Source material

Sura ya 6 Mahusiano ya bakteria katika Aquaponics: Maelekezo ya Utafiti

1. 6.1 Utangulizi

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kubadilisha maji katika sehemu ya ufugaji wa maji ya mfumo wa aquaponics ina chembechembe na kufutwa kikaboni (POM, DOM) ambayo huingia kwenye mfumo hasa kupitia kulisha samaki; sehemu ya malisho ambayo haitaliwa au imetaboli na samaki inabakia kama taka katika mfumo wa recirculating wa majini (RAS) maji , ama katika fomu iliyoharibiwa (kwa mfano amonia) au kama suspended au makazi yabisi (k.m. sludge). Mara baada ya wengi wa sludge kuondolewa kwa kujitenga kwa mitambo, suala la kikaboni lililobaki linapaswa kuondolewa kwenye mfumo wa RAS. Michakato hiyo hutegemea microbiota katika biofilters mbalimbali ili kudumisha ubora wa maji kwa samaki na kubadili taka inorganic/kikaboni kuwa aina ya virutubisho bioavailable kwa mimea. Jamii za microbial katika mfumo wa aquaponics ni pamoja na bakteria, archaea, fungi, virusi na protisti katika makanisa ambayo hubadilika katika utungaji kulingana na mtiririko wa virutubisho na mabadiliko katika hali ya mazingira kama vile pH, mwanga na oksijeni. Jamii za microbial zina jukumu kubwa katika mchakato wa denitrification na madini (angalia Chap. 10) na hivyo kuwa na majukumu muhimu katika uzalishaji wa jumla wa mfumo, ikiwa ni pamoja na samaki ustawi na afya ya mimea.

   Changamoto ndani ya mfumo wowote wa aquaponics ni kudhibiti pembejeo — maji, vidole, malisho, mimea — na microbiota yao inayohusishwa ili kuongeza faida za viumbehai na kuvunjika kwake kuwa aina za bioavailable kwa viumbe vinavyolengwa. Kutokana na kwamba vigezo bora vya ukuaji wa mazingira na virutubisho vinatofautiana kwa samaki na mimea (angalia Chap. 8, mifumo mbalimbali ya kujitenga na aeration, na biofilters zenye makanisa husika ya microbial, lazima iwepo katika pointi za kimkakati katika usambazaji wa maji ili kusaidia kudumisha viwango vya virutubisho, pH na kufutwa oksijeni (DO) ngazi ndani ya safu ya taka kwa ajili ya wote lengo samaki na aina ya mimea. Hakika, vigezo ubora wa maji, ikiwa ni pamoja na joto, DO, conductivity umeme, redox uwezo, viwango vya madini, dioksidi kaboni, taa, kulisha na mtiririko viwango, wote kuathiri tabia na muundo wa jamii microbial ndani ya mfumo wa aquaponics (Junge et al. 2017). Katika suala hili, ni muhimu kuboresha kuanzisha na uendeshaji ili kila kitengo kinachangia kiasi cha kutosha cha aina bioavailable ya virutubisho kwa mrithi wake, badala ya kuwezesha kuenea kwa vimelea au microbes zinazofaa ambazo zinaweza hutumia wingi wa macronutrients zinazohitajika chini ya mto.

   Mbinu mbalimbali za uchambuzi wa jamii za microbial zinaweza kutoa taarifa muhimu kuhusu mabadiliko katika muundo wa jamii na kazi baada ya muda katika mazungumzo tofauti ya aquaponic. Kwa kuunganisha mabadiliko haya na bioavailability ya virutubisho na vigezo vya uendeshaji, inawezekana kupunguza zaidi au chini ya uzalishaji wa virutubisho muhimu au uzalishaji wa bidhaa za noxious. Kwa mfano, kuongeza ahueni ya virutubisho manufaa kupanda kutokana na taka hai jambo katika sehemu ya samaki inategemea hasa juu ya uwezo wa microbiota kuwezesha kuvunjika kwa virutubisho ndani ya mfululizo wa biofilters na sludge digesters, ambaye utendaji ni msingi mbalimbali ya vigezo uendeshaji kama vile viwango vya mtiririko, makazi wakati na pH (Van Rijn 2013). Kwa kuwa si wote aquaponics mfumo ni pamoja na sludge digesters, sisi kushughulikia suala hili kwa undani zaidi katika nusu ya mwisho ya tathmini hii wakati akimaanisha msomaji kwa Chap. 3 kwa maelezo zaidi juu ya mbinu imara kujitenga na Chaps. 7 na 8 kwa ajili ya majadiliano juu ya pamoja vs decoupled aquaponics mfumo. Kama tunaona hapa tu kufutwa na kusimamishwa chembechembe katika maji (na si sludge), mfumo wote aquaponics kuajiri mbalimbali ya biofilters mbalimbali kwamba nje microorganisms masharti jambo hai kupitia filter na kutoa substrate sahihi na eneo la kutosha kwa ajili ya attachment microbial na malezi ya biofilms. Uharibifu wa suala hili la kikaboni hutoa nishati kwa jamii za microbial, ambayo kwa upande hutoa macronutrients (kwa mfano nitrate, orthophosphate) na micronutrients (kwa mfano chuma, zinki, shaba) kurudi kwenye mfumo katika fomu zinazotumika (Blancheton et al. 2013; Schreier et al. 2010; Vilbergsson et al. 2016a).

   Kuna utafiti mkubwa wa kilimo juu ya jukumu la microbiota katika mizizi ya mimea, ukuaji na afya. Preponderance ya utafiti huu inalenga katika mifumo ya udongo; hata hivyo, utafiti juu ya hydroponics pia umeongezeka katika miaka ya hivi karibuni (Bartelme et al. 2018). Microbiota katika ufugaji wa maji pia wamekuwa sawa na sifa, ambapo jukumu la microbes katika afya ya samaki na digestion imepokea tahadhari kubwa kama watafiti jaribio bora tabia ya jukumu la afya ya utumbo juu ya assimilation madini. Kutokana na umuhimu wa biofiltration katika mifumo ya RAS, bakteria zinazohusika katika mchakato wa nitrification kwa RAS pia zimejifunza vizuri na hivyo hazitashughulikiwa hapa (tazama Chaps. 10 na 12). Hata hivyo, kumekuwa kulinganisha mdogo utafiti juu ya microbes katika mfumo wa aquaponics, hasa mwingiliano muhimu ya microbiota miongoni mwa compartments mbalimbali ya mfumo. Ukosefu huu wa utafiti kwa sasa mipaka wigo na uzalishaji wa mifumo hiyo, ambapo kuna uwezo mkubwa kwa ajili ya kukuza na kabla na probiotics, pamoja na fursa nyingine za kuboresha afya ya mfumo wa aquaponics kupitia uelewa bora, na hivyo uwezo bora wa kudhibiti, kubwa seti ya microbiota uncharacteried yanayoathiri mfumo wa afya na utendaji.

