Source material

Системная технология

1. 3.1 Источники воды

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Важным аспектом является снабжение водой, поскольку оно непосредственно влияет на управление системой и ее эффективность. Как правило, 1 -3% общей системной воды в день заменяется в зависимости от климата, времени года и производимых сельскохозяйственных культур (Somerville et al. 2014). Вода теряется в системе в результате испарения, транспирации в растение и нормальных процессов брызг, очистки и сбора урожая.

   Вода с соленостью более 0,8 частей на тысячу (ppt), как правило, не подходит для аквапонии, поскольку большинство культурных растений не переносят даже небольшую степень соли (Shannon and Grieve 1998). К распространенным культурам аквапона с соленостью относятся листья салата (0,83 — 2,8 ppt), капуста (до 7,4 ppt), швейцарский шард (1,5 — 3,5 ppt) и помидоры (до 5,8 ppt) (Maggio et al. 2007, Shannon and Grieve 1998, Shannon et al. 2000). Несмотря на то, что некоторые сельскохозяйственные культуры действительно обладают способностью переносить соль, рост в какой-то момент во время производства скомпрометирован.

   Большинство производителей аквапоники используют для своих систем дождевую воду, воду из колодцев, муниципальную воду или комбинацию.

   Rainwater: Дождевая вода обычно имеет нейтральный или слегка кислый рН, незначительную твердость кальция и магния и отсутствие солености (Somerville et al. 2014). В крупных системах дождевая вода, как правило, лучше всего используется в сочетании с другими источниками для снижения накладных расходов и повышения устойчивости.

   Стоки дождевой воды можно легко снимать с крыш или желоба и хранить для последующего использования. Перед использованием необходимо обработать воду, собранную с крыш, так как она может содержать бактерии и патогены птичьего или грызунового помета. Соображения включают области, в которых могут происходить кислотные дожди, законы, запрещающие сбор, а также материал крыши и возраст. Некоторые исследования показали, что новые и стареющие крыши не подходят для сбора (Clark et al. 2008), поскольку такие материалы, как черепица, кедр и оцинкованный алюминий, могут загрязнять воду химическими веществами, тяжелыми металлами и загрязняющими веществами.

   _Вода скважины: _ Вода скважины является жизнеспособным вариантом для некоторых производителей. Соображения включают потенциальные загрязняющие вещества и состав корней. Наиболее вредные химические вещества включают тяжелые металлы, железо и сера. Водоносные горизонты с породами, состоящими из известняка, обладают высокой твердостью воды и концентрацией щелочности. Щелочность (основания в воде, такие как карбонаты, бикарбонаты и гидроксиды) предотвращает колебания рН, которые естественным образом снижаются в аквапонике от нитрификации. Кроме того, производители с очень низким производством рыбы могут потребовать очистки воды для снижения жесткости и/или щелочности перед использованием (Somerville et al. 2014). Отсутствие рыбы и последующего поступления кормов может привести к тому, что рН остается слишком высоким, что делает некоторые питательные вещества недоступными для растения. Необходимо будет также определить скорость откачки водоносного горизонта, если он будет единственным источником воды для аквапонной системы. Это особенно важно в системах, которые потребуют больших добавлений или замены воды.

   _Муниципальная вода: _ Муниципальная вода идеально подходит для использования в аквапонических системах. Хлор в водопроводной воде устраняет бактерии, патогены и водоросли, делая его безопасным и надежным источником воды. Однако хлор и хлорамины должны быть удалены перед использованием, поскольку он токсичен для рыбы и уничтожает нитрифицирующие бактерии.

   Хлорамин в основном является очень стабильной молекулой хлора, связанного с аммиаком. В отличие от хлора, хлорамины не могут испаряться из воды. Это обеспечивает сельским домохозяйствам безопасное снабжение питьевой водой, но делает ее использование сложным для производителей аквапоники. Свободный хлор в воде может быть газифицирован в течение 48-72 часов с аэрацией. Хлорамины требуют химической диссипации (например, тиосульфат натрия) или фильтрации древесного угля. Учитывая небольшой объем водного обмена, хлорамины, как правило, не оказывают негативного воздействия на аквапонную систему. Как правило, можно заменить около 10% объема системной воды без обработки или тестирования хлора/хлораминов.

