Source material

Kuelewa aquaponics

1. Kusawazisha mazingira ya aquaponic

   Original publication 2014 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Neno kusawazisha hutumiwa kuelezea hatua zote ambazo mkulima wa maji huchukua ili kuhakikisha kuwa mazingira ya samaki, mimea na bakteria ni katika msawazo wa nguvu. Haiwezi kupinduliwa kuwa aquaponics yenye mafanikio ni hasa juu ya kudumisha mazingira ya usawa. Kuweka tu, hii ina maana kwamba kuna usawa kati ya kiasi cha samaki, kiasi cha mimea na ukubwa wa biofilter, ambayo ina maana ya kiasi cha bakteria. Kuna uwiano wa majaribio kati ya ukubwa wa biofilter, wiani wa kupanda na wiani wa kuhifadhi samaki kwa aquaponics. Ni busara, na ni vigumu sana, kufanya kazi zaidi ya uwiano huu bora bila kuhatarisha matokeo mabaya kwa mazingira ya jumla ya maji. Wataalamu wa juu wa aquaponic wanaalikwa kujaribu na kurekebisha uwiano huu, lakini inashauriwa kuanza aquaponics kufuatia uwiano huu. Sehemu hii inatoa kifupi, lakini muhimu, kuanzishwa kwa kusawazisha mfumo. Biofilter ukubwa na kuhifadhi msongamano ni kufunikwa kwa kina zaidi katika Sura ya 8.

   Nitrate usawa

   Msawazo katika mfumo wa aquaponic unaweza kulinganishwa na kiwango cha kusawazisha ambapo samaki na mimea ni uzito unaosimama kwa mikono tofauti. Mikono ya usawa hufanywa kwa bakteria ya nitrifying. Hivyo ni msingi kwamba biofiltration ni imara ya kutosha kusaidia sehemu nyingine mbili. Hii inafanana na unene wa lever katika Mchoro 2.10. Kumbuka kuwa silaha hazikuwa na nguvu za kutosha kusaidia kiasi cha taka za samaki na kwamba mkono ulivunja. Hii ina maana kwamba biofiltration haikuwa ya kutosha.

   Ikiwa majani ya samaki na ukubwa wa biofilter ni sawa, kitengo cha aquaponic kitatengeneza kutosha amonia ndani ya nitrate. Hata hivyo, ikiwa sehemu ya mmea imepunguzwa, basi mfumo utaanza kukusanya virutubisho (Mchoro 2.11). Kwa maneno ya vitendo, viwango vya juu vya virutubisho havina madhara kwa samaki wala mimea, lakini ni dalili kwamba mfumo huo hauna ufanisi kwenye upande wa mmea.

   makosa ya kawaida ya usimamizi ni wakati wengi mno mimea na samaki wachache sana hutumiwa, kama inavyoonekana katika mazingira ya tatu inavyoonekana katika Kielelezo 2.12. Katika kesi hiyo, amonia hutumiwa na bakteria ya nitrifying, lakini kiasi cha nitrati na virutubisho vingine haitoshi kufunika mahitaji ya mimea. Hali hii hatimaye inaongoza kwa kupungua kwa kasi katika viwango vya virutubisho na, kwa hiyo, mazao ya mimea.

   

   

   Somo kubwa kutoka kwa mifano yote ni kwamba kufikia uzalishaji wa kiwango cha juu kutoka kwa aquaponics inahitaji kudumisha uwiano sahihi kati ya taka za samaki na mahitaji ya virutubisho vya mboga, huku kuhakikisha eneo la kutosha la uso kukua koloni la bakteria ili kubadilisha taka zote za samaki. Hali hii uwiano ni inavyoonekana katika Kielelezo 2.13. Uwiano huu kati ya samaki na mimea pia hujulikana kama uwiano wa biomasi. Vitengo vya aquaponic vilivyofanikiwa vina majani sahihi ya samaki kuhusiana na idadi ya mimea, au kwa usahihi zaidi, uwiano wa kulisha samaki kupanda mahitaji ya virutubisho ni sawa. Ingawa ni muhimu kufuata uwiano uliopendekezwa kwa uzalishaji mzuri wa chakula cha maji, kuna uwiano mkubwa wa ufanisi, na wakulima wenye ujuzi wa aquaponic wataona jinsi aquaponics inakuwa mfumo wa kujitegemea. Aidha, mfumo wa aquaponic hutoa mkulima makini na ishara za onyo kama mfumo huanza kuingizwa nje ya usawa, kwa namna ya metrics ya ubora wa maji na afya ya samaki na mimea, yote ambayo yanajadiliwa kwa undani katika chapisho hili.

