Source material

Качество воды в аквапонике

1. Манипулирование ph

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Существуют простые методы манипулирования рН в аквапонных установках. В регионах с известняком или мелом скале, естественная вода часто тверда с высоким рН. Поэтому для снижения рН могут потребоваться периодические добавления кислот. В регионах с вулканическими породами естественная вода часто будет мягкой, с очень низкой щелочностью, что указывает на необходимость периодически добавлять в воду основание или карбонатный буфер, чтобы противодействовать естественному подкислению аквапонной установки. Базовые и буферные прибавки также необходимы для орошаемых систем.

   Снижение рН кислотой

   Вода Aquaponic естественным образом подкисляется из-за нитрификации и дыхания. С терпением уровень рН часто снижается до целевого диапазона.

   Однако добавление кислоты может потребоваться, если исходная вода имеет высокий KH и высокий pH, а также высокий уровень испарения. В этих редких и исключительных случаях объем воды для пополнения системы таков, что она значительно повышает рН выше оптимальных диапазонов и превосходит естественное подкисление. Добавление кислоты также необходимо в том случае, если количество рыбы недостаточно для производства достаточного количества растворенных отходов, чтобы стимулировать нитрификацию и обусловленное этим подкисление. В этих случаях пополнение воды приведет к пополнению буферных агентов, карбонатов. Производство натуральной кислоты будет недостаточно для того, чтобы реагировать с буферирующими агентами и впоследствии снизить рН. Добавлять кислоту только в том случае, если исходная вода очень твердая и элементарная, и если нет дождевой воды, которая может снабдить систему водой без кВ, чтобы помочь нитрифицирующим бактериям естественным образом снизить рН.

   

   Добавление кислоты в систему аквапоники опасно. Опасность заключается в том, что сначала кислота реагирует с буферами, и изменение рН не замечено. Все больше и больше кислоты добавляется без изменения рН, пока, наконец, все буферы не отреагируют и рН резко падает, что часто приводит к ужасным и стрессовым шокам для системы. Рекомендуется, если необходимо добавить кислоту, обработать резервуар этой воды кислотой, а затем добавить обработанную воду в систему (рис. 3.10). Это устраняет риск для системы, если используется слишком много кислоты. Кислота всегда должна добавляться к объему питьевой воды, и следует использовать крайнюю осторожность, чтобы не добавлять слишком много кислоты в систему. Если система сконструирована с автоматической водопроводной линией, возможно, потребуется добавить кислоту непосредственно в систему, но опасность возрастает.

   

   Фосфорная кислота (H3PO4) может использоваться для снижения рН. Фосфорная кислота является относительно легкой кислотой. Его можно найти в продовольственном качестве из гидропонных или сельскохозяйственных складов под различными торговыми названиями. Фосфор является важным макронутриентом для растений, но чрезмерное использование фосфорной кислоты может привести к токсической концентрации фосфора в системе. В ситуациях с чрезвычайно твердыми и основными источниками воды (высокий KH, высокий pH) используется серная кислота (H2SO4). Однако, из-за его высокой коррозионности и даже более высокого уровня опасности, его использование не рекомендуется новичкам. Азотная кислота (HNO3) также используется в качестве относительно нейтральной кислоты. Лимонная кислота, хотя заманчиво использовать, является противомикробным и может убить бактерии в биофильтре; лимонная кислота не должна использоваться.

   Концентрированные кислоты опасны как для системы, так и для оператора. Должны применяться надлежащие меры предосторожности, включая защитные очки и перчатки (рис. 3.11). Никогда не добавляйте воду в кислоту, всегда добавляйте кислоту в воду.

   Увеличение рН с помощью буферов или оснований

   

   Если уровень pH падает ниже 6,0, необходимо добавить основание и/или увеличить карбонатную твердость. Широко используются основы гидроксида калия (KOH) и гидроксида кальция (Ca (OH)2). Эти основания прочны и должны добавляться точно так же, как и кислоты; всегда меняют рН медленно. Тем не менее, более безопасным и простым решением является добавление карбоната кальция (CaCo3) или карбоната калия (K2CO3), что приведет к увеличению как KH, так и pH. Есть много природных и недорогих источников карбоната кальция, которые можно добавить в систему. К некоторым из них относятся измельченные скорлупы, мелко измельченные ракушки, крупная известняковая песка и измельченный мел. Рекомендуется поместить материал в пористый мешок, подвешенный в резервуар для поддона (рис. 3.12). Продолжайте тестирование pH в течение следующих нескольких недель, чтобы отслеживать увеличение pH. Снимите мешок, если рН увеличивается выше 7. В качестве альтернативы добавьте 2-3 горсти этих материалов на 1 000 литров либо прямо в слагаемые среды, либо в компонент биофильтра. При использовании ракушек не забудьте смыть остаточную соль перед добавлением в систему. Выбор оснований и буферов также может быть обусловлен типом растений, растущих в системе, так как каждое из этих соединений добавляет важный макроэлемент. Лиственные овощи могут быть использованы кальциевыми основами, чтобы избежать ожогов листьев, в то время как калий оптимален для фруктовых растений, чтобы способствовать цветению, фруктовым условиям и оптимальному созреванию.