   Kwa hivyo, sura hii inalenga hasa katika masomo ya hivi karibuni ambayo yanaonyesha jinsi na wapi jamii za microbial huamua tija ndani ya vyumba, huku pia ikionyesha idadi ndogo ya tafiti zinazounganisha jamii hizo za microbial na ushirikiano kati ya vipengele na mfumo wa jumla tija. Tunajaribu kutambua mapungufu ambapo ujuzi zaidi kuhusu jamii za microbial unaweza kukabiliana na changamoto za uendeshaji na kutoa ufahamu muhimu wa kuimarisha ufanisi na kuegemea.

2. Zana za 6.2 za Kujifunza Jumuiya

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Teknolojia mpya za kujifunza jinsi jamii za microbial zinavyobadilika baada ya muda, na ni makundi gani ya viumbe yanayotokana na hali fulani ya mazingira, yamezidi kutoa fursa za kutarajia matokeo mabaya ndani ya vipengele vya mfumo na hivyo kusababisha muundo wa sensorer bora na vipimo kwa ufuatiliaji ufanisi wa jamii microbial katika samaki au tamaduni kupanda. Kwa mfano, teknolojia mbalimbali za 'omics' - metagenomics, metatranscriptomics, proteomics ya jamii, metabolomics - zinazidi kuwezesha watafiti kujifunza utofauti wa microbiota katika RAS, biofilters, hydroponics na sludge mifumo digestor ambapo sampuli inajumuisha makusanyiko yote ya microbial badala ya genome fulani. Uchambuzi wa utofauti prokaryotic hasa, imekuwa kusaidiwa mkubwa katika miongo ya hivi karibuni na mbinu metagenomic na metatranscriptomic. Hasa, uchambuzi wa amplification na mlolongo wa jeni la 16S rRNA, kulingana na uhifadhi wa intraspecific wa Utaratibu wa jeni wa neutral flanking operons ribosomal katika DNA ya bakteria, umeonekana kuwa 'kiwango cha dhahabu' kwa uainishaji wa taksonomiki na utambulisho wa aina za bakteria. Takwimu hizo pia hutumiwa katika mikrobiolojia kufuatilia magonjwa ya magonjwa na mgawanyo wa kijiografia na kujifunza wakazi wa bakteria na phylogenies (Bouchet et al. 2008). mbinu inaweza kuwa kazi kubwa na gharama kubwa, lakini hivi karibuni automatiska mifumo, wakati si lazima ubaguzi katika aina na ngazi ya aina, kutoa fursa kwa ajili ya maombi katika mazingira aquaponics (Schmautz et al. 2017). Mapitio ya hivi karibuni muhtasari maombi ya 16S rRNA kama wao kuhusiana na RAS (Martínez-Porchas na Vargas-Albores 2017; Munguia-Fragozo et al. 2015; Rurangwa na Verdegem 2015). Maendeleo katika metagenomics ya vijidudu vingine isipokuwa bakteria zinazopatikana katika RAS na hydroponiki hutegemea mbinu sawa lakini kutumia 18S (eukaryotes), 26S (fungi) na 16S pamoja na maktaba 26S (yeasts) rRRNA clone kuashiria microbiotia hizi (Martínez-Porchas na VargaSalbores 2017). Maktaba ya kina ya rRNA, kwa mfano, pia yametumika katika hydroponics kuelezea jamii za microbial katika rhizosphere (Oburger na Schmidt 2016). Maktaba hayo yanaweza kuwa muhimu hasa katika aquaponics, kutokana na kwamba wanaweza kuchunguza mkusanyiko wa vijiumbe kama vile bakteria, archaea, protozoans na fungi na kutoa maoni juu ya mabadiliko ndani ya mfumo.

   Uendelezaji wa mpangilio wa kizazi kijacho (NGS) pia umewezesha uchambuzi wa data wa genomes kutoka sampuli za idadi ya watu (metagenomics) ambazo zinaweza kutumika kwa tabia ya microbiota, kudhihirisha mabadiliko ya muda ya phylogenetic na kufuatilia vimelea. Maombi katika RAS ni pamoja na kufuatilia aina fulani ya bakteria miongoni mwa samaki cultured na kuondoa idadi ya watu kwamba kubeba Matatizo virulent, wakati kuhifadhi flygbolag ya Matatizo mengine (ukaguzi: (Bayliss et al. 2017). Mbinu metagenomic inaweza kuwa utamaduni- na amplification-huru, ambayo inaruhusu aina ya awali unculturable kujulikana na kuchunguzwa kwa madhara yao inawezekana (Martínez-Porchas na Vargas-Albores 2017). Mbinu za ufuatiliaji wa kizazi kijacho hutumiwa kwa kawaida katika microbiolojia ya mimea pamoja na kufuatilia metatranscriptomics uchambuzi. Mfano bora ni ya kwanza nzima-kupanda utafiti wa jamii microbial katika rhizosphere, ambayo mizizi exudates walikuwa umeonyesha correlate na hatua ya maendeleo (Knief 2014).

   Proteomics ni muhimu sana wakati wa kusoma aina fulani ya bakteria au matatizo chini ya hali maalum ya mazingira ili kuelezea pathogenicity yake au uwezekano wa jukumu katika symbiosis. Hata hivyo, kuna maendeleo katika proteomics ya jamii ambayo hujenga juu ya masomo ya awali ya metagenomic na kutumia mbinu mbalimbali za biochemical kutambua, kwa mfano, protini zilizofichwa zinazohusiana na jamii za commensal au symbiotic microbial, na uwezekano zaidi wingi kama uwezo wa teknolojia za NGS mapema kwa kasi (ukaguzi: (Knief et al. 2011).

   Metabolomics hufafanua kazi za jeni, lakini mbinu hazihusishi na viumbe au mfuatano na hivyo zinaweza kudhihirisha aina mbalimbali za metaboli ambazo ni bidhaa za mwisho za biokemia za seli katika viumbe, tishu, seli au compartment ya seli (kulingana na sampuli ambazo zinachambuliwa). Hata hivyo, maarifa kuhusu metabolome ya jamii microbial chini ya hali fulani ya mazingira (microcosms) inaonyesha mpango mkubwa juu ya baiskeli biogeochemical ya virutubisho na madhara ya perturbations. Maarifa hayo hufafanua njia mbalimbali za kimetaboliki na aina mbalimbali za metabolites zilizopo katika sampuli. Baadae biochemical na takwimu uchambuzi unaweza kuelezea mataifa ya kisaikolojia ambayo kwa upande inaweza kuwa uhusiano na vigezo mazingira ambayo inaweza kuwa dhahiri kutokana na mbinu genomic au proteomic. Hata hivyo, kuchanganya metabolomics na masomo ya kazi ya jeni ina uwezo mkubwa katika kuendeleza utafiti wa aquaponics; angalia ukaguzi (van Dam na Bouwmeester 2016).

3. 6.3 Mazingatio ya Usalama wa Chakula na Udhibiti wa Pathogen

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   6.3.1 Usalama wa Chakula

   Usalama bora wa chakula na kuhakikisha ustawi wa wanyama ni vipaumbele vya juu katika kupata msaada wa umma kwa aquaponics. Mojawapo ya masuala ya mara kwa mara yaliyotokana na wataalamu wa usalama wa chakula kuhusiana na aquaponics ni hatari inayoweza kuambukizwa na vimelea vya binadamu wakati wa kutumia majivu ya samaki kama mbolea kwa mimea (Chalmers 2004; Schmautz et al. 2017). Fasihi ya hivi karibuni kutafuta kuamua hatari zoonotic katika aquaponics alihitimisha kuwa vimelea katika maji machafu ulaji, au vimelea katika sehemu ya milisho inayotokana na wanyama wenye joto, inaweza kuhusishwa na microbiotia ya samaki gut, ambayo, hata kama sio madhara kwa samaki wenyewe, inaweza uwezekano kupita juu mlolongo wa chakula kwa binadamu (Antaki na Jay-Russell 2015). Njia za kuanzishwa kwa vimelea kwenye mfumo wa aquaponics ni hivyo za wasiwasi, na chanzo kikubwa zaidi cha coliforms ya faecal au bakteria nyingine ya pathogenic inayotokana na pembejeo za kulisha kwa samaki. Kutokana na mtazamo wa kibaiolojia, kuna uwezekano wa hatari za vimelea hivi vinavyoenea ama katika biofilters, au, katika mifumo moja-kitanzi kwa kuanzisha vimelea vya hewa kutoka vipengele vya mimea wazi nyuma kwenye mizinga ya samaki. Ingawa hatari za usafirishaji ziko chini katika nafasi iliyofungwa ya mazingira ya mfumo wa aquaponics — ikilinganishwa na mfano wa kufungua ufugaji wa maji ya bwawa — na ziko chini katika mfumo wa maji ya maji ambayo sehemu za mfumo zinaweza kutengwa, bado kuna mtazamo kwamba sludge ya samaki inaweza kuwa uwezekano wa hatari wakati kutumika kwa mimea kwa ajili ya matumizi ya binadamu. Escherichia coli (E. coli) ni kisababishi cha enteriki cha binadamu kinachosababisha magonjwa yanayotokana na chakula ambacho kimekuwa wasiwasi muhimu kuhusu matumizi ya taka za wanyama kama mbolea katika kilimo au ufugaji wa samaki, k.mf. mifumo ya samaki ya nguruwe iliyounganishwa (Dang na Dalsgaard 2012). Hata hivyo, kwa ujumla si kuchukuliwa kuwa hatari katika aquaponics ya mimea ya samaki. Kwa mfano, Moriarty et al. (2018) hapo awali alionyesha kuwa matibabu ya UV yanaweza kupunguza mafanikio E. coli lakini pia alibainisha kuwa coliforms wanaona katika mfumo wa aquaponics walikuwa katika viwango vya nyuma na hakuwa na kuenea katika raceways samaki au katika lettuce hydroponically mzima ndani mfumo wa majaribio, na hivyo hakuwa na sasa hatari ya afya. Kuna utafiti mdogo juu ya mambo haya, lakini tafiti chache za awali zimepata hatari ndogo sana za uchafuzi wa coliform, kwa mfano, kwa kuonyesha hakuna tofauti katika viwango vya coliform kutoka kwa matibabu ya maji ya RAS yaliyoboreshwa na yasiyo ya sterilized na yasiyo ya sterilized kutumika kwa mimea (Pantanella et al. 2015). Ingawa kuna uwezekano wa hatari ya internalization ya microbes ndani ya majani ya mimea, na hivyo maambukizi yao kwa sehemu zinazotumiwa ya baadhi ya mimea ya majani ya chakula iliyopandwa katika aquaponics, tafiti nyingine zimefikia hitimisho sawa kwamba hatari ni ndogo ya kuanzisha binadamu uwezekano wa hatari vimelea (Elumalai et al. 2017).

   Hata hivyo, kusimamia hatari, au muhimu zaidi kusimamia maoni ya hatari hizo, bado ni kipaumbele cha juu kwa mamlaka ya serikali na wawekezaji wa aquaponics. Ni kudhani kuwa udhibiti wa ubora wa pembejeo kulisha na utunzaji makini wa samaki/taka samaki unaweza kupunguza zaidi ya hoja hizi uwezo (Fox et al. 2012). Hakika, hakuna matukio ya afya ya binadamu inayojulikana kuwa na ujuzi wetu kwa sasa imeripotiwa kuhusiana na mfumo wa aquaponics, na hii inaweza kuwa kazi ya ukweli kwamba vifaa vya RAS na greenhouses za hydroponic kawaida zina hatua nzuri za biosecurity, ikiwa ni pamoja na usafi na mazoea ya karantini ambayo ni strintly aliona. Ilipendekeza mazoea microbiological kwa biosecurity wamekuwa tathmini kwa mifumo mbalimbali ya uzalishaji wa samaki na mapendekezo yaliyoandaliwa katika Hatari Uchambuzi muhimu Control Points miongozo, mfumo wa kimataifa kwa ajili ya kudhibiti usalama wa chakula (Orriss na Whitehead 2000). Hata hivyo, bado kuna haja ya nyaraka bora za kisayansi za hatari kwa uhamisho wa pathogen kwa wanadamu, na utafiti wa moja kwa moja katika usimamizi katika eneo hili la uzalishaji wa maji.

   6.3.2 Pathogens ya samaki na mimea

   Kuna fasihi zilizopo za nidhamu katika ufugaji wa maji, hydroponics na bioengineering ambayo inaweza kusaidia kuwajulisha na kuongeza utendaji wa microbial katika maji ya maji. Kwa mfano, jamii microbial kutumika mbalimbali ya kazi muhimu katika afya ya samaki, ikiwa ni pamoja na jukumu muhimu katika digestibility na assimilation ya kulisha, pamoja na immunodulation, na kazi hizi pamoja na jukumu la probiotics katika kuimarisha mifumo ya aquaculture ni vizuri upya (Akhter et al. 2015). Jukumu la microbes katika mifumo ya RAS hasa pia linafunikwa vizuri, ikiwa ni pamoja na usimamizi wa microbial wa biofilters, pamoja na utafiti katika udhibiti wa pathogen, pamoja na mbinu mbalimbali za kudhibiti off-ladha inayotokana na mifumo ya RAS (Rurangwa na Verdegem 2015). Vivyo hivyo, vijidudu katika rhizosphere ya mimea ni muhimu kwa ajili ya mizizi na ukuaji wa mimea (Dessaux et al. 2016) lakini pia kwa ajili ya kudhibiti uenezi wa vimelea katika uzalishaji wa mimea ya hydroponic; maeneo haya yanachunguzwa vizuri katika mapitio ya hivi karibuni na Bartelme et al. (2018). Hata hivyo, bado kuna uelewa mdogo sana wa uhusiano katika microbiome miongoni mwa vyumba vya mfumo wa aquaponics, ujuzi ambao ni muhimu kwa kuongeza tija na kupunguza uhamisho wa pathogen.

   Kuenea kwa vimelea vinavyofaa ambavyo ni hatari kwa afya ya samaki au kupanda ni masuala muhimu katika uchumi wa shughuli za aquaponics, kutokana na kwamba matumizi yoyote ya antibiotics au disinfectants yanaweza kuwa na athari mbaya kwa kazi ya biofilter, pamoja na kudhoofisha microbial mahusiano katika compartments nyingine ya mfumo. Itifaki za kuzuia disinfection zinazotumiwa kwa kawaida katika RAS ni pamoja na kutibu maji kwa mwanga wa ultraviolet (Elumalai et al. 2017), ambayo, pamoja na ozoni (na kwa kawaida mchanganyiko wa wote wawili), inajumuisha njia ya kwanza ya abiotic ya kudumisha ubora wa maji. Mayai ya samaki/mabuu pia mara nyingi hutolewa kabla ya kuletwa, na maji yoyote ya ulaji hutibiwa, hivyo kupunguza vyanzo vya moja kwa moja vya kuingia kwa pathogen ya samaki kwenye mfumo.

   Maji yanayoingia kwa RAS pia huruhusiwa 'kukomaa' katika biofilters kabla ya kulishwa katika mfumo wa recirculating. Majaribio, kwa mfano, yameonyesha kuwa inoculating kabla ya biofilter na mchanganyiko wa bakteria nitrifying, na 'kulisha' kwa suala hai mpaka wakazi bakteria mechi uwezo wa kubeba wa mizinga ya samaki, ina maana kwamba maji tank ya kuzaliana ni chini ya uwezekano wa kuwa imara na kukamatwa na bakteria nyemelezi (Attramadal et al. 2016; Rurangwa na Verdegem 2015). Hata hivyo, kama vimelea kuwa tatizo, matumizi ya matibabu ya kiwango cha juu UV, ozoni, kemikali au antibiotiki wakati mwingine inaweza kuwa muhimu, ingawa matumizi hayo kwa ujumla yanavuruga kwa compartments nyingine za mfumo, hasa biofilters (Blancheton et al. 2013). Hakika, kulingana na kipimo na eneo ndani ya mfumo, matibabu yasiyo ya kuchagua kwa vimelea yanaweza kupendelea kuenea kwa wafanyabiashara. Kwa mfano, viwango vya juu vya matibabu ya ozoni sio tu unaua bakteria, protists na virusi lakini pia huoksidisha DOM na huathiri mkusanyiko wa POM, na hivyo hufanya shinikizo la uteuzi kwa wakazi wa bakteria (ibid.).

   Majadiliano ya kina ya vimelea vya mimea katika mfumo wa aquaponics na udhibiti wao ni pamoja na katika Chap. 14 na hivyo si alielezea hapa. Hata hivyo, ni muhimu kutambua kwamba aina Bacillus hutumiwa mara kwa mara kama probiotics ya kibiashara katika ufugaji wa maji, na kuna ushahidi unaoongezeka kwamba aina sawa za Bacillus pia zinafaa kwa mimea, ambazo tayari zinapatikana katika ufumbuzi wa probiotics ya kibiashara (Shafi et al. 2017). Utafiti wa hivi karibuni umeongeza masomo kama hayo kwenye Bacillus kujumuisha majaribio katika mfumo wa aquaponics (Cerozi na Fitzsimmons 2016b). Mahali ambapo probiotics ni kuletwa — katika samaki, mimea au biofilters — inaweza kuwa muhimu, lakini si wazi kutokana na kazi zilizopo kama kuongeza ya probiotics katika sehemu ya samaki, na faida uwezo kwa samaki, pia ina athari bora juu ya ukuaji wa mimea na afya jamaa na kuongeza ya ngazi sawa ya probiotics moja kwa moja kwa compartment hydroponics.