   Feed kiwango cha uwiano

   Vigezo vingi vinazingatiwa wakati wa kusawazisha mfumo (angalia Sanduku la 2), lakini utafiti wa kina umerahisisha njia ya kusawazisha kitengo kwa uwiano mmoja unaoitwa uwiano wa kiwango cha feed*. Uwiano wa kiwango cha kulisha ni summation ya vigezo vitatu muhimu zaidi, ambavyo ni: kiasi cha kila siku cha kulisha samaki kwa gramu kwa siku, aina ya mmea (mimea vs matunda) na nafasi ya kupanda kwa mimea katika mita za mraba. Uwiano huu unaonyesha kiasi

   ya kila siku kulisha samaki kwa kila mita za mraba wa nafasi ya kuongezeka. Ni muhimu zaidi kusawazisha mfumo juu ya kiasi cha kulisha kuingia kwenye mfumo kuliko kuhesabu kiasi cha samaki moja kwa moja. Kwa kutumia kiasi cha kulisha, basi inawezekana kuhesabu samaki wangapi kulingana na matumizi yao ya kila siku.

   Uwiano wa kiwango cha kulisha utatoa mazingira ya usawa kwa samaki, mimea na bakteria, ikiwa kuna biofiltration ya kutosha. Tumia uwiano huu wakati wa kubuni mfumo wa aquaponic. Ni muhimu kutambua kwamba uwiano wa kiwango cha kulisha ni mwongozo tu wa kusawazisha kitengo cha maji, kama vigezo vingine vinaweza kuwa na athari kubwa katika hatua tofauti katika msimu, kama vile mabadiliko ya msimu katika joto la maji. Kiwango cha juu cha kulisha kwa mboga za matunda huchangia kiasi kikubwa cha virutubisho kinachohitajika kwa mimea hii kuzalisha maua na matunda ikilinganishwa na mboga za majani.

   Pamoja na uwiano wa kiwango cha kulisha, kuna njia nyingine mbili rahisi na za ziada ili kuhakikisha mfumo wa uwiano: hundi ya afya, na kupima nitrojeni.

   Angalia afya ya samaki na mimea

   Samaki au mimea isiyo na afya mara nyingi ni onyo kwamba mfumo haupo usawa. Dalili za upungufu kwenye mimea kwa kawaida zinaonyesha kwamba virutubisho vya kutosha kutokana na taka za samaki zinazalishwa. Upungufu wa virutubisho mara nyingi huonekana kama ukuaji maskini, majani ya njano na maendeleo duni ya mizizi, yote ambayo yanajadiliwa katika Sura ya 6. Katika kesi hiyo, wiani wa kuhifadhi samaki, kulisha (ikiwa huliwa na samaki) na biofilter inaweza kuongezeka, au mimea inaweza kuondolewa. Vile vile, ikiwa samaki huonyesha dalili za dhiki, kama vile gasping juu ya uso, kusugua pande za tangi, au kuonyesha maeneo nyekundu karibu na mapezi, macho na gills, au katika hali mbaya zaidi kufa, mara nyingi ni kwa sababu ya kujengwa kwa viwango vya amonia au nitriti sumu. Hii mara nyingi hutokea wakati kuna taka nyingi kufutwa kwa ajili ya sehemu biofilter mchakato. Yoyote ya dalili hizi katika samaki au mimea inaonyesha kwamba mkulima anahitaji kuchunguza kikamilifu na kurekebisha sababu.