   _Поверхностные воды: поверхностные воды включают пруды, озера, реки и ручьи. Поверхностные воды могут вводить патогены, водоросли, улитки и другие организмы. Кроме того, многие поверхностные воды загрязнены загрязнителями или сельскохозяйственными стоками, которые представляют угрозу безопасности пищевых продуктов для организмов системы и потребителей.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *

2. 3.2 Удаление отходов

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Восстановление и переваривание рыбных стоков важнее в аквапонике, чем удаление отходов. Большая часть корма выводится в виде твердых отходов. Питательные вещества, необходимые для роста растений, попадают в эту концентрированную навозную жижу и должны быть восстановлены для снижения производственных издержек и ограничения потребности в добавках питательных веществ. Восстановление этих питательных веществ перемещает производство аквапоники в сторону системы нулевого разряда. Питательные вещества могут быть восстановлены путем аэробного или анаэробного сбраживания твердых веществ. Может быть целесообразным прямое внесение питательных веществ на пастбищные угодья или компостирование осадка.

   _Минерализация: Приблизительно 20% N и 50% P из корма используется рыбой для их роста (Timmons et al. 2018). Остальная часть N и P (70% и 30% соответственно) выводится в виде отходов жабрами и в виде твердых частиц (10% и 20% для N и P соответственно). Отходы твердых частиц также содержат макро- и микропитательные вещества, не поглощенные рыбой. Восстановление этих питательных веществ может улучшить рост растений и ограничить потребность в дополнительных питательных веществах.

   

   Минерализация рыбных стоков функционирует аналогично процессам, происходящим в почве. В АП концентрированные рыбные стоки сбрасываются в автономный резервуар. Микробы аэробно (или анаэробно) разрушают органические твердые материалы, высвобождая растворимые неорганические питательные вещества в воду, которые затем доступны для использования растениями (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). Только в неорганической форме питательные вещества доступны для растений. В аэробных условиях интенсивная аэрация применяется к концентрированным твердым веществам (рис. 10). Через 8-10 дней аэрация отключается, разрешается оседать твердые вещества, а очищенная вода поступает в систему (Pattillo 2017). В анаэробных условиях бактерии разлагаются органические вещества в средах без кислорода. Анаэробное сбраживание образует газ метана (CH4), который может быть использован в качестве биотоплива (Dana 2010) и концентрированного дигеста, который может применяться к тепличным культурам (Pickens 2015) или использоваться для производства саженцев (Danaher et al. 2009, Pantanella et al. 2011). Анаэробное сбраживание твердых веществ рыбы является более сложным в управлении, чем аэробное сбраживание, и может быть дорогостоящим из-за большого объема, необходимого для реактора (Chen et al. 1997).

   Существует ограниченная информация о микробном вкладе или экологических процессах, лежащих в основе эффективной аэробной минерализации рыбных стоков; однако исследования показывают, что восстановление питательных веществ из твердых веществ рыбы может быть значительным (Cerozi and Fitzsimmons 2017, Cerozi and Fitzsimmons 2016, Goddek et al. 2018, Rakocy et al. 2016, Тайсон et al. 2011, Йогев et al. 2016, Хиари et al. 2019, Грабер и Джунге 2009). Предварительные результаты исследований АП на местах в Университете штата Кентукки (KSU) показывают, что аэробная минерализация рыбных стоков в течение 14 дней привела к увеличению фосфата (PO4) на 143% (7,61 до 18,5 мг/л), увеличению нитрата на 47% (NO3-N; 28,5 до 41,7 мг/л) и увеличению на ≥ 20% Ca (57,97 до 74. 23 мг/л) и К (27,38 - 32,7 мг/л) по сравнению с системной водой (неопубликованной). Однако, даже если питательные вещества извлекаются из сточных вод и предоставляются в правильном виде и количестве, взаимодействие с другими питательными веществами и химическим составом воды может иногда сделать их недоступными для растений (Bryson and Mills 2014).

   Direct application: Отходы могут также применяться непосредственно в качестве поправки почвы, компостироваться с помощью традиционных методов термической обработки или с помощью вермикомпоста (компостирования червяка). Прямое внесение следует использовать в качестве низкосортного удобрения или в том случае, если навозная жижа составляет менее одного процента твердых веществ. Тепловое компостирование обезвоженных рыб требует дополнительных знаний и затрат на рабочую силу, но может привести к значительному дополнительному потоку доходов. Вермикомпостирование использует аналогичные методы традиционного компостирования, но не использует тепло для переработки отходов. Черви потребляют органическое вещество, фрагментируют и аэрируют твердый материал и потенциально могут служить дополнительным живым кормом для рыб (Yeo and Binkowski 2010). Компост может включать растительные отходы или другие компостируемые материалы производства. Нередко минерализованные стоки разливаются в бутылки и продаются непосредственно домашним садовникам или мелким теплицам; однако некоторые ограничения могут применяться в зависимости от местных правил.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *