпинат (Ipomoea aquatica) и мяту (Menta sp.), а также некоторые галофитные растения, такие как болотный самфир (Salicornia europaeuropaeaeaeaea).).

   Декоративные растения могут также выращиваться отдельно или совместно с другими культурами (межпосевной), например Hedera helix (обыкновенный плющ), выращенный в Университете Ростока компанией Palm & Knaus в соединенной аквапонной системе. В ходе испытаний было использовано на 50% меньше питательных веществ, которые обычно поставлялись бы растениям при нормальных условиях питомника с коэффициентом успешности 94,3% (рис. 7.10).

   

   Рис. 7.10 Три категории качества плюща (Hedera helix), выращенного в соединенной аквапонной системе, указывающей на качество, которое требуется для торговли питомниками: a) очень хорошее и прямо продаваемое, b) хорошее и товарное и c) недостаточно высокое качество

   Помимо выбранного завода и варианта, существуют два основных препятствия, которые касаются производства аквапоники при двух предложенных состояниях рыбного производства, экстенсивного и интенсивного. В широких условиях наличие питательных веществ внутри технологической воды значительно ниже, чем при промышленном производстве растений, питательные вещества, такие как K, P и Fe, являются недостаточными, а проводимость составляет от 1000 до 1500 мкС/см, что значительно меньше, чем при регулярном гидропонном производстве коммерческих растения регулярно от 3000 до 4000 мкс/см. Растения с дефицитом некоторых питательных веществ могут иметь признаки листовых некрозов и меньше хлорофилла по сравнению с оптимально удобренными растениями. Следовательно, селективное добавление некоторых питательных веществ повышает качество растений, необходимое для производства конкурентоспособной продукции.

   В заключение следует отметить, что коммерческое растениеводство спаренной аквапоники в условиях интенсивного рыбного производства затруднено конкурировать с регулярным производством растений и коммерческой гидропоникой в крупных масштабах. Неоптимальный и согласно Palm et al. (2019) непредсказуемый состав питательных веществ, вызванный процессом производства рыбы, должен конкурировать с оптимальными питательными условиями в гидропонных системах. Нет сомнений в том, что необходимо разработать решения, обеспечивающие оптимальный рост растений и в то же время качество воды, необходимое для рыбы.

   7.7.3 Варианты сочетания рыбы и растений

   Сочетание рыбы и растений в закрытой аквапонике может обеспечить лучший рост растений (Knaus et al. 2018b) в сочетании с выгодами для благосостояния рыб (Baßmann et al. 2017). Внутри технологической воды могут возникать большие вариации микроэлементов и макроэлементов, что негативно влияет на потребности растений в питании (Palm et al. 2019). Общий анализ связанных аквапонных систем показал, что в системах наблюдается низкий уровень питательных веществ (Bittsanszky et al. 2016) по сравнению с гидропонными питательными растворами (Edaroyati et al. 2017). Растения не переносят недостаточный или избыточный запас питательных веществ, не влияя на рост и качество, и ежедневная подача корма аквапонной системы должна корректироваться с учетом потребностей растений в питательных веществах. Это может быть достигнуто путем регулирования плотности залова рыбы, а также изменения корма для рыбы. Somerville et al. (2014) классифицировали растения в аквапонике в соответствии с их потребностями в питательных веществах следующим образом:

   1. Растения с низкой потребностью в питательных веществах (например, базилик, Ocimum basilicum)

   2. Растения со средними питательными потребностями (например, цветная капуста, Brassica oleracea var. Ботритис)

   3. Растения с высокой потребностью в питательных веществах, такие как плодоносные виды (например, клубника, Fragaria spec.).

   Не все растения можно культивировать во всех гидропонных подсистемах с одинаковой урожайностью. Выбор растения зависит от гидропонной подсистемы, если используются обычные безпочвенные аквапонные системы (например, DWC, NFT, отливы и поток; аквапоника sensu stricto' — s. — в узком смысле). При ведении аквапоники («аквапоника sensu lato» — s.l. — в более широком смысле, Palm et al. 2018), использование инертной почвы или с добавлением удобрений применяет садоводческие методы из садоводства, увеличивая возможный диапазон видов.