   Upimaji wa Nit

   Njia hii inahusisha kupima viwango vya nitrojeni katika maji kwa kutumia vifaa vya mtihani wa maji rahisi na vya gharama nafuu (Kielelezo 2.14). Ikiwa amonia au nitriti ni ya juu (\ > 1 mg/lita), inaonyesha kwamba biofiltration haitoshi na eneo la uso wa biofilter linapaswa kuongezeka. Samaki wengi hawana uvumilivu wa ngazi hizi kwa zaidi ya siku chache. Kiwango cha ongezeko la nitrati kinahitajika, na ina maana viwango vya kutosha vya virutubisho vingine vinavyohitajika kwa ukuaji wa mimea. Samaki wanaweza kuvumilia viwango vya nyanyuliwa vya nitrati, lakini kama viwango vya kubaki juu (\ > 150 mg/litre) kwa wiki kadhaa baadhi ya maji yanapaswa kuondolewa na kutumika kumwagilia mazao mengine.

   

   Kama viwango vya nitrati ni vya chini (\ 坪 10 mg/lita) katika kipindi cha wiki kadhaa, kulisha samaki inaweza kuongezeka kidogo ili kuhakikisha kuna virutubisho vya kutosha kwa ajili ya mboga. Hata hivyo, kamwe usiondoke chakula cha samaki ambacho hazijatumiwa kwenye tank ya maji, hivyo kuongeza wiani wa kuhifadhi samaki inaweza kuwa muhimu. Vinginevyo, mimea inaweza kuondolewa ili kuna virutubisho vya kutosha kwa wale wanaobaki. Ni vyema na ilipendekeza kupima viwango vya nitrojeni kila wiki ili kuhakikisha mfumo huo ni sawa. Aidha, viwango vya nitrati ni kiashiria cha kiwango cha virutubisho vingine katika maji.

   Tena, wote wa mahesabu na uwiano zilizotajwa hapo juu, ikiwa ni pamoja na samaki kuhifadhi wiani, uwezo wa kupanda na ukubwa biofilter, ni alielezea kwa kina zaidi katika sura zifuatazo (hasa katika Sura ya 8). Lengo la sehemu hii lilikuwa kutoa ufahamu wa jinsi muhimu ni kusawazisha mazingira ndani ya aquaponics na kuonyesha mbinu rahisi na mikakati ya kufanya hivyo.

   *Chanzo: Shirika la Chakula na Kilimo la Umoja wa Mataifa, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus na Alessandro Lovatelli, Ndogo aquaponic uzalishaji wa chakula, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Imetolewa kwa ruhusa. *

2. Vipengele muhimu vya kibiolojia vya aquaponics

   Original publication 2014 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Kama ilivyoelezwa katika Sura ya 1, aquaponics ni aina ya kilimo jumuishi ambayo inachanganya mbinu mbili kuu, ufugaji wa maji na hydroponics. Katika kitengo kimoja cha kurudia tena, maji ya utamaduni hutoka tank ya samaki iliyo na taka za kimetaboliki za samaki. Maji ya kwanza hupita kupitia chujio cha mitambo ambacho kinachukua taka imara, na kisha hupita kupitia biofilter ambayo oxidizes amonia kwa nitrati. Maji kisha husafiri kwa njia ya kupanda vitanda ambapo mimea kutumia virutubisho, na hatimaye maji anarudi, kujitakasa, kwa tank samaki (Kielelezo 2.1). Biofilter hutoa makazi kwa bakteria kubadili taka ya samaki kuwa virutubisho vinavyoweza kupatikana kwa mimea. Virutubisho hivi, ambavyo hupasuka ndani ya maji, huingizwa na mimea. Utaratibu huu wa kuondolewa kwa virutubisho husafisha maji, kuzuia maji kuwa sumu na aina zenye madhara ya nitrojeni (amonia na nitriti), na inaruhusu samaki, mimea, na bakteria kustawi kwa usawa. Hivyo, viumbe vyote hufanya kazi pamoja ili kujenga mazingira yenye afya ya kukua kwa kila mmoja, ikiwa ni pamoja na kwamba mfumo huo ni sawa.