   Бикарбонат натрия (пищевая сода) часто используется для повышения карбонатной твердости в RaS, но никогда не должен использоваться в аквапонике из-за увеличения содержания натрия, что пагубно сказывается на растениях.

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *

2. Другие основные компоненты качества воды: водоросли и паразиты

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Фотосинтетическая активность водорослей

   Фотосинтетический рост и активность водорослей в аквапонных установках влияют на параметры качества воды уровня pH, DO и азота. Водоросли — это класс фотосинтетических организмов, которые похожи на растения, и они будут легко расти в любом водоеме, богатом питательными веществами и подверженным воздействию солнечного света. Некоторые водоросли являются микроскопическими одноклеточными организмами, называемыми фитопланктоном, которые могут окрашивать воду зеленым цветом (рис. 3.8). Макроводоросли значительно крупнее, обычно образуя нитевидные коврики, прикрепленные к днищам и бокам резервуаров (рис. 3.9).

   

   Для аквапоники важно предотвратить рост водорослей, поскольку они являются проблематичными по нескольким причинам. Во-первых, они будут потреблять питательные вещества в воде и конкурировать с целевыми овощами. Кроме того, водоросли действуют как источник, так и поглотитель DO, производя кислород в течение дня через фотосинтез и потребляя кислород ночью во время дыхания. Они могут резко снизить уровень DO в воде в ночное время, что приводит к гибели рыбы. Такое производство и потребление кислорода связано с производством и потреблением углекислого газа, что вызывает ежедневные сдвиги в рН, поскольку углекислый газ либо удаляется (днем - более высокий рН воды) из системы, либо возвращается (ночное время - более низкий рН воды) в систему. Наконец, нитевидные водоросли могут забивать стоки и блокировать фильтры внутри установки, что приводит к проблемам с циркуляцией воды. Коричневые нитевидные водоросли могут также расти на корнях гидропонных растений, особенно в глубоководной культуре, и негативно влияют на рост растений. Тем не менее, некоторые аквакультуры в значительной степени выигрывают от выращивания водорослей для кормов, называемых «зеленой водой», включая разведение тилапии, культуру креветок и производство биодизеля, но эти темы не имеют прямого отношения к аквапонике и не обсуждаются здесь.

   Предотвращение водорослей относительно легко. Все поверхности воды должны быть затенены. Ткань тени, брезент, тканые пальмовые фасады или пластиковые крышки должны использоваться для покрытия емкостей для рыбы и биофильтров таким образом, чтобы вода не контактировала с солнечным светом. Это будет препятствовать цветению водорослей в блоке.

   Паразиты, бактерии и другие мелкие организмы, живущие в воде

   Аквапоника — это экосистема, состоящая в основном из рыбы, нитрифицирующих бактерий и растений. Однако со временем в этой экосистеме может быть много других организмов. Некоторые из этих организмов с быть полезным, такие как дождевые черви, и облегчить разложение рыбных отходов. Другие доброкачественные, не помогающие и не наносящие вреда системе, такие как различные ракообразные, живущие в биофильтрах. Другие угрозы; паразитов, вредителей и бактерий невозможно полностью избежать, потому что аквапоника не является стерильным делом. Наилучшей практикой управления, позволяющей предотвратить превращение этих малых угроз в опасные инвазии, является выращивание здоровых, безстрессовых рыб и растений путем обеспечения высокоаэробных условий с доступом ко всем основным питательным веществам. Таким образом, организмы могут предотвратить инфекцию или болезни, используя свои собственные здоровые иммунные системы. В главах 6 и 7 обсуждаются дополнительные вопросы борьбы с заболеваниями рыб и растений, а в главе 8 более подробно рассматриваются вопросы безопасности пищевых продуктов и других биоугроз.

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *

3. Источники аквапонной воды

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   В среднем аквапонная система потребляет 1-3 процента от общего объема воды в день, в зависимости от типа выращиваемых растений и местонахождения. Вода используется растениями через естественную эвапотранспирацию, а также удерживается в растительных тканях. Дополнительная вода теряется от прямого испарения и брызг. Таким образом, подразделение необходимо будет периодически пополнять. Используемый источник воды окажет влияние на химический состав воды установки. Ниже приводится описание некоторых общих источников воды и общего химического состава этой воды. Новые источники воды должны всегда проверяться на рН, твердость, соленость, хлор и любые загрязняющие вещества, с тем чтобы вода была безопасной для использования.