   В гидропонных условиях компонентные структуры подсистем оказывают решающее влияние на параметры роста растений. Согласно Love et al. (2015), большинство производителей аквапоники использовали системы плотов и сред, а также меньшее количество NFT и вертикальных башен. Леннард и Леонард (2006) изучили рост салата из зеленого дуба (Lactuca sativa) и зафиксировали связь Гравийный слой\ > Плавающий плот\ > NFT с точки зрения развития биомассы и урожайности в сочетании с Murray Cod (Maccullochella peelii peeliii) в Австралии. Knaus & Palm (2016—2017 гг., неопубликованные данные) испытали различные гидропонные подсистемы, такие как NFT, плавучий плот и гравийный субстрат, на рост различных растений в FishGlassHouse в развязанной аквапонной экспериментальной конструкции, требующей последующих испытаний в сопряженных условиях. С увеличением плотности производства африканского сома (C. gariepinus, прибл. 20—168 кг/мсуп3/суп) большинство культур, таких как огурцы (Cucumis sativus), базилик (Ocimum basilicum) и пак чой (Brassica rapa chinensis), как правило, росли лучше, в отличие от Леннарда. и Леонард (2006), в гравии и аквапоника NFT (Гравий\ > NFT\ > RAFT; Wermter 2016; Pribbernow 2016; Lorenzen 2017) и марокканская мята 'Spearmint' (Mentha spicata) показали противоположные показатели роста (RAFT = NFT\ > Гравий) с наибольшим количеством листьев в NFT (Zimmermann 2017). Это демонстрирует преимущество гравия и может быть использовано в переносном виде также в обычных растительных горшках с почвенным субстратом в условиях аквапонии. Этот вид аквапоники был назван «садоводство — аквапоника _ (s.l.) _» в связи с использованием субстратов из садоводческого сектора (почва, кокосовое волокно, торф и т.д.) (см. Palm et al. 2018). Это включает в себя все методы выращивания растений, которые позволяют растениям расти в горшках, в результате чего субстрат в самом горшке может считаться эквивалентным классическому гравийному субстрату для аквапоники. Исследование Knaus & Palm (неопубликованные данные) показало дисперсию в качестве широко выращенных овощей и, следовательно, их пригодность для выращивания в данном типе аквапоники с почвой (рис. 7.11, таблица 7.1). В этом типе аквапоники, фасоль, салат из ягнят и редис сделали хорошо.

   

   Рис. 7.11 Эксперименты с различными часто выращенными овощами, в зимних условиях в зимних условиях 2016/2017 в FishGlassHouse (Университет Ростока, Германия)

   ** Таблица 7.1** Рекомендация по использованию садоводческих растений в аквапонном земледелии с использованием 50% обычных удобрений в горшках с почвой

   стол тхед tr class="заголовок» Та имя/т Тлат. Имя/Чт Возможно для аквапоник/г THMark/th Режим питательных веществ/т /tr /thead tbody tr class="нечетный» TDbeans/TD td iPhaseolus вульгарные/i /td TDYes/TD td1/td TDexTensive/TD /tr tr class="даже» TDpase/TD td iPisum сативум/i /td TDNO/TD тд2/тд TDИнтенсивность/TD /tr tr class="нечетный» TDBeet/TD td Ибета вульгар/я /td TDNO/TD тд2/тд TDBoth/TD /tr tr class="даже» TDTomatoes/TD td Ликоперсикум/i /td TDNO/TD td2.3/td TDBoth/TD /tr tr class="нечетный» Салат-латук TDlamb/td td Ивалерианелла лозуста/я /td TDYes/TD td1/td TDBoth/TD /tr tr class="даже» Тдрадиш/ТД td IraPhanus сативус/i /td TDYes/TD td1/td TDBoth/TD /tr tr class="нечетный» TDWheat/TD td iTriticum aestivum/i /td TDNO/TD тд2/тд TDBoth/TD /tr tr class="даже» TDСалатце/TD td iLactuca сатива/i /td TDYes/TD td1/td TDИнтенсивность/TD /tr /tbody /таблица

   Выбор растений (видов и штаммов), и особенно гидропонная подсистема и/или субстрат, включая торф, заменители торфа, кококосовое волокно, компосты, глину и т.д., или их смесь (см. Somerville et al. 2014), оказывает значительное влияние на экономический успех предприятия. Эффективность некоторых субстратов должна быть проверена в гидропонных субъединицах (например, при использовании песка (McMurtry et al. 1990, 1997), гравия (Lennard and Leonard 2004) и перлита (Tyson et al. 2008). В Somerville et al. (2014) описывается использование других подложек, таких как вулканические гравии или скалы (туф/туфа), известняковый гравий, гравий русла реки, пемза, переработанные пластмассы, органические субстраты, такие как кокосовое волокно, опилки, торфяной мх и ствол риса. Качественные сравнительные исследования с рекомендациями, однако, очень редки и являются предметом будущих исследований.