   

   Mzunguko wa nitrojeni

   Mchakato muhimu zaidi wa kibaiolojia katika aquaponics ni mchakato wa nitrification, ambayo ni sehemu muhimu ya mzunguko wa nitrojeni kwa ujumla unaoonekana katika asili. Nitrojeni (N) ni kipengele cha kemikali na kizuizi muhimu cha jengo kwa aina zote za maisha. Ni sasa katika asidi amino wote, ambayo kufanya juu ya protini yote ambayo ni muhimu kwa ajili ya wengi muhimu

   

   michakato ya kibiolojia kwa wanyama kama vile kanuni ya enzyme, ishara ya kiini na ujenzi wa miundo. Nitrojeni ni virutubisho muhimu zaidi kwa mimea yote. Nitrojeni, kwa umbo la gesi, kwa kweli ni elementi tele zaidi iliyopo katika angahewa ya Dunia inayounda asilimia 78 ya hiyo, huku oksijeni ikiunda asilimia 21 tu. Hata hivyo, licha ya nitrojeni kuwa tele sana, iko tu katika angahewa kama nitrojeni ya molekuli (N2), ambayo ni dhamana imara sana mara tatu ya atomi za nitrojeni na haipatikani kwa mimea. Kwa hiyo, nitrojeni katika fomu yake ya N2 inapaswa kubadilishwa kabla ya mimea kuitumia kwa ukuaji. Utaratibu huu unaitwa nitrojeni fixation. Ni sehemu ya mzunguko wa nitrojeni (Kielelezo 2.2), inayoonekana katika asili (Mchoro 2.3). Nitrojeni- naitrojeni huwezeshwa na bakteria zinazobadilisha kemikali N2 kwa kuongeza elementi nyingine kama vile hidrojeni au oksijeni, na hivyo kutengeneza misombo mpya ya kemikali kama vile amonia (NH3 ) na nitrati (NO3 -) ambayo mimea inaweza kutumia kwa urahisi. Pia, nitrojeni ya anga inaweza kudumu kupitia mchakato wa utengenezaji wa nishati unaojulikana kama Mchakato wa Haber, unaotumiwa kuzalisha mbolea za maandishi.

   Mnyama kuwakilishwa katika Kielelezo 2.3 inazalisha taka (nyasi na mkojo) ambayo kwa kiasi kikubwa alifanya ya amonia (NH3). Nyingine zinazooza kikaboni zinazopatikana katika asili, kama vile mimea au wanyama waliokufa, huvunjwa na fungi na vikundi mbalimbali vya bakteria kuwa amonia. Amonia hii ni metabolized na kundi maalum la bakteria, ambayo ni muhimu sana kwa aquaponics, inayoitwa bakteria nitrifying. Bakteria hizi kwanza hubadilisha amonia kuwa misombo ya nitriti (NO2-) na kisha hatimaye kuwa misombo ya nitrati (NO3-). Mimea inaweza kutumia amonia na nitrati ili kufanya michakato yao ya ukuaji, lakini nitrati hupatikana kwa urahisi na mizizi yao.

   

   

   Bakteria ya nitrifying, ambayo huishi katika mazingira mbalimbali kama vile udongo, mchanga, maji na hewa, ni sehemu muhimu ya mchakato wa nitrification ambao hubadilisha taka za mimea na wanyama kuwa virutubisho vinavyoweza kupatikana kwa mimea. Kielelezo 2.4 inaonyesha mchakato huo kama kwamba mfano katika Kielelezo 2.3, lakini ni pamoja na ngumu zaidi kati yake chati kuonyesha hatua zote za mzunguko nitrojeni.

   

   Utaratibu huu wa asili wa nitrification na bakteria ambayo hutokea katika udongo pia hufanyika katika maji kwa njia ile ile. Kwa aquaponics, taka za wanyama ni excreta ya samaki iliyotolewa katika mizinga ya utamaduni. Bakteria hiyo ya nitrifying ambayo huishi kwenye ardhi pia itaanzisha ndani ya maji au juu ya kila uso wa mvua, kugeuza amonia kutoka taka ya samaki kwenye nitrati iliyosababishwa kwa urahisi kwa mimea ya kutumia. Nitrification katika mifumo ya aquaponic hutoa virutubisho kwa mimea na hupunguza amonia na nitriti ambayo ni sumu (Kielelezo 2.5).

   *Chanzo: Shirika la Chakula na Kilimo la Umoja wa Mataifa, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus na Alessandro Lovatelli, Ndogo aquaponic uzalishaji wa chakula, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Imetolewa kwa ruhusa. *

3. Kudumisha koloni ya bakteria yenye afya

   Original publication 2014 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Vigezo vikuu vinavyoathiri ukuaji wa bakteria ambavyo vinapaswa kuzingatiwa wakati wa kudumisha biofilter yenye afya ni eneo la kutosha la uso na hali sahihi ya maji.

   Eneo la uso

   Makoloni ya bakteria yatastawi kwenye nyenzo yoyote, kama vile mizizi ya mimea, pamoja na kuta za tank za samaki na ndani ya kila bomba la kukua. Eneo la jumla linalopatikana kwa bakteria hizi litaamua kiasi gani cha amonia kinachoweza kuimarisha. Kulingana na majani ya samaki na kubuni mfumo, mizizi ya mimea na kuta za tank inaweza kutoa eneo la kutosha. Mifumo yenye wiani wa juu wa samaki huhitaji sehemu tofauti ya biofiltration ambapo nyenzo zilizo na eneo la juu la uso, kama vile inert kukua vyombo vya habari - changarawe, tuff au udongo ulioenea (Mchoro 2.7).

   

   Maji pH

   PH ni jinsi tindikali au msingi maji ni. Ngazi ya pH ya maji ina athari juu ya shughuli za kibiolojia za bakteria ya nitrifying na uwezo wao wa kubadilisha amonia na nitriti (Mchoro 2.8). Safu za vikundi viwili vya nitrifying hapa chini zimetambuliwa kuwa bora, lakini maandiko juu ya ukuaji wa bakteria pia yanaonyesha aina kubwa zaidi ya uvumilivu (6-8.5) kwa sababu ya uwezo wa bakteria kukabiliana na mazingira yao.

   Nitrifying bakteria	PH mojawapo
   Nitrosomonas spp.	7.2-7.8
   Nitrobacter spp.	7.2-8.2

   Hata hivyo, kwa aquaponics, sahihi zaidi pH mbalimbali ni 6-7 kwa sababu mbalimbali hii ni bora kwa mimea na samaki (Sura ya 3 kujadili maelewano juu ya vigezo ubora wa maji). Aidha, hasara ya ufanisi wa bakteria inaweza kukabiliana na kuwa na bakteria zaidi, hivyo biofilters lazima ukubwa ipasavyo.

   

   Joto la maji

   Joto la maji ni parameter muhimu kwa bakteria, na kwa aquaponics kwa ujumla. Aina bora ya joto kwa ukuaji wa bakteria na uzalishaji ni 17 -34 °C Kama joto la maji linapungua chini ya 17 °C, uzalishaji wa bakteria utapungua. Chini ya 10 °C, uzalishaji unaweza kupunguzwa kwa asilimia 50 au zaidi. Joto la chini lina athari kubwa juu ya usimamizi wa kitengo wakati wa baridi (tazama Sura ya 8).

   oksijeni iliyoharibiwa

   Nitrifying bakteria haja kiwango cha kutosha cha oksijeni kufutwa (DO) katika maji wakati wote ili kudumisha viwango vya juu vya tija.

   Nitrification ni mmenyuko wa oksidi, ambapo oksijeni hutumiwa kama reagent; bila oksijeni, majibu huacha. Viwango vyema vya DO ni 4 -8 mg/lita. Nitrification itapungua ikiwa viwango vya DO vinapungua chini ya 2.0 mg/ lita. Aidha, bila viwango vya kutosha DO, aina nyingine ya bakteria inaweza kukua, moja ambayo kubadilisha nitrati thamani nyuma katika unusable nitrojeni Masi katika mchakato anaerobic inayojulikana kama denitrification.