   Здесь важно рассмотреть дополнительный параметр качества воды: соленость. Соленость указывает на концентрацию солей в воде, к которым относятся поваренная соль (хлорид натрия - NaCl), а также растительные питательные вещества, которые по сути являются солями. Уровень солености будет иметь большое значение при принятии решения о том, какую воду использовать, поскольку высокая соленость может негативно повлиять на производство овощей, особенно если она имеет хлористый натрий, поскольку натрий токсичен для растений. Соленость воды может измеряться с помощью измерителя электропроводности (EC), счетчика полного растворенного твердого вещества (TDS), рефрактометра или гидрометра, или операторы могут ссылаться на отчеты местных органов власти о качестве воды. Соленость измеряется либо как проводимость, либо сколько электроэнергии будет проходить через воду, в единицах MicroSiemens на сантиметр (мкСм/см), либо в TDS в виде частей на тысячу (ppt) или частей на миллион (ppm или мг/л). Для справки, проводимость морской воды составляет 50 000 мкС/ см, а TDS - 35 000 ppt (35 000 ppm). Хотя влияние солености на рост растений сильно варьируется между растениями (раздел 9.4.2, добавление 1), рекомендуется использовать источники воды с низкой соленостью. Соленость, как правило, слишком высока, если проводимость источника воды превышает 1 500 мкСм/см или концентрация TDS превышает 800 млн.-1. Хотя счетчики EC и TDS обычно используются для гидропоники для измерения общего количества солей питательных веществ в воде, эти счетчики не обеспечивают точного считывания уровней нитратов, которые можно лучше контролировать с помощью наборов для тестирования азота.

   Дождевая вода

   Собранная дождевая вода является отличным источником воды для аквапоники. Вода, как правило, имеет нейтральный рН и очень низкие концентрации обоих типов твердости (KH и GH) и почти нулевую соленость, что оптимально для пополнения системы и предотвращения длительного накопления солености. Однако в некоторых районах, пострадавших от кислотных дождей, зарегистрированных в ряде населенных пунктов Восточной Европы, восточной части Соединенных Штатов Америки и в районах Юго-Восточной Азии, дождевая вода будет иметь кислотный рН. Как правило, рекомендуется буферировать дождевую воду и увеличить KH, как указано в разделе 3.5.2. Кроме того, сбор дождевой воды позволит сократить накладные расходы на эксплуатацию установки, и она является более устойчивой.

   Цистерна или водоносного горизонта

   Качество воды, взятой из колодцев или цистерн, будет в значительной степени зависеть от материала цистерны и породы водоносного горизонта. Если основой является известняк, то вода, вероятно, будет иметь довольно высокую концентрацию твердости, что может повлиять на рН воды. Твердость воды не является серьезной проблемой в аквапонике, потому что щелочность естественным образом потребляется азотной кислотой, вырабатываемой нитрифицирующими бактериями. Однако, если уровень твердости очень высок, а нитрификация минимальна из-за биомассы мелких рыб, то вода может оставаться немного основной (pH 7-8) и противостоять естественной тенденции аквапонных систем к кислотности через цикл нитрификации и дыхание рыбы. В этом случае, возможно, потребуется использовать очень небольшое количество кислоты для снижения щелочности перед добавлением воды в систему, чтобы предотвратить колебания рН внутри системы. Водоносные горизонты на коралловых островах часто имеют проникновение соленой воды в линзы пресной воды и могут иметь слишком высокие уровни солености для аквапоники, поэтому мониторинг необходим, а сбор дождевой воды или фильтрация обратного осмоса могут быть лучшими вариантами.

   Водопроводная или муниципальная вода

   Вода из муниципальных источников часто обрабатывается различными химическими веществами для удаления патогенов. Наиболее распространенными химическими веществами, используемыми для очистки воды, являются хлор и хлорамины. Эти химические вещества токсичны для рыб, растений и бактерий; эти химические вещества используются для уничтожения бактерий в воде и, как таковые, вредят здоровью всей аквапонной экосистемы. Имеются комплекты для проверки хлора; и в случае обнаружения высокого уровня хлора перед использованием воду необходимо обработать. Самый простой способ - хранить воду перед использованием, позволяя тем самым весь хлор рассеиваться в атмосфере. Это может занять более 48 часов, но может произойти быстрее, если вода сильно проветривается воздушными камнями. Хлорамины являются более стабильными и не являются отходящих газов так легко. Если муниципалитет использует хлорамины, то, возможно, потребуется использовать такие методы химической обработки, как фильтрация древесного угля или другие дехлорирующие химические вещества. Тем не менее, газоочистки обычно достаточно в небольших единицах, использующих муниципальную воду. Хорошим ориентиром является то, чтобы никогда не заменять более 10% воды без предварительного тестирования и удаления хлора. Кроме того, качество воды будет зависеть от породы, если исходная вода будет поступать. Всегда проверяйте новые источники воды на уровень твердости и рН и используйте кислоту, если это необходимо и необходимо для поддержания pH в пределах оптимальных уровней, указанных выше.

   Фильтрованная вода

   В зависимости от типа фильтрации (обратный осмос или углеродная фильтрация) в фильтрованной воде будет удалена большая часть металлов и ионов, что делает воду очень безопасной в использовании и относительно простой в управлении. Однако, как и дождевая вода, деионизированная вода из обратного осмоса будет иметь низкий уровень твердости и должна быть буферизована.