   7.7.4 Полипоника

   Сочетание различных водных организмов в одной аквапонной системе может увеличить общий урожай. Впервые примененный Naegel (1977), этот принцип многовидового производства был придуман от термина «поликультура» в сочетании с аквапоникой в связанных системах как «полипоник» (поликультура+аквапоника) Knaus and Palm (2017b). Подобно IMTA (интегрированная мультитрофическая аквакультура), полипоника расширяет разнообразие производственных систем. Использование нескольких видов в одной системе имеет как преимущества, так и недостатки, поскольку a) диверсификация позволяет производителю реагировать на потребности местного рынка, но b) с другой стороны, основное внимание сосредоточено на ряде товаров, что требует повышения квалификации и совершенствования управления. Публикуемая информация о полипонике является скудной. Тем не менее, Sace and Fitzsimmons (2013) сообщили об улучшении роста растений салата, китайской капусты и пакчой в поликультуре с пресноводными креветками (Macrobrachium rosenbergiii) и Nile tilapia (O. niloticus) в связанной аквапонике. Alberts-Hubatsch et al. (2017) описывают выращивание благородных раков (Astacus astacus), гибридных полосатых басов (Morone saxatilis x M. chrysops), микроводорослей (Nannochloropsis limnetica) и водяного кресса (Nasturtium officinal), где рост раков был выше, ожидается, кормление корней водяного креста, рыбные фекалии и диета, разработанная судаком.

   Первоначальные исследования, проведенные в Университете Ростока, показали различия в росте растений в двух идентичных аквапонных установках 25msup2/sup с выработкой африканского сома (Clarias gariepinus) и Nile Tilapia (Oreochromis niloticus, Palm et al. 2014b). Урожайность листьев салата (Lactuca sativa) и огурцов (Cucumis sativus) была значительно выше в сочетании с O. niloticus. Этот эффект был также замечен Knaus и Palm (2017a) с 2,5 раза выше урожайность базилика (Ocimum basilicum) и в два раза больше биомассы петрушки (Petroselinum crispum) в сочетании с O. niloticus. Другое сравнение O. niloticus и карпа обыкновенного (Cyprinus carpio) показало двукратное увеличение валовой биомассы на растение (g plantsup-1/sup) томатов (Solanum lycopersicum) с тилапией и незначительное увеличение валовой биомассы огурцов (Cucumis sativus) с карпом) с карпом, однако, с более фрукты огурца вес в аквапонике O. niloticus (Knaus и Palm 2017b). Урожайность мяты (Mentha x piperita) была примерно в 1,8 раза выше в единице тилапии, но петрушка в 2,4 раза выше в сочетании с карпом (Knaus et al. 2018a). Результаты этих экспериментов следовали порядку роста растений: O. niloticus\ > C. carpio\ > C. gariepinus, в то время как рост рыбы показал обратный порядок: C. gariepinus\ > O. niloticus\ > C. carpio.

   Согласно этим результатам, выбор рыбы влияет на урожайность растений и сочетание различных видов рыб, а их соответствующие показатели роста позволяют скорректировать связанную аквапонику с учетом оптимальной урожайности рыб и растений. В ходе последовательных экспериментов (только O. niloticus, только C. gariepinus) для O. niloticus в отличие от урожайности базилика с C. gariepinus (Knaus et al. 2018b) был отмечен выход биомассы высшего базилика (O. basilicum) 20,44%. Таким образом, O. niloticus может использоваться для увеличения урожайности растений в общей системе C. gariepinus. Этот так называемый стимулирующий эффект от Tilapia повышает общий объем производства в системе и компенсирует i) более низкий рост растений с высоким ростом рыбы C. gariepinus, а также i) более низкий рост рыбы в O. niloticus с повышением урожайности растений. На Бали, Индонезия, открылась первая коммерческая полипонная ферма, производящая тилапию в сочетании с азиатским сомом (Clarias batrachus) и традиционной сельскохозяйственной продукцией.