   Mbali na probiotics ya kawaida ya maombi, kuna mbinu mbalimbali za ubunifu za biocontrol ambazo zinaweza kuwa muhimu zaidi kwa kupunguza uwepo na kuenea kwa microbes hatari. Katika utafiti mmoja wa hivi karibuni, vijiti vya bakteria vilichaguliwa kutoka kwenye mfumo wa aquaponics ulioanzishwa kulingana na uwezo wao wa kuathiri madhara ya kuzuia samaki na mimea ya vimelea. Lengo lilikuwa utamaduni hawa hutenganisha kama inocula ambayo inaweza hatimaye kutenda kama udhibiti wa kibiolojia kwa magonjwa ndani ya mfumo huo wa aquaponics (Sirakov et al. 2016). Kwa mfano, Sirakov et al. alionyesha kuwa Pseudomonas sp. kwamba pekee ilikuwa yenye ufanisi kama biocontrol kwa fungi ya pathogenic _Saprolegnia vimelea vya samaki na Pythium ultimum ya mimea. Watafiti pia waliripoti katika vitro kuzuia aina mbalimbali za bakteria hutenganisha kutoka compartments tofauti aquaponics, lakini bila kupima yao katika vivo madhara. Uwezo wa kutumia vizuizi vile kama udhibiti wa kibiolojia si mpya, lakini matumizi ya mbinu za NGS sasa yanaweza kudhihirisha zaidi kuhusu mwingiliano wa kujitenga vile kwa kila mmoja na kwa vimelea vinavyoweza kutokea, hivyo kufanya iwezekanavyo kuongeza ufanisi wa utoaji. Matumizi ya mbinu nyingine za 'omics' zinaweza kusaidia kuonyesha muundo wa jamii kwa ujumla na kazi zinazohusiana na metabolic, na kuanza kufafanua ambayo viumbe na kazi zina manufaa zaidi. Katika siku zijazo, mbinu hizo zinaweza kuruhusu uteuzi wa 'matatizo ya msaidi' ndani ya jamii za microbial, au utambulisho wa exudates ambazo zina madhara ya kupambana na microbial (Massart et al. 2015).

4. 6.4 Msawazo wa Microbial na Kuimarisha katika Vitengo vya Aquaponics

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Uzalishaji katika mfumo wa aquaponics unahusisha ufuatiliaji na kusimamia vigezo vya mazingira ili kutoa kila sehemu, iwe microbial, wanyama au mimea, na hali bora ya ukuaji. Wakati hii si mara zote inawezekana kutokana na biashara katika mahitaji, moja ya malengo muhimu ya aquaponics inahusu dhana ya homeostasis, ambayo kudumisha utulivu wa mfumo inahusisha kurekebisha vigezo vya uendeshaji ili kupunguza vikwazo vya lazima vinavyosababisha matatizo ndani ya kitengo, au madhara mabaya kwa vipengele vingine. Pamoja na makusanyiko ya microbial yanayobadilika, homeostasis haimaanishi hali ya kudumu ya usawa, lakini badala ya lengo la kufikia utulivu iwezekanavyo, hasa ndani ya vigezo vya ubora wa maji.

   RAS pamoja na mfumo wa hydroponics itakuwa kubadilika, lakini ndani ya usanidi huu, sehemu ya RAS inabakia imara, hasa katika mifumo iliyopigwa (Goddek na Körner 2019). Mfumo wa hydroponiki, kwa upande mwingine, huelekea kuwa na uhakika zaidi katika ubora wa maji kwani mazao ya mimea mara nyingi huvunwa katika njia za kundi, na mara chache huendana na uzalishaji wa samaki.

   Wakati wa awamu ya mwanzo ya kuanza kwa mfumo wowote wa aquaponics, ubora wa maji - hasa kuhusiana na jamii za microbial katika biofilters — ni wasiwasi, na ili kupunguza uenezi wa bakteria zinazofaa, mazoezi ya kawaida imekuwa kuruhusu kukomaa microbial ya maji ya ulaji kabla yake kuanzishwa katika RAS, na kuongeza samaki tu baada ya uwezo wa biofilters mechi uwezo wa kubeba mizinga ya kuzaliana kwa wiani fulani wa kuhifadhi (Blancheton et al. 2013). Mazoezi kama hayo yanazingatiwa katika hydroponiki ambapo angalau sehemu ya maji yaliyorekebishwa hutumiwa kuingiza mazao mapya, kutokana na kwamba jamii za microbial zilizokomaa huchukua muda wa kuendeleza na kuanzisha matokeo yote mapya ya maji katika nyakati za muda mrefu. Mazoea hayo husababisha utulivu mkubwa katika hali ya utamaduni na uzalishaji mkubwa zaidi. Kwa mfano, utendaji bora katika mifumo ya RAS umebainishwa wakati chujio cha kabla ya ulaji kinapatikana kwa chakula cha samaki kilichopandwa ili kuendeleza jamii za microbial zinazofanana zaidi na zile za mizinga ya kuzaliana (Attramadal et al. 2014).

5. 6.5 Majukumu ya bakteria katika Baiskeli ya Nutrient na

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Utafiti mkubwa umefanywa ili kuashiria bakteria ya heterotrophic na autotrophic katika mifumo ya RAS na kuelewa vizuri majukumu yao katika kudumisha ubora wa maji na baiskeli ya virutubisho (kwa kitaalam, angalia Blancheton et al. (2013); Schreier et al. (2010). Heterotrophs zisizo za pathogenic, ambazo zinaongozwa na Alpuproteobacteria na Gammaproteobacteria, huwa na kustawi katika biofilters, na michango yao katika mabadiliko ya nitrojeni ni haki vizuri kueleweka kwa sababu baiskeli nitrojeni (NC) imekuwa na umuhimu mkubwa katika kuendeleza utamaduni recirculating mifumo (Timmons na Ebeling 2013). Imejulikana kwa muda mrefu kuwa mabadiliko ya bakteria ya amonia yaliyotengwa na samaki katika mfumo wa RAS yanapaswa kuendana na viwango vya excretion, kwa sababu amonia ya ziada inakuwa sumu kwa samaki (angalia Chap. 9). Kwa hiyo katika maji safi na baharini RAS, majukumu ya kazi ya jamii microbial katika mienendo ya NC — nitrification, denitrification, ammonification, oxidation anaerobic amonia na dissimilatory nitrate kupunguza — wamepokea utafiti mkubwa makini na ni vizuri ilivyoelezwa katika mapitio ya hivi karibuni (Rurangwa na Verdegem 2015; Schreier et al. 2010). Kuna tafiti mbali wachache wa mabadiliko ya nitrojeni katika aquaponics, lakini mapitio ya hivi karibuni (Wongkiew et al. 2017) hutoa muhtasari pamoja na majadiliano ya ufanisi wa matumizi ya nitrojeni, ambayo ni kuzingatia mkuu kwa ukuaji wa mimea katika hydroponics.

   Baada ya nitrojeni, macronutrient ya pili muhimu katika aquaponics ni fosforasi, ambayo sio sababu ya kuzuia samaki ambayo hupata kutoka kwa malisho, lakini ni muhimu kwa mimea katika hydroponics. Hata hivyo, aina ya phosphate katika taka za samaki sio mara moja bioavailable kwa mimea. Mimea lazima iwe na kiasi cha kutosha cha orthophosphate ionic isokaboni (Hsub2/subposub4/subsup-/sup na HPosub4/subsup2-/sup = Pi) (Becquer et al. 2014), kama hii ni tu bioavailable fomu kwa ajili ya matumizi na assimilation. Inorganic phosphate kumfunga kwa calcium juu pH 7.0, hivyo aquaponics mfumo lazima kuwa makini kudumisha hali ya pH karibu pH 7.0. Kama maadili pH kupanda juu 7.0, aina mbalimbali hakuna ya kalsiamu phosphate unaweza kuishia kama precipitates katika sludge (Becquer et al. 2014; Siebielec et al. 2014). Hivyo, hasara za RAS za P ni hasa kupitia kuondolewa kwa sludge kutoka kwenye mfumo (Van Rijn 2013). Hata hivyo, mahali fulani katika mfumo wa aquaponics, suala la chembechembe lazima liweke na kuruhusiwa kuimarisha ili kutoa vifaa vya kutosha vya virutubisho vinavyotumika kwa mazao katika kitengo cha hydroponics. Hatua ya mineralization pia itatoa macro-na micronutrients nyingine ili kuwa na upungufu mdogo, hivyo kupunguza haja ya kuongeza katika compartment hydroponics. Kutokana na kwamba vifaa vya dunia vya mbolea za phosphate vinapungua na kuongezea kwa P inazidi kuwa na gharama kubwa, jitihada zinafanywa ili kuongeza upya wa P kutoka sludge ya RAS (Goddek et al. 2016b; Monsees et al. 2017).

   Bioavailability ya jumla na micronutrients sasa haijulikani vizuri. Utafiti uliopita (Cerozi na Fitzsimmons 2016a) unaonyesha kwamba upatikanaji wa virutubisho unaathiriwa kwani pH imepungua chini ya 7.0 na imesababisha mfumo wa hidroponiki wa pamoja kwa wiki za majani kuendeshwa karibu na pH 6.0. Hata hivyo, utafiti wa hivi karibuni kulinganisha hali ya aquaponic na pH 7.0 kwa hali ya hydroponic ya pH 5.8 haukuonyesha tofauti katika tija (Anderson et al. 2017a, b). Katika masomo haya, hali ya hydroponic katika pH 7.0 kupunguzwa tija na\ ~ 22% ikilinganishwa na hydroponic pH 5.8. Awali, hypothesis ni kwamba tofauti katika tija inaweza kuhusishwa na microbiota ya maji ya aquaponic, lakini utafiti uliofuata ulifukuza nadharia hiyo (Wielgosz et al. 2017).

   Katika RAS ambapo uwiano wa C:N huongezeka kutokana na upatikanaji wa vitu vya kikaboni, kunyoosha bakteria, hasa Pseudomonas sp., tumia kaboni kama wafadhili wa elektroni katika hali ya anoxic, kuzalisha Nsub2/sub kwa gharama ya nitrate (Schreier et al. 2010; Wongkiew et al. 2017). Mifumo ya Biofloc wakati mwingine hutumiwa kuongeza chakula kwa samaki (Crab et al. 2012; Martínez-Córdova et al. 2015), na biofloc inazidi kutumiwa katika mfumo wa aquaponics, hasa katika Asia (Feng et al. 2016; Kim et al. 2017; Li et al. 2018). Wakati biofloc hutumiwa katika aquaponics (da Rocha et al. 2017; Pinho et al. 2017), baiskeli virutubisho inakuwa ngumu zaidi kutokana na kwamba DO, joto na pH ushawishi kama heterotrophic (carbon-kutumia) jamii microbial predominant juu ya denitrifiers autotrophic ambayo ni uwezo wa kupunguza sulfidi sulphate (Schreier et al. 2010). Heterotrophs huwa na kiwango cha juu cha ukuaji kuliko autotrophs mbele ya vyanzo vya kutosha vya kaboni (Michaud et al. 2009); Kwa hiyo, kuendesha aina ya malisho au serikali, au kuongeza chanzo kikaboni moja kwa moja, wakati ufuatiliaji kufutwa viwango vya oksijeni, inaweza kusaidia kuweka wakazi kusawazishwa wakati bado hutoa hydroponics na N katika fomu inayoweza kutumika (Vilbergsson et al. 2016a).

   Katika mfumo wa hydroponics, baiskeli virutubisho imekuwa chini vizuri alisoma tangu misombo isokaboni zenye uwiano required ya virutubisho ni kawaida aliongeza ili kuhakikisha ukuaji sahihi kupanda. Hata hivyo, viwango vya juu vya virutubisho, hasa katika mazingira ya baridi ya joto kama vile greenhouses, huwezesha urahisi ukuaji wa jamii za microbial, hasa phytopathogens kama vile fungi (Fusarium) na oomycota (Phytophthora, Pythium sp.), ambayo inaweza haraka sead katika maji zinazozunguka na inaweza kusababisha kufa- awamu ya pili (Lee na Lee 2015). Jitihada za hivi karibuni za kuelewa vizuri rhizobacteria ya hydroponic na madhara yao ya manufaa katika kukuza ukuaji wa mimea (lakini pia kwa kuzuia uenezi wa pathogen) zimetumia mbinu mbalimbali za 'omics' kuchambua jamii za microbial na ushirikiano wao na mifumo ya mizizi (Lee na Lee 2015).

   Kwa mfano, wakati bakteria za probiotic kama vile Bacillus, zipo, zilionyeshwa kuimarisha upatikanaji wa P na pia zinaonekana kuwa na ukuaji wa mmea ulioongezwa wa athari katika mfumo wa lettuce ya tilapia-lettuce (Cerozi na Fitzsimmons 2016b). Katika mfumo wa aquaponics, kuongeza kwa probiotics kwa kulisha samaki na maji ya RAS, pamoja na maji ya hydroponic, inastahili majaribio zaidi, kwa kuwa jamii za microbial zinaweza kuwa na athari nyingi za modulatory kwenye fiziolojia ya mimea. Kwa mfano, jamii za microbial (bakteria, fungi, oomycetes) za mazao manne ya chakula zilichambuliwa na utaratibu wa metagenomic wakati wa kudumishwa katika mfumo wa mara kwa mara wa virutubisho filamu hydroponics ambapo viwango vya pH na virutubisho viliruhusiwa kubadilika kwa kawaida katika mzunguko wa maisha ya mimea (Sheridan et al. 2017). Waandishi walihitimisha kuwa matibabu na mchanganyiko wa kibiashara wa vijidudu vya kukuza ukuaji wa mimea (PGPMs), katika kesi hii bakteria, mycorrhizae na fungi, walionekana kutoa utulivu mkubwa na kufanana katika utungaji wa jamii baada ya wiki 12—14 kuliko katika udhibiti. Wao zinaonyesha kwamba hii inaweza kuhusishwa na exudates mizizi, ambayo kwa makusudi neema na hata kudhibiti maendeleo ya jamii microbial sahihi kwa hatua mfululizo kupanda maendeleo. Kutokana na madhara inayojulikana ya PGPMs katika uzalishaji wa mazao ya udongo, na masomo machache ambayo inapatikana kwa mifumo isiyo na udongo, uchunguzi zaidi unatakiwa kuamua jinsi ya kuongeza PGPMs na kuboresha madhara yao katika mfumo wa aquaponics (Bartelme et al. 2018). Ikiwa tamaduni za hydroponic ni imara zaidi na ukuaji wa mimea ni imara zaidi na PGPM, basi lengo linapaswa kuwa na sifa za jamii za microbial katika aquaponics kupitia metagenomics na kuziunganisha na upatikanaji bora wa jumla na micronutrient kupitia metabolomics na proteomics.

6. 6.6 Mabomba yaliyosimamishwa na Sludge

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Vigezo vya uendeshaji wa aquaponics kwa kiwango fulani - ikiwa ni pamoja na kiasi cha maji, joto, kulisha na mtiririko, pH, umri wa samaki na mazao na msongamano - wote huathiri usambazaji wa muda na anga wa jamii za microbial zinazoendelea ndani ya vyumba vyake, kwa kitaalam: RAS (Blancheton et al. 2013); hydroponics (Lee na Lee 2015).

   Mbali na kudhibiti oksijeni iliyoyeyushwa, viwango vya dioksidi kaboni na pH katika aquaponics, ni muhimu pia kudhibiti mkusanyiko wa yabisi katika mfumo wa RAS kama chembe nzuri zilizosimamishwa zinaweza kuambatana na gills, kusababisha abrasion na dhiki ya kupumua na kuongeza uwezekano wa ugonjwa (Yildiz et al. 2017) . Inafaa zaidi, jambo la kikaboni la chembe (POM) linapaswa kuondolewa kwa haraka na kwa ufanisi kutoka kwa mifumo ya RAS, au ukuaji wa heterotrophic mkubwa utasababisha karibu mchakato wote wa kitengo kushindwa. RAS kulisha viwango lazima makini kusimamiwa ili kupunguza yabisi kupakia juu ya mfumo (kwa mfano kuepuka juu-kulisha na kupunguza gharama za kulisha). Mali ya biophysical ya kulisha — ukubwa wa chembe, maudhui ya virutubisho, digestibility, rufaa ya hisia, wiani na kiwango cha kutulia — kuamua viwango vya kumeza na assimilation, ambayo kwa upande ina athari juu ya yabisi kujenga na hivyo ubora wa maji. Ingawa ubora wa maji unajifunza mara kwa mara katika mazingira ya baiskeli ya virutubisho (angalia Chap. 9, ni muhimu pia kupata uelewa bora wa muundo wa jamii za microbial na mabadiliko katika haya kulingana na muundo wa kulisha, chembechembe upakiaji na jinsi hii inathiri ukuaji wa jamii heterotrophic na autotrophic bakteria.

   Vipengele mbalimbali vya miundo ya mfumo wa RAS vimeanzishwa mahsusi ili kukabiliana na yabisi (Timmons na Ebeling 2013); angalia pia ukaguzi: (Vilbergsson et al. 2016b). Kwa mfano, baadhi ya biofilters kazi ya kuweka sehemu kubwa ya taka suspended ili kuwezesha uharibifu, wakati wengine mechanically kuchuja kupitia skrini au vyombo vya habari punjepunje. Wengine bado wanategemea mchanga ili kukusanya tu na kuondoa sludge. Hata hivyo, mbinu hizo si hasa ufanisi katika kurejesha virutubisho ndani ya sludge na kuifanya bioavailable kwa matumizi ya mimea. Kihistoria, sludge hii imekuwa kubebwa katika bioreactors kwa thamani yake methanogenic au demaji kutumiwa kama mbolea kwa ajili ya mazao ya udongo, lakini miundo mbalimbali karibu zaidi wamejaribu kuboresha ahueni kwa matumizi katika sehemu ya hydroponic. Kuboresha ahueni ya sludge hii ni eneo muhimu la uchunguzi kutokana na kwamba sehemu kubwa ya macro- muhimu na micronutrients required kwa ajili ya ukuaji wa mimea ni wajibu wa chembechembe jambo hai, ambayo, kama kuondolewa, ni waliopotea kutoka mfumo. Kwa kuongeza ziada sludge kusindika kitanzi kwa mfumo wa aquaponics, taka imara inaweza kubadilishwa kuwa virutubisho kufutwa kwa matumizi tena na mimea badala ya kuachwa (Goddek et al. 2018). Digesters au remineralizing bioreactors ni njia moja ya kukamilisha hili, hata hivyo moja ya maeneo muhimu ambayo kwa sasa ni under-maendeleo ni pamoja na maarifa ya jinsi jamii microbial ndani ya digesters hizi sludge inaweza kuimarishwa (kwa mfano kupitia nyongeza ya microbes) au bora itatumika (kwa mfano kupitia bora engineered kubuni ya mitambo wanaohusishwa) kuokoa virutubisho katika aina bioavailable kwa mimea. Ingawa halisi ya jamii microbial ndani ya digesters sludge si vizuri utafiti kwa ajili ya aquaponics, kuna maandiko makubwa juu ya microbiota ya sludge digesters kwa maji taka na wanyama taka katika kilimo, ikiwa ni pamoja na samaki majivu, ambayo inaweza kutoa ufahamu zaidi katika miundo bora kwa sludge ahueni katika mfumo wa aquaponics. Utafiti wa sasa juu ya kuingizwa kwa sludge katika mfumo wa aquaponics unahusisha remineralization katika digesters iko kati ya RAS na kitengo hydroponic (Goddek et al. 2016a, 2018). Ndani ya bioreactors aerobic au anaerobic, hali ya mazingira ambayo ni nzuri kwa uharibifu wa taka inaweza kwa ufanisi kuvunja sludge hii katika virutubisho bioavailable, ambayo inaweza hatimaye kutolewa kwa mfumo wa hydroponics bila uwepo wa udongo (Monsees et al. 2017). Wengi moja-kitanzi aquaponics mfumo tayari ni pamoja na aerobic (Rakocy et al. 2004) na anaerobic (Yogev et al. 2016) digesters kubadilisha virutubisho kwamba ni trapped katika sludge samaki na kuwafanya bioavailable kwa mimea. Uwezo wa kutengeneza haya una faida kadhaa ambazo zinajadiliwa zaidi katika Chap. 8 na inaonekana kusababisha viwango vya juu vya ukuaji (Goddek na Vermeulen 2018). Hata hivyo, licha ya maendeleo mengi, teknolojia halisi ya kukamilisha hili bado ni changamoto. Kwa mfano, baadhi ya bakteria heterotrophic denitrifying cultured katika hali anoxic au hata aerobic na sludge kutoka RAS kutumia nitrati kama receptor elektroni na vyanzo oxidized kaboni kwa nishati, wakati kuhifadhi ziada P kama polyphosphate pamoja na ions divalent chuma kama vile casup+2/sup au Cusup+2/sup. Wakati alisisitiza katika pH alkali, bakteria hizi kuharibu polyphosphate na kutolewa orthophosphate, ambayo ni fomu muhimu kwa ajili ya assimilation ya mimea phosphate (Van Rijn et al. 2006). Kuingiza remineralization bioreactor vitengo, kama vile wale katika Goddek et al. (2018), inaweza kutoa njia ya bora kurejesha P kwa hydroponics. Mbinu kama hiyo, kwa mfano, zimetumika kwa trout sludge kutoka RAS kwamba walikuwa kutibiwa kwa nitrate na P maudhui kwa ziada ya mipaka halali ovyo (Goddek et al. 2015). Hata hivyo, jamii za microbial zinazohusika katika michakato hii ni nyeti kwa hali ya utamaduni kama vile uwiano wa C:N, oksijeni, ioni za chuma na pH, hivyo nitriti na intermediates nyingine za noxious zinaweza kujilimbikiza. Pamoja fasihi kubwa juu ya digesters ya taka mbalimbali hai, hasa anaerobic kwa ajili ya uzalishaji wa biogas (Ibrahim et al. 2016), kuna utafiti mbali kidogo juu ya kutibu taka RAS (Van Rijn 2013), na katika kesi ya mfumo wa aquaponics, hata chini ya kutosha utafiti kuhusu uhusiano kati ya madini bioavailability na ukuaji wa mazao katika mfumo wa hydroponics (Möller na Müller 2012). Kwa wakati huu, masomo zaidi ya RAS sludge bioreactors inaweza kutoa ufahamu muhimu katika hali ya utamaduni kwa wakazi microbial kwamba kuzalisha matokeo mazuri, kwa mfano, juu ya P ahueni, na kuanzishwa kwake katika vitengo hydroponics.

   Moja ya changamoto za sasa katika jitihada za kutathmini upya wa P kutoka sludge hutokea wakati kulinganisha majaribio ya digesters anaerobic na aerobic kwa ufanisi wao (Goddek et al. 2016b; Monsees et al. 2017). Ingawa tafiti zote mbili zilitumia muundo sawa wa sludge awali, matokeo yalikuwa tofauti kabisa. Katika utafiti mmoja (Monsees et al. 2017), hatua za virutubisho mbalimbali mumunyifu katika matibabu aerobic ilisababisha kuongezeka kwa 330% katika P mkusanyiko na kupungua kwa 16% katika mkusanyiko wa nitrati ikilinganishwa na ongezeko madogo katika P na kupunguza 97% katika nitrati katika matibabu anaerobic. Kwa upande mwingine, matokeo ya utafiti sawa (Goddek et al. 2016b) ilionyesha kuwa ukuaji wa mimea lettuce katika kitengo hydroponic alikuwa bora kutumia anaerobic supernatant, ingawa wote anaerobic na aerobic matibabu tu ilisababisha kidogo bora nitrate ahueni kutoka hali anaerobic na hasara karibu kamili ya PosU4/Sub kutoka matibabu yote (Goddek et al. 2016b). Ni wazi, sababu kama vile utungaji kulisha na viwango, kusimamishwa dhidi ya kutulia ya yabisi, pH (iimarishwe saa 7 ± 1 na CaOHsub2/sub katika zamani na variable 8.2—8.65 katika mwisho), sampuli na samaki Matatizo tofauti katika masomo haya mawili. Hata hivyo, matokeo tofauti ya POSU4/Sub na NOSU3/Sub zinaonyesha haja ya utafiti zaidi ili kuongeza virutubisho ahueni, pamoja na kuongeza ya mbinu metagenomics tabia jamii microbial ili kuelewa vizuri nafasi yao katika mchakato huu.

7. 6.7 Hitimisho

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Zamani uwanja wa wazalishaji wadogo wadogo, maendeleo ya kiteknolojia yanazidi kusonga aquaponics katika uzalishaji mkubwa wa kibiashara kwa kulenga kuboresha macro-na micronutrient ahueni wakati kutoa ubunifu wa kiufundi ili kupunguza mahitaji ya maji na nishati. Hata hivyo, kuongeza maji ya maji kwa kiwango cha viwanda inahitaji uelewa bora zaidi na matengenezo ya makusanyiko ya microbial, na utekelezaji wa hatua kali za biocontrol zinazopendelea afya na ustawi wa samaki na mazao, wakati bado hukutana na viwango vya usalama wa chakula kwa binadamu matumizi. Utafiti zaidi juu ya biocontrol ya vimelea microbial katika aquaponics, ikiwa ni pamoja na uwezo wa binadamu, samaki na mimea pathogens zinahitajika, kwa sababu ya unyeti wa mifumo hiyo kwa perturbation, na ukweli kwamba matumizi ya kemikali na antibiotics inaweza kuwa na madhara makubwa kwa wakazi microbial, samaki na kupanda physiologies, pamoja na uendeshaji wa mfumo wa jumla. Elucidating mwingiliano microbial unaweza kuboresha uzalishaji wa mfumo wa aquaponics kutokana na majukumu muhimu ya microbes katika kugeuza jambo hai katika aina inatumika ambayo inaweza kuruhusu samaki na mimea kustawi.