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *

4. Пять наиболее важных параметров качества воды

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Кислород

   Кислород необходим для всех трех организмов, участвующих в аквапонике; растения, рыба и нитрифицирующие бактерии нуждаются в кислороде, чтобы жить. Уровень DO описывает количество молекулярного кислорода в воде и измеряется в миллиграммах на литр. Это параметр качества воды, который оказывает самое непосредственное и резкое влияние на аквапонику. Действительно, рыба может умереть в течение нескольких часов при воздействии низкого DO в емкостях для рыб. Таким образом, обеспечение адекватных уровней DO имеет решающее значение для аквапоники. Хотя мониторинг уровней DO очень важен, он может быть сложным, потому что точные измерительные приборы DO могут быть очень дорогостоящими или труднодоступными. Нередко бывает достаточно, чтобы мелкомасштабные установки вместо этого полагались на частое наблюдение за поведением рыб и ростом растений, а также на обеспечение постоянной циркуляции и аэрации воды водяных и воздушных насосов.

   Кислород растворяется непосредственно в водной поверхности из атмосферы. В естественных условиях рыба может выжить в такой воде, но в интенсивных производственных системах с более высокой плотностью рыбы такое количество диффузии DO недостаточно для удовлетворения потребностей рыб, растений и бактерий. Таким образом, ОО необходимо дополнить стратегиями управления. Двумя стратегиями для маломасштабной аквапоники являются использование водяных насосов для создания динамического потока воды и использование аэраторов, которые образуют пузырьки воздуха в воде. Движение воды и аэрация являются важнейшими аспектами каждого аквапонного агрегата, и их значение невозможно переоценить. Эти темы, включая методы проектирования и резервирования, рассматриваются далее в главе 4. Оптимальные уровни DO для каждого организма, чтобы процветать, составляют 5-8 мг/л (рис. 3.3). Некоторые виды рыб, включая карпа и тилапию, могут переносить уровни DO до 2-3 мг/л, но гораздо безопаснее иметь более высокие уровни для аквапоники, поскольку все три организма требуют использования DO в воде.

   

   Температура воды и DO имеют уникальные отношения, которые могут повлиять на производство продуктов питания аквапоники. По мере повышения температуры воды растворимость кислорода уменьшается. Иными словами, способность воды удерживать DO уменьшается по мере повышения температуры; теплая вода удерживает

   меньше кислорода, чем холодная вода (рис. 3.4). Поэтому рекомендуется увеличить аэрацию с помощью воздушных насосов в теплой местности или в самое жаркое время года, особенно при выращивании деликатной рыбы.

   

   рН

   

   Общие знания о pH полезны для управления аквапоническими системами. РН раствора является мерой кислотности или основного раствора в масштабе от 1 до 14. Значение pH 7 нейтрально; все ниже 7 является кислотным, в то время как что-либо выше 7 является основным. Термин pH определяется как количество ионов водорода (H+) в растворе; чем больше ионов водорода, тем более кислотным.

   На рис. 3.5 показаны два важных аспекта шкалы pH.

   • шкала pH отрицательна; рН 7 содержит меньше ионов водорода, чем pH 6.

   • шкала pH логарифмична; рН 7 имеет в 10 раз меньше ионов водорода, чем pH 6, в 100 раз меньше pH 5 и в 1 000 раз меньше pH 4.

   Например, если pH аквапонной единицы регистрируется как 7, а позже значение регистрируется как 8, то вода теперь имеет в десять раз меньше свободно связанных ионовH+ , поскольку шкала отрицательная и логарифмическая. Важно помнить о логарифмическом характере шкалы рН, поскольку она не обязательно интуитивно понятна. Для предыдущего примера, если более поздние показания показали, что рН равняется 9, проблема будет в 100 раз хуже и, следовательно, гиперкритической, вместо того, чтобы быть в два раза хуже.

   Важность рН

   РН воды оказывает значительное влияние на все аспекты аквапоники, особенно на растения и бактерии. Для растений рН контролирует доступ растений к микро- и макроэлементам. При pH 6,0-6,5 все питательные вещества легко доступны, но за пределами этого диапазона питательные вещества становятся труднодоступными для растений. На самом деле, рН 7,5 может привести к дефициту питательных веществ железа, фосфора и марганца. Это явление известно как локаут питательных веществ и обсуждается в главе 6.

   Нитрифицирующие бактерии испытывают трудности ниже pH 6, а способность бактерий преобразовывать аммиак в нитрат уменьшается в кислотных условиях с низким рН. Это может привести к уменьшению биофильтрации, в результате чего бактерии уменьшают превращение аммиака в нитрат, а уровни аммиака могут начать увеличиваться, что приводит к несбалансированной системе, вызывающей стресс для других организмов.