8. 7.8 Вопросы системного планирования и управления

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Связанная аквапоника зависит от питательных веществ, которые обеспечиваются рыбными установками, либо коммерчески интенсивно используемыми РАС, либо резервуарами, которые хранятся в обширных условиях при небольших операциях. Плотность рыб в последнем часто составляет около 15—20 кг/мсуп3/сап (тилапия, карп), но обширное производство африканского сома может быть выше до 50 кг/мсуп3/сап. Такие различия в плотности залегания оказывают значительное влияние на потоки питательных веществ и наличие питательных веществ в растениях, на требования в отношении контроля и корректировки качества воды, а также на соответствующие методы управления.

   Качество технологической воды с точки зрения концентрации питательных веществ зависит главным образом от состава корма и соответствующих темпов оборота рыбы. Разница между поступлением корма и питательными веществами корма, усваивающимися внутри рыбы или потерянными в результате поддержания системы, равна максимальному потенциалу имеющихся у растений питательных веществ аквакультуры. Как отмечалось выше, концентрации питательных веществ должны быть скорректированы до уровней, которые позволяют растениям эффективно расти. Однако не все виды рыб способны выдерживать такие условия. Следовательно, устойчивые виды рыб, такие как африканский сом, Тилапиа или карп, являются предпочтительными кандидатами в аквапонии. В Университете Ростока был проведен анализ целого сома и его стандартного рациона в качестве выходных и вводимых значений для определения скорости оборота макроэлементов N, P, K, Ca, Mg и S и микроэлементов Fe, Mn, Mo, Cu, Zn и Se. За исключением P, более 50% кормовых питательных веществ, выданных рыбе, не сохраняются в организме и могут считаться потенциально доступными в качестве питательных веществ для растений (Strauch et al. 2018; Рис. 7.12). Однако эти питательные вещества не равномерно распределяются внутри технологической воды и отложений. Особенно макроэлементы (N, P, K) накапливаются в технологической воде, а также внутри твердой фракции, в то время как микроэлементы, такие как железо, исчезают в твердой фракции, разделенной осветлителем. На рисунке 7.13 показана выработка питательных веществ на очистку осветлителя после 6 дней сбора осадка в интенсивном африканском соме RAS. Значительны пропорции основных питательных веществ растений, которые связаны в твердых телах относительно соответствующих количеств, которые кажутся растворенными: N = 48%, P = 61%, K = 10%, Ca = 48%, Mg = 16%, S = 11%, Fe = 99%, Mn = 86%, Mo = 100%, Zn = 48% и Cu = 55%.

   

   Рис. 7.12 Неиспользуемые питательные вещества в аквакультуре африканского сома, которые потенциально доступны для производства аквапонных растений (исходные данные)

   

   Рис. 7.13 Распределение макро- и микроэлементов внутри технологической воды и твердых веществ. (Данные Strauch et al. (2018))

   Одним из ключевых факторов управления является наличие кислорода внутри системы, что имеет решающее значение для поддержания концентрации растительного нитрата в технологической воде на высоком уровне. Обычные осветлители, которые применяются во многих RAS, удаляют богатые углеродом твердые отходы из рециркуляции, но оставляют их в контакте с технологической водой до следующего интервала очистки отстойника. За это время богатое углеродом органическое вещество используется в качестве источника энергии путем денитрификации бактерий, что приводит к значительным потерям нитратов. Он проникает в атмосферу как азот и теряется. В условиях интенсивного производства большое количество органического ила будет накапливаться внутри отстойников, что будет иметь последствия для технического обслуживания, замены пресной водой, а затем и для состава питательных веществ внутри технологической воды. На рис. 7.14 показана концентрация питательных веществ в резервуарах для хранения африканского сома РАС при трех различных плотностях залова (экстенсивный: 35 рыбы/резервуар, полуинтенсивный: 70 рыбы/резервуар, интенсивный: 140 рыбы/резервуар). Чем выше плотность засыпания и чем ниже содержание кислорода внутри системы, тем ниже количество нитратов на кг корма внутри системы.

   

   Рис. 7.14 N-бюджет на кг корма и уровень кислорода в аквакультуре африканского сома при трех разных плотностях запаса (исходные данные)

   В целом, с увеличением интенсивности рыбы, наличие кислорода внутри системы уменьшается из-за потребления кислорода рыбой и аэробным илом внутри осветлителя и гидропонных подсистем. Уровень кислорода может поддерживаться на более высоких уровнях, но это требует дополнительных инвестиций для мониторинга и контроля кислорода. Этот вопрос имеет огромное значение для комбинированной аквапоники с самого начала этапа планирования систем, поскольку различные сценарии имеют решающее значение для планируемого рыбного промысла, последующего качества технологической воды для производственных установок и, следовательно, для экономических устойчивость. Четыре принципа комбинированных систем производства аквапоники с управленческими последствиями с точки зрения проектирования систем, процедур обслуживания и наличия питательных веществ для роста растений с переходом между ними можно определить следующим образом:

   • Обширная добыча, устойчивая к кислороду рыба (например, тилапия, карп), отсутствие контроля кислорода, OSub2/sub выше 6 мг/л, малопотребление воды с высокими концентрациями питательных веществ, небольшие инвестиции, низкий БПК, высокий уровень нитрата на кг корма.

   • Интенсивное производство, устойчивая к кислороду рыба (например, африканский сом), отсутствие контроля над кислородом, OSub2/sub ниже 6 мг/л, высокое потребление воды, средние инвестиции, высокий БПК, низкий уровень нитрата на кг корма, высокие концентрации питательных веществ.

   • экстенсивное производство, потребность в кислороде рыбы (например, форель), контроль кислорода, OSub2/sub выше 6—8 мг/л, высокое потребление воды, средние инвестиции, низкий БПК, высокий уровень нитрата на кг корма, низкие концентрации питательных веществ.

   • Интенсивное производство, кислородная рыба (например, форель, судак), контроль кислорода, OSub2/sub выше 6—8 мг/л, высокая водоемкость, большие инвестиции, низкий БПК, средний нитрат на кг корма.

   В дополнение к плотности запаса и среднему количеству кислорода внутри системы, режим производства растений, т.е. серийное или поэтапное культивирование, имеет последствия для имеющихся в растении питательных веществ внутри технологической воды (Palm et al. 2019). Это особенно относится к быстрорастущей рыбе, где увеличение кормов в течение производственного цикла может быть настолько быстрым, что необходимо повысить скорость обмена воды и, таким образом, разбавление питательных веществ может увеличиться, что будет иметь последствия для состава питательных веществ и управления ими.

   Те же оксические или аноксические процессы, которые происходят в РАС в составе связанной аквапонной системы, также происходят внутри гидропонных подсистем. Таким образом, наличие кислорода и, возможно, аэрация растительной воды могут иметь решающее значение для оптимизации качества воды для хорошего роста растений. Кислород позволяет гетеротрофным бактериям преобразовывать органические связанные питательные вещества в растворенную фазу (т.е. белковый азот в аммиак), а нитрифицирующие бактерии преобразуют аммиак в нитрат. Наличие кислорода в воде также снижает аноксический микробный метаболизм (например, нитратные и/или сульфатные бактерии, Comeau 2008), процессы, которые могут иметь огромное влияние на снижение концентрации питательных веществ. Аэрация корней также имеет то преимущество, что вода и питательные вещества переносятся на поверхность корня, а частицы, оседающие на поверхности корня, удаляются (Somerville et al. 2014).

9. 7.9 Некоторые преимущества и недостатки связанной аквапоники

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Следующая дискуссия раскрывает ряд ключевых плюсов и проблем связанной аквапоники:

   Pro: Смежные аквапонные системы имеют множество преимуществ для производства продуктов питания, особенно экономят ресурсы в различных масштабах производства и в широком спектре географических регионов. Основная цель этого производственного принципа заключается в наиболее эффективном и устойчивом использовании дефицитных ресурсов, таких как корма, вода, фосфор в качестве ограниченного питательного вещества и энергии растений. В то время как аквакультура и гидропоника (как самостоятельная) по сравнению с аквапоникой являются более конкурентоспособными, связанная аквапоника может иметь преимущество с точки зрения устойчивости и, следовательно, оправдание этих систем, особенно если рассматривать их в контексте, например, изменения климата, сокращения ресурсов, сценариев которые могут изменить наше видение устойчивого сельского хозяйства в будущем.

   Pro: Мелкомасштабная аквапоника с обратной связью предназначена для поддержки местного и общинного производства продовольствия домашними хозяйствами и фермерами. Они не в состоянии сдержать высокие инвестиционные расходы и требуют простых и эффективных технологий. Это относится к испытанным сочетаниям рыб и растений в сочетании аквапоники.

   

   Рис. 7.15 Разработка соединенных аквапонных систем из а) водно-болотных угодий, построенных бытовыми отходами, и b) ХО в сочетании с рециркулирующими системами аквакультуры (РАС) до с) гидропонных установок в соединенных аквапонных системах

   Pro: Растения современной связанной аквапоники играют ту же роль в обработке отходов, что и построенные водно-болотные угодья при удалении сточных вод (Рис. 7.15). Таким образом, растения гидропонной установки в соединенной аквапонике выполняют задачу очистки воды и могут считаться «биологической передовой единицей очистки воды» для снижения воздействия аквакультуры на окружающую среду.

   Задача: Широко признается, что использование только кормов для рыб в качестве сырья для питания растений зачастую в качественном и количественном отношении недостаточно по сравнению с традиционными сельскохозяйственными производственными системами (например, навоз гидропоники N-P-K) (Goddek et al. 2016), что ограничивает рост некоторых культур в связанная аквапоника.

   Pro: Связанные аквапонные системы оказывают положительное влияние на благосостояние рыб. Последние исследования показывают, что в сочетании с огурцом и базиликом уменьшается агонистическое поведение африканского сома (C. gariepinus) (Baßmann et al. 2017, 2018). Что еще более важно, сравнивая травмы и поведенческие модели с контролем, аквапоника с высокой плотностью базилика повлияла на африканского сома еще более позитивно. Растения выделяют в технологическую воду такие вещества, как фосфатазы (Tarafdar and Claassen 1988; Tarafdar et al. 2001), которые способны гидролизовать биохимические фосфатные соединения вокруг корневой зоны и выделять органические кислоты (Bais et al. 2004). Кроме того, микроорганизмы на поверхности корней играют важную роль благодаря выведению органических веществ, что повышает собилизацию минералов, делая их доступными для питания растений. Очевидно, что среда ризосферы, «экссудат корня», состоит из многих органических соединений, таких как анионы органических кислот, фитозидерофоры, сахара, витамины, аминокислоты, пурины, нуклеозиды, неорганические ионы, газообразные молекулы, ферменты и корневые пограничные клетки (Dakora and Phillips 2002), которые могут влияют на здоровье водных организмов в соединенных аквапонных системах. Эта симбиотическая связь недоступна ни в чистой аквакультуре, ни в развязанной аквапонике. Однако еще предстоит провести значительные исследования, с тем чтобы понять факторы, ответственные за повышение благосостояния рыб.

   Pro: Аквапоника можно рассматривать как оптимизированную форму традиционного сельскохозяйственного производства, особенно в тех районах, где производственные факторы, обусловленные экологическими условиями, являются особенно сложными, например, в пустынях или густонаселенных городских районах (городах). Комбинированные аквапонные системы могут быть легко адаптированы к местным условиям, с точки зрения конструкции системы и масштаба эксплуатации.

   Проблема: Связанные аквапоники также демонстрируют недостатки, обусловленные часто неподходящими условиями соотношения компонентов в рыбе и растениях. Чтобы избежать последствий для благосостояния рыб, соединенные аквапонные системы должны сбалансировать поступление корма, плотность выпаса, а также размер водоочистных установок и гидропоники. До настоящего времени знания о соотношении компонентов в сочетании аквапоники все еще ограничены, и моделирование для решения этой проблемы находится в самом начале. Rakocy (2012) предложил 57 г кормов/день на квадратный метр площади выращивания салата и композитное соотношение 1 мсуп3/сап резервуара для выращивания рыбы до 2 мсуп3/сап гравия гороха, что позволяет производить 60 кг/ мсуп3/сап тилапии. На основе УВИ-системы сами по себе размерные соотношения были восприняты как недостаток, поскольку для надлежащего производства растений необходимо достичь относительно большого соотношения площади растениеводства и площади рыбной поверхности, составляющего по меньшей мере 7:3. С другой стороны, конструкции систем сопряженных систем весьма различны, зачастую несопоставимы, и накопленный опыт не может быть легко перенесен в другую систему или место. Следовательно, необходимо гораздо больше исследовательских данных для определения наилучших возможных коэффициентов производства, а также для расширения масштабов связанных аквапонных систем за счет умножения оптимальных разработанных базовых модулей (см. также главу 11).

