Aqu @teach: إمدادات المغذيات في أكوابونيكش
التركيب الكيميائي للمياه النظام في أكوابونيكش معقد جدا. وبالإضافة إلى مجموعة كبيرة من الأيونات المذابة، فإنه يحتوي على مواد عضوية ناتجة عن إطلاق منتجات استقلاب الأسماك وهضم الأعلاف، فضلا عن المواد التي تفرزها النباتات. هذه المواد غير معروفة إلى حد كبير، وتفاعلاتها يمكن أن تؤثر على التركيب الكيميائي ودرجة الحموضة من حلول المغذيات أكوابونك. كل هذا يمكن أن يكون له آثار متعددة، ولكن في الغالب غير معروف حتى الآن، على امتصاص المغذيات من قبل النباتات، وعلى صحة الأسماك، وعلى النشاط الميكروبي.
تدخل المغذيات إلى نظام أكوابوني عن طريق المياه المضافة وعلف الأسماك (Schmautz et al. 2016). من حيث التركيب العنصري، تحتوي علف الأسماك على حوالي 7.5٪ من النيتروجين، و 1.3٪ من الفوسفور، و 46٪ من الكربون (Schmautz، بيانات غير منشورة). من حيث المركبات العضوية، تحتوي علف الأسماك على بروتينات (دقيق السمك أو النبات) والدهون (زيت السمك والزيوت النباتية) والكربوهيدرات (بويد 2015). تحتاج الأسماك العاشبة (مثل البلطي) إلى حوالي 25% من البروتين في علمها، مقارنة بالأسماك الآكلة للحوم التي تتطلب حوالي 55% من البروتين (بويد 2015). كل من دقيق السمك وفول الصويا غير مستدامة (لأسباب مختلفة)، لذلك هناك أبحاث مكثفة لإيجاد بدائل مناسبة لدقيق الأسماك والوجبات الغذائية النباتية (بويد 2015؛ Davidson et al. 2013؛ تاكون وميتيان 2008).
إذا تم حساب نسب التغذية بشكل صحيح، يتم تناول جميع الأعلاف المضافة إلى النظام، وفقط كل ما لا يستخدم للنمو والتمثيل الغذائي تفرز (الشكل 11). وتعتمد نسبة المغذيات المفرزة أيضًا على جودة النظام الغذائي وهضمه (Buzby & Lin 2014). هضم علف الأسماك، وحجم البراز، ونسبة التسوية كلها مهمة جدا لتشغيل النظام (Yavuzcan Yildiz et al. 2017). ولذلك، فإن تكوين المغذيات من المياه نظام أكوابونك، الناتجة عن نوعية المياه المضافة، وتغذية الأسماك المضافة، والتفاعلات الأيضية بأكملها في النظام، معقدة للغاية ولا تتطابق دائما مع متطلبات النبات. ومع ذلك، ينبغي أن تكون رفاهية الأسماك موضع اهتمام مركزي، وينبغي اختيار علف الأسماك لتناسب الأنواع السمكية في كل مرحلة من مراحل التنمية. يجب تنظيم توافر العناصر الغذائية التي يمكن استيعابها بواسطة النباتات في خطوة ثانية.
#
الشكل 11: التدفق البيئي للنيتروجين والفوسفور (بالنسبة المئوية) من أجل (أ) إنتاج أقفاص البلطي النيلي (بعد Montanhini Neto & Ostrensky 2015)؛ (ب) إنتاج RAS (بيانات من Strauch et al. 2018). «غير مفسر» يدل على جزء N و P الذي لا يمكن أن يعزى إلى أي فئة
وتبين البيانات الواردة في الجدول 10 أن معظم المغذيات النباتية، وخاصة P والحديد، كانت بتركيزات أقل بكثير في النظام المائي المائي الذي تم فحصه بالمقارنة مع المحاليل المائية القياسية. ويبدو أن هذه الحالة هي حالة نموذجية في العمليات المائية؛ غير أن معدلات نمو المحاصيل المائية مرضية في معظم الحالات (Schmautz، بيانات غير منشورة). دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه الظاهرة.
لسوء الحظ، تفسير هذه البيانات صعب للغاية. والسبب هو أنه في الآونة الأخيرة في تغذية النبات، تم استبدال «قانون ليبيغ» الذي يبلغ من العمر قرابة قرنين (يتم التحكم في نمو النبات بواسطة أقل الموارد) بنماذج رياضية معقدة تأخذ التفاعلات بين العناصر الغذائية الفردية والمركبات والأيونات في الاعتبار (Baxter 2015). لا تسمح هذه الطرق بإجراء تقييم بسيط لآثار التغيرات في مستويات المغذيات في نظام مائي أو أكوابوني. أيضا، يجب أن نضع في اعتبارنا أنه لا توجد صياغة مثالية للاحتياجات الغذائية لمحصول معين. تختلف المتطلبات الغذائية باختلاف التنوع، ومرحلة دورة الحياة، وطول اليوم، والظروف الجوية (Bittszansky et al. 2016؛ Resh 2013؛ سونيفيلد & فوغت 2009).