   Рыбы также имеют специфические диапазоны допуска для pH, но большинство рыб, используемых в аквапонике, имеют диапазон допуска pH 6,0-8,5. Однако рН влияет на токсичность аммиака для рыб, при этом более высокий рН приводит к более высокой токсичности. Эта концепция более подробно рассматривается в разделе 3.4. В заключение, идеальная аквапонная вода слегка кислотная, с оптимальным диапазоном рН 6-7. Этот диапазон будет поддерживать работу бактерий на высокой мощности, позволяя растениям полный доступ ко всем необходимым микро- и макроэлементам. Значения pH между 5,5 и 7,5 требуют внимания руководства и манипуляции с помощью медленных и измеряемых средств, обсуждаемых в разделе 3.5 и в главе 6. Однако уровень pH ниже 5 или выше 8 может быстро стать критической проблемой для всей экосистемы, и поэтому требуется немедленное внимание.

   Существует множество биологических и химических процессов, которые происходят в системе аквапоники, которые влияют на рН воды, некоторые из которых более значительно, чем другие, включая: процесс нитрификации, плотность залова рыбы и фитопланктон.

   Процесс нитрификации

   Процесс нитрификации бактерий естественным образом снижает рН аквапонной системы. В процессе нитрификации образуются слабые концентрации азотной кислоты, поскольку бактерии высвобождают ионы водорода во время преобразования аммиака в нитрат. Со временем аквапонная система постепенно станет более кислотной, в первую очередь, в результате этой бактериальной активности.

   Плотность рыбного чулка

   Дыхание или дыхание рыбы высвобождает углекислый газ (CO2) в воду. Этот углекислый газ снижает рН, потому что углекислый газ естественным образом преобразуется в углеродную кислоту (H2CO3) при контакте с водой. Чем выше плотность рыбного промысла, тем больше углекислого газа будет высвобождаться, что приведет к снижению общего уровня рН. Этот эффект усиливается, когда рыба активнее, например, при более теплых температурах.

   Фитопланктон

   Дыхание рыбой снижает рН, выделяя углекислый газ в воду; наоборот, фотосинтез планктона, водорослей и водных растений удаляет углекислый газ из воды и повышает рН. Влияние водорослей на рН происходит ежедневно, когда рН поднимается в течение дня, когда водные растения фотосинтезируют и удаляют угленовую кислоту, а затем опускаются в течение ночи, когда растения передыхают и выделяют угленовую кислоту. Таким образом, рН на восходе солнца и максимум на закате. В стандартных системах RAS или аквапоники уровни фитопланктона обычно низки и, следовательно, суточный цикл рН не влияет. Тем не менее, некоторые методы аквакультуры, такие как водородная аквакультура и некоторые методы разведения рыбы, намеренно используют фитопланктон, поэтому время мониторинга следует выбирать разумно.

   Температура

   Температура воды влияет на все аспекты аквапонических систем. В целом, общий компромиссный диапазон составляет 18-30 °C. Температура оказывает влияние на DO, а также на токсичность (ионизацию) аммиака; при высоких температурах меньше DO и более унионизированного (токсичного) аммиака. Кроме того, высокие температуры могут ограничить поглощение кальция в растениях. Сочетание рыбы и растений следует подбирать в соответствии с температурой окружающей среды для расположения систем, а изменение температуры воды может быть очень энергоемким и дорогостоящим. Теплые водные рыбы (например, тилапия, карп обыкновенный, сом) и нитрифицирующие бактерии процветают при более высоких температурах воды 22-29 °C, а также некоторые популярные овощи, такие как окра, азиатская капуста и базилик. Напротив, некоторые распространенные овощи, такие как салат, швейцарский чард и огурцы, растут лучше при более низких температурах 18-26 °C, а холодноводные рыбы, такие как форель, не выдерживают температуры выше 18 °C. Более подробную информацию об оптимальных температурных диапазонах для отдельных растений и рыб см. главы 6 и 7 по производству растений и рыбы, соответственно, и Приложению 1 для получения ключевой информации по 12 популярным овощам.

   Хотя лучше всего выбирать растения и рыбу, уже адаптированные к местному климату, существуют методы управления, которые могут свести к минимуму колебания температуры и продлить вегетационный период. Системы также более продуктивны, если ежедневные, дневные, ночные колебания температуры минимальны. Таким образом, поверхность воды во всех аквариумах, гидропонных установках и биофильтрах должна быть защищена от солнца с помощью теней. Аналогичным образом, устройство может быть термозащищено с помощью изоляции от прохладных ночных температур, где бы они ни происходили. Кроме того, существуют методы пассивного нагрева аквапонных установок с использованием теплиц или солнечной энергии с помощью спиральных сельскохозяйственных труб, которые наиболее полезны при температурах ниже 15 °C; эти методы более подробно описаны в главах 4 и 9.

   Можно также принять стратегию производства рыбы для учета разницы температур между зимой и летом, особенно если зимний сезон имеет среднюю температуру менее 15 °C в течение более трех месяцев. Как правило, это означает, что зимой выращиваются рыба и растения, адаптированные к холодным условиям, и система меняется на тепловодные рыбы и растения, когда температура снова поднимается весной. Если эти методы невозможны в холодные зимние сезоны, можно также просто собрать рыбу и растения в начале зимы и закрыть системы до весны. В летние сезоны с чрезвычайно теплыми температурами (более 35 °C) необходимо выбрать подходящую рыбу и растения для выращивания (см. главы 6 и 7) и затенять все контейнеры и пространство для выращивания растений.