   Задача: Было указано, что неблагоприятные параметры качества воды негативно влияют на здоровье рыб. Как отметили Yavuzcan Yildiz et al. (2017), необходимо максимально увеличить удержание питательных веществ растений, чтобы избежать негативного влияния качества воды на благосостояние рыб. Важно выбрать адекватные виды рыб, которые могут принимать более высокие питательные вещества, такие как Африканский сом (C. gariepinus) или Нил Tilapia (O. niloticus,). Более разумные виды, такие как судак или судак (Sander lucioperca), могут также применяться в аквапонике, поскольку они предпочитают обогащенные питательными веществами или эвтрофические водные объекты с повышенной мутностью (Jeppesen et al. 2000; Keskinen and Marjomäki 2003; см. [Sect. 7.7.1 Производство рыбы]). До сих пор имеется скудная информация, позволяющая точно утверждать об ухудшении благосостояния рыб. Поскольку растения, как правило, нуждаются в высоких концентрациях калия в пределах 230 - 400 мг/л в технологической воде, 200—400 мг/л калия не оказывало негативного влияния на благополучие африканского сома (Presas Basalo 2017). Аналогичным образом, 40 и 80 мг/л Ортоп в воде для выращивания не оказал негативного влияния на показатели роста, эффективность корма и благосостояние молодняка африканского сома (Strauch et al. 2019).

   Задача: Еще одна проблема заключается в потенциальной передаче заболеваний с точки зрения продовольственной безопасности людям в результате потребления растений, контактирующих с рыбными отходами. В целом возникновение зоонозов невелико, поскольку закрытые аквапоники являются полностью контролируемыми системами. Однако микробы могут накапливаться в технологической воде компонентов системы или в кишечнике рыбы. Escherichia coli и Salmonella spp. (зоонозные кишечные бактерии) были определены в качестве показателей загрязнения фекалами и качества микробной воды, однако в аквапонике они были обнаружены только в очень малых количествах (Munguia-Fragozo et al. 2015). Другое сравнение гладкой текстурированной листовой зелени между аквапоникой, гидропоникой и почвенным производством не показало существенных различий в подсчете аэробных плит (APC, аэробные бактерии), Enterobacteriaceae, непатогенном E. coli и Listeria, что свидетельствует о сопоставимом уровне загрязнения патогенами ( Барнхарт и др., 2015 год). Listeria spp. была наиболее распространена (40%) в гидропонике с вырубленными растениями (аквапонные растения с корнями 0%, аквапонные растения без корней\ < 10%), но не обязательно вредные виды L. моноцитогены. Было высказано предположение о том, что источник бактерий может быть обусловлен отсутствием санитарно-гигиенического менеджмента, что не имеет большого значения для аквапоники как таковой. Еще одна инфекционная бактерия, _Fusobacteria (Cetobacterium) _, была обнаружена Schmautz et al. (2017) в рыбных фекалиях с высокой распространенностью до 75%. Представители Fusobacteria отвечают за болезни человека (госпитальный зародыш, абсцессы, инфекции), размножаются в биопленках или в составе кишечника рыбы. Инфекции человека с Fusobacteria от аквапоники еще не зарегистрированы, но могут быть возможны, пренебрегая необходимыми гигиеническими протоколами.

   В целом имеется довольно мало информации о заболеваниях, вызванных потреблением рыбы и растений, происходящих из соединенных аквапонных систем. В издании Wilson (2005) д-р Дж. Е. Ракочи заявил, что за 25 лет совместного производства аквапоники не было зарегистрировано ни одной вспышки заболеваний человека. Тем не менее, процедура мойки растительных продуктов должна использоваться для уменьшения количества бактерий в качестве меры предосторожности. Chalmers (2004) рекомендовал использовать хлорную ванну (100 ppm), а затем промывку питьевой водой. При использовании этой методики и избежании контакта растений или растительных продуктов с рециркулирующей технологической водой вероятность заражения патогенными бактериями человека может быть значительно снижена. Это необходимая мера предосторожности не только для связанных, но и для всех других форм аквапоники.