وبشكل عام، يجب أن يبقى تركيز النيتروجين أعلى من 165 ملغم/لتر، والفوسفور فوق 50 ملغ/لتر، والبوتاسيوم فوق 210 ملغم/لتر (Resh 2013). وفي الأحياء المائية، يصعب تحقيق هذه التركيزات العالية لعدة عناصر ذات صلة بسبب ثلاثة أسباب:
1 - وكلما ارتفعت التركيزات في الماء، كلما زاد فقدان العناصر الغذائية من خلال تبادل المياه أو الحمأة. ومع ذلك، حتى في النظام المغلق، هناك حاجة إلى مستوى معين من تبادل المياه، من أجل التعويض عن خسائر التبخر والنتح والحد من تراكم المكونات غير المرغوب فيها.
2 - مع ارتفاع تركيز المواد الغذائية في الماء، مكونات مثل الملح أو السموم تتراكم في النظام أيضا.
3 - يتفاعل الفوسفور مع الكالسيوم إذا كان هذا موجودا في تركيزات أعلى ويرسب كما فوسفات الكالسيوم.
النباتات التي تنمو في المقصورة المائية لديها متطلبات محددة تعتمد على الصنف النباتي ومرحلة النمو (Resh 2013). يمكن استكمال المغذيات إما عن طريق نظام المياه (Schmautz et al. 2016) أو عن طريق تطبيق ورقي (Roosta & Hamidpour 2011).
الجدول 10: مقارنة تركيزات المغذيات في المحلول المائي القياسي وفي الماء من نظام أكوابوني مغلق (Schmautz، بيانات غير منشورة)
| التركيز [ملغم/لتر] | نسبة التركيز(هيدروبونيك/أكوابونك) | |||
|---|---|---|---|---|
| أكوابونيكش (شماوتز، غير منشورة) | الزراعة المائية (الأمثل للخس، ريش 2013) | |||
| المغذيات الكبيرة | ||||
| N (كما لا -) 3 | 147 | 165 | 1.1 | |
| N (كما NH +) 4 | 2.8 | 15 | 5.4 | |
| P (كما PO 3-) 4 | 5.1 | 50 | 10 | |
| K (ك+) | 84 | 210 | 2.5 | |
| ملغ (كما ملغ2+) | 18 | 45 | 2.5 | |
| كاليفورنيا (كما كاليفورنيا2+) | 180 | 190 | 1.1 | |
| S (كما هو الحال 2-) 4 | 21 | 65 | 3.1 | |
| المغذيات الدقيقة | ||||
| الحديد (كما الحديد2+) | 0.2 | 4 | 20 | |
| الزنك (الزنك2+) | 0.2 | 0.1 | 0.5 | |
| B (كما B [OH]-) 4 | 0.1 | 0.5 | 5 | |
| Mn (كما Mn2+) | 1.4 | 0.5 | 0.4 | |
| النحاس (كما النحاس2+) | 0.1 | 0.1 | 1 | |
| مو (كما مذكرة التفاهم 2-) 4 | 0.002 | 0.05 | 25 | |
وعادة ما تكون مستويات النيتروجين (N، كما نترات) ** كافية لنمو النبات الجيد، في حين أن مستويات العديد من العناصر الغذائية الأخرى، ولا سيما الحديد والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K) والمغنيسيوم (Mg) ** غير كافية عموما لتحقيق أقصى قدر من نمو النبات. وكما يتبين من الجدول، فإن المغذيات الدقيقة الأخرى يمكن أن تكون محدودة أيضا. في aquaponic، من المهم بشكل خاص مراقبة الرقم الهيدروجيني، لأنه عند الرقم الهيدروجيني فوق 7، قد ترسب عدة مواد غذائية (انظر الشكل 10) من الماء وبالتالي تصبح غير متوفرة للنباتات.
**البوتاسيوم (K) ** ليس ضرورياً للأسماك مما يؤدي إلى انخفاض تكوين البوتاسيوم في تغذية الأسماك وإلى انخفاض مستويات البوتاسيوم المتاحة للنباتات (Seawrit et al. 1998). لتوريد البوتاسيوم، غالباً ما يستخدم مخزن الأس الهيدروجيني لكوه، حيث أن الرقم الهيدروجيني غالباً ما ينخفض في أكوابونيكشن بسبب النتريفيكاتيون (Graber & Junge 2009). ول ذلك فائدة إضافية تتمثل في رفع مستويات البوتاسيوم, على الرغم من أنه يمكن أن يكون ساما لل أسماك. تم الإبلاغ عن أن قيمة LC50 للسمية الحادة للأسماك في حدود 80 ملغم/لتر، وفي النظم المائية المزروعة بالطماطم، يتراكم البوتاسيوم بشكل رئيسي في الثمار (Schmautz et al. 2016).
**الحديد (الحديد) ** هو أيضا في كثير من الأحيان عاملا مقيدا في أكوابونيكش، وبالتالي يمكن إضافته كإجراء وقائي قبل أن تصبح أوجه القصور واضحة. التركيزات العالية من الحديد لن تضر بالنظام المائي، على الرغم من أنها قد تعطي لونا أحمر طفيفا للمياه. من أجل ضمان امتصاص النباتات بسهولة، يجب إضافة الحديد كحديد مخلب، والمعروف باسم الحديد المعزول. هناك أنواع مختلفة من مخالب الحديد: FE-EDTA، FE-DTPA، و FE-eddha. يمكن إضافة الحديد إلى مياه النظام (على سبيل المثال 2 ملغ L-1 مرة كل أسبوعين) أو رشه مباشرة على الأوراق (تطبيق الأوراق) من 0.5 غرام لتر-1 ) (Roosta & Hamidpour 2011).
المصدر الرئيسي للكالسيوم (Ca) والمغنيسيوم (Mg) ** و**الكبريت (S) ** هو مياه الصنبور، مما يسهل الامتصاص من قبل النباتات حيث أن العناصر الغذائية متوفرة بالفعل (Delaide et al. 2017). ومع ذلك، فإن هذه العناصر غالبا ما تكون عند مستويات منخفضة في النظم المائية (Graber & Junge 2009؛ Seawrightet al. 1998, شماوتز, بيانات غير منشورة). خصوصا Ca غالبا ما يكون عاملا محددا في أكوابونيكش، لأنه لا يمكن نقلها إلا من خلال النتح الزيليم النشط. عندما تكون الظروف رطبة جدا، يمكن أن يكون الكالسيوم متاحا ولكن مغلق لأن النباتات لا تمر. زيادة تدفق الهواء مع فتحات التهوية أو المراوح يمكن أن تمنع هذه المشكلة. خلاف ذلك، يجب استكمال كربونات الكالسيوم (Caco3) أو هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH)2).
**يستخدم الزنك (الزنك) ** كجزء من عملية تعبئة بعض الأجزاء المعدنية، والتي يمكن استخدامها في بناء AP (خزانات الأسماك، البراغي الخ)، وهي موجودة في نفايات الأسماك. وفي حين أن حالات نقص الزنك نادرة، فإن سمية الزنك يمكن أن تشكل مشكلة في الأحياء المائية، لأنه في حين أن النباتات تستطيع تحمل فائض، فإن الأسماك لا تستطيع. يجب الحفاظ على مستويات الزنك بين 0.03 - 0.05 ملغم/لتر، وسيتم التركيز على معظم الأسماك عند 0.1 إلى 1 ملغم/لتر، وسوف تبدأ في الموت عند 4-8 ملغم/لتر، وأفضل طريقة للحفاظ على مستويات الزنك ضمن نطاق غير مؤذية هي تجنب المعدات المجلفنة (Storey 2018). ومع ذلك، في بعض النظم قد يحدث نقص الزنك. ويمكن تخفيف نقص الزنك عن طريق تطبيق ورقي للزنك المخلب (Treadwell et al. 2010).
وبالتالي فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان من الضروري والفعال لإضافة المواد الغذائية إلى أنظمة أكوابونك (Nozzi et al. 2018). شريطة أن يتم تخزين النظام بما يكفي من الأسماك، وأن يكون الرقم الهيدروجيني في المستوى الصحيح، فإنه ليس من الضروري إضافة مغذيات للنباتات ذات دورة زراعة قصيرة والتي لا تنتج الفواكه (مثل الخضر الورقية مثل الخس، Nozzi et al. 2018). وعلى النقيض من ذلك، تتطلب الخضروات المثمرة (مثل الطماطم والباذنجان) مكملات غذائية. يمكن حساب كمية الأسمدة المعدنية المطلوبة باستخدام برنامج HydroBuddy (Fernandez 2016) (انظر أيضاً التمرين في الوحدة السادسة). بالإضافة إلى تجربتنا في تكميل المغذيات المعدنية، ينبغي في المستقبل اختبار الأسمدة المائية العضوية المتاحة تجاريا من أجل تحديد أي منها لا يضر بحياة الأسماك. في الآونة الأخيرة، تم اقتراح معالجة حمأة الأسماك في هضم، وإعادة إدخال هذا الهضم في نظام المياه، لزيادة إمدادات المغذيات للنباتات (Goddek et al. 2016). ومن الفوائد المحتملة الأخرى لتزويد النظام المائي بالمغذيات العضوية، بدلا من المعادن، يمكن أن يكون لها تأثير إيجابي على السكان الميكروبيين.
*حقوق الطبع والنشر © شركاء مشروع Aqu @teach. Aqu @teach هي شراكة استراتيجية إيراسموس في التعليم العالي (2017-2020) بقيادة جامعة غرينتش، بالتعاون مع جامعة زيوريخ للعلوم التطبيقية (سويسرا)، والجامعة التقنية في مدريد (إسبانيا)، وجامعة ليوبليانا ومركز ناكلو التقني الحيوي (سلوفينيا) . *