   Общий азот: аммиак, нитрит, нитрат

   Азот является четвертым важнейшим параметром качества воды. Это требуется всей жизни, и частью всех белков. Азот первоначально поступает в аквапонную систему из корма для рыб, обычно маркируется как сырой белок и измеряется в процентах. Часть этого белка используется рыбой для роста, а остальная часть высвобождается рыбой в виде отходов. Эти отходы в основном в виде аммиака (NH3) и высвобождаются через жабры и в моче. Кроме того, высвобождаются твердые отходы, некоторые из которых превращаются в аммиак в результате микробной активности. Этот аммиак затем нитрифицируется бактериями, о чем говорится в разделе 2.1, и преобразуется в нитриты (NO2-) и нитраты (NO3-). Азотные отходы являются ядовитыми для рыб в определенных концентрациях, хотя аммиак и нитрит примерно в 100 раз более ядовитыми, чем нитрат. Хотя соединения азота токсичны для рыб, они питательны для растений и действительно являются основным компонентом растительных удобрений. Все три формы азота (NH3, NO2- и NO3- ) могут использоваться растениями, однако нитраты являются наиболее доступными. В полностью функционирующей аквапонной установке с адекватной биофильтрацией уровни аммиака и нитрита должны быть близки к нулю или не более 0,25-1,0 мг/л. Бактерии, присутствующие в биофильтре, должны превращать почти весь аммиак и нитрит в нитрат, прежде чем может произойти какое-либо накопление.

   Воздействие высокого аммиака

   Аммиак токсичен для рыб. У тилапии и карпа могут проявляться симптомы отравления аммиаком на уровне 1,0 мг/л. Длительное воздействие на этом уровне или выше может привести к повреждению центральной нервной системы и жабры рыб, что приводит к потере равновесия, нарушению дыхания и судорогам. Ущерб жабры, часто подтверждаемый красной окраской и воспалением на жабрах, будет ограничивать правильное функционирование других физиологических процессов, приводя к подавлению иммунной системы и в конечном итоге к гибели. Другие симптомы включают красные полосы на теле, вялость и задыхание на поверхности воздуха. При более высоких уровнях содержания аммиака последствия носят непосредственный характер и могут быстро произойти многочисленные случаи смерти. Однако более низкие уровни в течение длительного периода все еще могут привести к стрессу у рыбы, росту заболеваемости и увеличению потерь рыбы.

   Как отмечалось выше, токсичность аммиака фактически зависит как от рН, так и от температуры, где более высокий рН и температура воды делает аммиак более токсичным. Химически аммиак может существовать в двух формах в воде, ионизированном и профсоюзном. В совокупности эти две формы вместе называются общим аммиачным азотом (TAN), и комплекты для проверки воды не могут различать эти два вида. В кислотных условиях аммиак связывается с избытком ионов водорода (низкий pH означает высокую концентрациюH+) и становится менее токсичным. Эта ионизированная форма называется аммонием. Однако в основных условиях (высокий pH, выше 7) ионов водорода недостаточно, и аммиак остается в более токсичном состоянии, и даже низкие уровни аммиака могут быть крайне напряженными для рыб. Эта проблема усугубляется в условиях теплой воды.

   Активность нитрифицирующих бактерий резко снижается при высоких уровнях аммиака. Аммиак может использоваться в качестве антибактериального средства, а при уровнях выше 4 мг/л он будет ингибировать и резко снижать эффективность нитрифицирующих бактерий. Это может привести к экспоненциальному ухудшению ситуации, когда малоразмерный биофильтр переполнен аммиаком, бактерии умирают, а аммиак увеличивается еще больше.

   Воздействие высокого нитрита

   Нитрит токсичен для рыбы. Как и аммиак, проблемы со здоровьем рыб могут возникать при низких концентрациях до 0,25 мг/л. Высокий уровень NO2- может сразу привести к быстрой гибели рыбы. Опять же, даже низкие уровни в течение длительного периода могут привести к росту стресса, заболеваемости и смертности рыб.

   Токсичные уровни NO2- предотвращают перенос кислорода в крови рыб, что приводит к тому, что кровь превращается в шоколадно-коричневый цвет и иногда называют «коричневой болезнью крови». Этот эффект можно увидеть и в рыбных жабрах. Пострадавшая рыба проявляет схожие симптомы с отравлением аммиаком, особенно в тех случаях, когда рыба, как представляется, лишена кислорода и видна задыхается на поверхности даже в воде с высокой концентрацией DO. Здоровье рыб более подробно рассматривается в главе 7.