   Mwanga wa ult

   Bakteria ya nitrifying ni viumbe vya picha, maana yake ni kwamba mwanga wa ultraviolet (UV) kutoka jua ni tishio. Hii ni hasa kesi wakati wa malezi ya awali ya makoloni ya bakteria wakati mfumo mpya wa aquaponic umeanzishwa. Mara baada ya bakteria kuwa colonized uso (3 -5 siku), UV mwanga unaleta hakuna tatizo kubwa. Njia rahisi ya kuondoa tishio hili ni kufunika tank ya samaki na vipengele vya filtration na nyenzo za kinga za UV wakati kuhakikisha hakuna maji katika sehemu ya hydroponic inayoonekana kwa jua, angalau mpaka makoloni ya bakteria yameundwa kikamilifu.

   Bakteria ya nitrifying itaongezeka kwenye nyenzo zilizo na eneo la juu (Mchoro 2.9), zimehifadhiwa kwa kutumia vifaa vya kinga vya UV, na chini ya hali sahihi ya maji (Jedwali 2.1).

   

   MEZA 2.1

   ####### Uvumilivu wa ubora wa maji kwa bakteria ya nitr

   | | **Joto (°C) ** | ph | **Amonia (mg/litre) ** | **nitriti (mg/lita) ** | **Nitrati (mg/lita) ** | **DO (mg/litre) ** | | - | - | - | - | - | - | | Uvumilivu Range | 17 -34 | 6 -8.5 |\ ż 3 |\ ż 400 | 4 -8 |

   *Chanzo: Shirika la Chakula na Kilimo la Umoja wa Mataifa, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus na Alessandro Lovatelli, Ndogo aquaponic uzalishaji wa chakula, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Imetolewa kwa ruhusa. *

4. Biofilter

   Original publication 2014 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Bakteria ya nitrifying ni muhimu kwa utendaji wa jumla wa kitengo cha aquaponic. Sura ya 4 inaelezea jinsi sehemu ya biofilter kwa kila njia ya aquaponic inafanya kazi, na Sura ya 5 inaelezea makundi mbalimbali ya bakteria ambayo hufanya kazi katika kitengo cha maji. Makundi mawili makubwa ya bakteria ya nitrifying yanahusika katika mchakato wa nitrification: 1) bakteria ya amonia iliyooksidishwa (AOB), na 2) bakteria ya nitrite-oxidizing (NOB) (Mchoro 2.6). Wao metabolize amonia kwa utaratibu wafuatayo:

   1. Bakteria ya AOB kubadilisha amonia (NH) kuwa nitriti (NO-)

   2. Bakteria NOB kisha kubadilisha nitriti (NO-) katika nitrati (NO-)

   

   Kama inavyoonekana katika alama za kemikali, AOB oxidize (kuongeza oksijeni kwa) amonia na kujenga nitriti (NO-) na NOB zaidi oxidize nitriti (NO-) katika nitrati (NO-). Jenasi Nitrosomonas ni AOB ya kawaida katika aquaponics, na jenasi Nitrobacter ni NOB ya kawaida; majina haya hutumiwa mara kwa mara kubadilishana katika fasihi na hutumiwa katika chapisho hili.

   Kwa muhtasari, mazingira ndani ya kitengo cha aquaponic hutegemea kabisa bakteria. Ikiwa bakteria haipo au kama hazifanyi kazi vizuri, viwango vya amonia ndani ya maji vitaua samaki. Ni muhimu kuweka na kusimamia koloni ya bakteria yenye afya katika mfumo wakati wote ili kuweka viwango vya amonia karibu na sifuri.

   *Chanzo: Shirika la Chakula na Kilimo la Umoja wa Mataifa, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus na Alessandro Lovatelli, Ndogo aquaponic uzalishaji wa chakula, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Imetolewa kwa ruhusa. *