   Воздействие высокого уровня нитрата

   Нитрат является гораздо менее токсичным, чем другие формы азота. Это наиболее доступная форма азота для растений, а производство нитратов является целью биофильтра. Рыба может выдерживать уровни до 300 мг/л, при этом некоторые рыбы выдерживают до 400 мг/л. Высокие уровни (\ > 250 мг/л) окажут негативное воздействие на растения, приводя к чрезмерному вегетативному росту и опасному накоплению нитратов в листьях, что опасно для здоровья человека. Рекомендуется поддерживать уровни нитратов на уровне 5-150 мг/л и обмениваться водой, когда уровни повышаются.

   Жесткость воды

   Конечным параметром качества воды является жесткость воды. Существует два основных типа твердости: общая твердость (GH) и карбонатная твердость (KH). Общая твердость — это мера положительных ионов в воде. Карбонатная твердость, также известная как щелочность, является мерой буферной способности воды. Первый тип твердости не оказывает существенного влияния на аквапонный процесс, но KH имеет уникальную связь с рН, которая заслуживает дальнейшего объяснения.

   Общая твердость

   Общая твердость по существу представляет собой количество ионов кальция (Ca2+), магния (Mg2+) и, в меньшей степени, железа (Fe+), присутствующих в воде. Он измеряется частями на миллион (эквивалентно миллиграммам на литр). Высокие концентрации GH отмечаются в водных источниках, таких как водоносные горизонты на основе известняка и/или русла рек, поскольку известняк по существу состоит из карбоната кальция (CaCo3). Ионы Ca2+ и Mg2+ являются основными питательными веществами растений, и они поглощаются растениями по мере того, как вода протекает через гидропонные компоненты. Дождевая вода имеет низкую жесткость воды, потому что эти ионы не встречаются в атмосфере. Жесткая вода может быть полезным источником микроэлементов для аквапоники и не оказывает влияния на здоровье организмов. На самом деле, наличие кальция в воде может предотвратить потерю рыбы других солей и привести к здоровому запасу.

   Карбонатная твердость или щелочность

   Твердость карбоната - это общее количество карбонатов (CO32-) и бикарбонатов (HCO3-), растворенных в воде. Он также измеряется в миллиграммах CaCo3 на литр.

   В целом считается, что вода обладает высоким KH при уровнях 121-180 мг/л. Вода, поступающая из колодцев известняковых пород и водоносных горизонтов, обычно будет иметь высокую карбонатную твердость около 150-180 мг/л.

   Твердость карбоната в воде влияет на уровень рН. Проще говоря, KH действует как буфер (или сопротивление) к понижению рН. Карбонат и бикарбонат, присутствующие в воде, свяжутся с ионамиH+ , выделяемыми любой кислотой, удаляя эти свободные ионыH+ из воды. Таким образом, рН останется неизменным, даже если в воду добавляются новые ионыH+ из кислоты. Эта буферизация KH важна, поскольку быстрые изменения pH оказывают стрессовое воздействие на всю аквапонную экосистему. В процессе нитрификации образуется азотная кислота (HNO3), о чем говорится в разделе 3.2.2, которая диссоциируется в воде в двух ее компонентах, ионах водорода (H+) и нитратах (NO3-), причем последние используются в качестве источника питательных веществ для растений. Однако при адекватном KH вода на самом деле не становится более кислотной. Если в воде не было карбонатов и бикарбонатов, рН быстро упадет в аквапоник. Чем выше концентрация KH в воде, тем дольше он будет выступать в качестве буфера для pH, чтобы поддерживать стабильную систему против подкисления, вызванного процессом нитрификации.

   В следующем разделе этот процесс описывается более подробно. Это довольно сложный процесс, но важно понять специалистам аквапоники (или другим безпочвенным культурам), где доступная вода, естественно, очень твердая (что обычно бывает в регионах с известняком или мелом), так как манипуляция рН станет важной частью управления блоком. Раздел 3.5 содержит конкретные методы манипулирования pH. В резюме после расширенного описания будет указано, что необходимо всем практикам знать о твердости.

   Как уже упоминалось выше, постоянная нитрификация в аквапонике производит азотную кислоту и увеличивает количество ионовH+ , что снижает рН в воде. Если нет карбонатов или бикарбонатов для буферизации ионовH+ в воде, рН быстро падает, поскольку в воду добавляется больше ионовH+ . Карбонаты и бикарбонаты, как показано на рис. 3.6, связывают ионы водорода (Н+), выделяемые из азотной кислоты, и поддерживают постоянный рН, балансируя избытокН+с производством углекислотой, которая является очень слабой кислотой. ИоныH+ остаются связанными с соединением и не свободны в воде. На рисунке 3.7 более подробно показан процесс склеивания с азотной кислотой.

   

   

   Для аквапоники важно, чтобы определенная концентрация KH постоянно присутствовала в воде, так как она может нейтрализовать созданные кислоты естественным образом и поддерживать рН постоянным. Без адекватного KH установка может подвергаться быстрому изменению pH, которое может негативно сказаться на всей системе, особенно на рыбе. Однако KH присутствует во многих источниках воды. Пополнение агрегата водой из этих источников позволит также пополнить уровни KH. Однако дождевая вода низка в KH, а в системах с осадками полезно добавлять внешние источники карбоната, как поясняется ниже.

   Сводка основных точек на твердость

   Общая твердость (GH) — это измерение положительных ионов, особенно кальция и магния.

   Карбонатная твердость (KH) измеряет концентрацию карбонатов и бикарбонатов, которые буферируют рН (создают устойчивость к изменению рН). Твердость можно классифицировать по шкале жесткости воды, как показано ниже:

   Оптимальный уровень твердости обоих типов для аквапоники составляет около 60-140 мг/л. Не важно проверять уровни в установке, но важно, чтобы вода, используемая для пополнения агрегата, имела достаточную концентрацию KH для дальнейшей нейтрализации азотной кислоты, получаемой в процессе нитрификации, и для буферизации рН на ее оптимальном уровне (6-7).

   | Классификация жесткости воды | мг/литр | | — | — | | мягкий | 0-60 мг/л | | умеренно твердый | 60-120 мг/л | | твердый | 120-180 мг/л | | очень твердый |\ > 180 мг/л |

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *

5. Испытание воды

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Для поддержания хорошего качества воды в аквапонных установках рекомендуется проводить проверки воды один раз в неделю, чтобы убедиться, что все параметры находятся в пределах оптимального уровня. Тем не менее, зрелые и опытные аквапоники будут иметь согласованную химию воды и не нуждаются в тестировании так часто. В этих случаях проверка воды необходима только в том случае, если есть подозрение в наличии проблемы. Кроме того, ежедневный мониторинг здоровья рыбы и растений, растущих в агрегате, покажет, если что-то не так, хотя этот метод не является заменой для проверки воды.

   

   Доступ к простым испытаниям воды настоятельно рекомендуется для каждого устройства аквапоники. Комплекты для испытаний пресной воды с цветовой кодировкой легко доступны и просты в использовании (рис. 3.13). Эти наборы включают в себя тесты на pH, аммиак, нитрит, нитрат, GH и KH. Каждое испытание предполагает добавление 5-10 капель реагента в 5 миллилитров аквапонной воды; каждое испытание занимает не более пяти минут. Другие методы включают цифровые измерители рН или нитратов (относительно дорогие и очень точные) или полоски для тестирования воды (дешевые и умеренно точные, рис. 3.14).

   

   Наиболее важными тестами, которые необходимо проводить еженедельно, являются pH, нитрат, карбонатная твердость и температура воды, поскольку эти результаты покажут, находится ли система в балансе. Результаты должны регистрироваться каждую неделю в специальном журнале, чтобы отслеживать тенденции и изменения в течение вегетационных сезонов. Испытания на аммиак и нитрит также чрезвычайно полезны для диагностики проблем в установке, особенно в новых установках, или в тех случаях, когда увеличение смертности рыбы вызывает проблемы токсичности в существующей системе. Хотя они не являются необходимыми для еженедельного мониторинга в установленных единицах, они могут дать очень сильные показатели того, насколько хорошо бактерии преобразуют рыбные отходы и состояние биофильтра. Тестирование аммиака и нитрата является первым действием в случае возникновения каких-либо проблем с рыбой или растениями.

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *

6. Работа в пределах допуска для каждого организма

   Original publication 2014 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Схема недоступна в этой перенесённой копии; обратитесь к исходному изданию.

   Как говорится в главе 2, аквапоника прежде всего заключается в сбалансировании экосистемы трех групп организмов: рыб, растений и бактерий (рис. 3.2). Каждый организм в аквапонике имеет определенный диапазон допусков для каждого параметра качества воды (таблица 3.1). Диапазоны допусков относительно схожи для всех трех организмов, однако существует необходимость в компромиссе, и поэтому некоторые организмы не будут функционировать на оптимальном уровне.

   ТАБЛИЦА 3.1

   Общие допуски по качеству воды для рыб (тепло- или холодная вода), гидропонных растений и нитрифицирующих бактерий

   В таблице 3.2 показан идеальный компромисс для аквапоники, который необходим для ключевых параметров качества воды. Двумя наиболее важными параметрами для баланса являются pH и температура. Рекомендуется поддерживать рН на уровне 6-7 или слегка кислой.

   ТАБЛИЦА 3.2

   Идеальные параметры аквапоники как компромисс между всеми тремя организмами

   Общий температурный диапазон составляет 18-30 °C и должен регулироваться применительно к целевым видам рыб или растений; бактерии процветают во всем этом диапазоне. Важно выбрать подходящие пары видов рыб и растений, которые хорошо соответствуют условиям окружающей среды. В главе 7 и добавлении 1 описываются оптимальные температуры выращивания обыкновенных рыб и растений.

   Общая цель — поддерживать здоровую экосистему с параметрами качества воды, удовлетворяющими требованиям к выращиванию рыбы, овощей и бактерий одновременно. Бывают случаи, когда необходимо будет активно манипулировать качеством воды, чтобы соответствовать этим критериям и обеспечить надлежащее функционирование системы.

   • Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *