6.5 पोषक तत्व साइकलिंग और जैवउपलब्धता में बैक्टीरियल भूमिकाएं

आरएएस सिस्टम में हेटरोट्रॉफिक और ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया को चिह्नित करने के लिए और पानी की गुणवत्ता और पोषक तत्वों की साइकिल चलाने में उनकी भूमिकाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए काफी शोध किया गया है (समीक्षा के लिए, ब्लैंचेटन एट अल देखें। (2013); श्रेयर एट अल। (2010)। गैर-रोगजनक हेटरोट्रोफ, आमतौर पर Alphaproteobacteria और Gammaproteobacteria का प्रभुत्व है, बायोफिल्टर में कामयाब होते हैं, और नाइट्रोजन के परिवर्तनों में उनके योगदान काफी अच्छी तरह से समझा जाता है क्योंकि नाइट्रोजन साइक्लिंग (एनसी) पुनरावृत्ति संस्कृति के विकास में सर्वोपरि महत्व का रहा है सिस्टम (Timmons और Ebeling 2013)। यह लंबे समय से मान्यता प्राप्त है कि आरएएस प्रणाली में मछली द्वारा उत्सर्जित अमोनिया के जीवाणु परिवर्तन, उत्सर्जन दर के साथ मिलान किया जाना चाहिए क्योंकि अतिरिक्त अमोनिया जल्दी से मछली के लिए विषाक्त हो जाता है (देखें [Chap। 9](/साम्य/लेख/अध्याय 9-पोषक चक्र-इन-एक्वापोनिक्स सिस्टम))। इसलिए मीठे पानी और समुद्री आरएएस में, एनसी गतिशीलता में माइक्रोबियल समुदायों की कार्यात्मक भूमिकाएं - नाइट्रिफिकेशन, डेनिट्रिफिकेशन, अमोनीफिकेशन, एनारोबिक अमोनियम ऑक्सीकरण और प्रतिकृति नाइट्रेट में कमी - ने काफी शोध ध्यान प्राप्त किया है और हाल ही में समीक्षाओं में वर्णित हैं (रूरंगवा और Verdegem 2015; श्रेयर एट अल 2010)। एक्वापोनिक्स में नाइट्रोजन परिवर्तनों के बहुत कम अध्ययन हैं, लेकिन हाल की समीक्षा (वोंगकीव एट अल। 2017) नाइट्रोजन उपयोग दक्षता की चर्चा के साथ सारांश प्रदान करता है, जो हाइड्रोपोनिक्स में पौधों के विकास के लिए एक प्रमुख विचार है।

नाइट्रोजन के बाद, एक्वापोनिक्स में दूसरा सबसे आवश्यक मैक्रोन्यूट्रिएंट फॉस्फोरस है, जो मछली के लिए सीमित कारक नहीं है जो इसे फ़ीड से प्राप्त करता है, लेकिन हाइड्रोपोनिक्स में पौधों के लिए महत्वपूर्ण है। हालांकि, मछली कचरे में फॉस्फेट के रूप पौधों के लिए तुरंत जैव उपलब्ध नहीं हैं। पौधों में पर्याप्त मात्रा में अकार्बनिक आयनिक ऑर्थोफॉस्फेट होना चाहिए (एचएसयूबी 2/सबपॉसब4/सबसुप-/एसयूपी और एचपीओसब4/सबसुप 2-/एसयूपी = पीआई) (बेका एट अल। 2014), क्योंकि यह तेज और आत्मसात के लिए एकमात्र जैव उपलब्ध रूप है। अकार्बनिक फॉस्फेट पीएच 7.0 से ऊपर कैल्शियम से बांधता है, इसलिए एक्वापोनिक्स सिस्टम को पीएच 7.0 के पास पीएच शर्तों को बनाए रखने के लिए सावधान रहना चाहिए। चूंकि पीएच मान 7.0 से ऊपर उठते हैं, कैल्शियम फॉस्फेट के विभिन्न अघुलनशील रूप कीचड़ (बेका एट अल 2014; सिबिएलेक एट अल 2014) में वेग के रूप में समाप्त हो सकते हैं। इसलिए, पी के आरएएस नुकसान मुख्य रूप से सिस्टम (वान रिजन 2013) से कीचड़ को हटाने के माध्यम से हैं। हालांकि, एक्वापोनिक्स प्रणाली में कहीं भी, हाइड्रोपोनिक्स इकाई में फसलों के लिए उपयोगी पोषक तत्वों की पर्याप्त आपूर्ति प्रदान करने के लिए कण पदार्थ को पकड़ने और खनिज करने की अनुमति दी जानी चाहिए। खनिज चरण अन्य मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक तत्वों को भी जारी करेगा ताकि कम कमी हो, इस प्रकार हाइड्रोपोनिक्स डिब्बे में पूरक की आवश्यकता को कम किया जा सके। यह देखते हुए कि फॉस्फेट युक्त उर्वरकों की दुनिया की आपूर्ति घट रही है और पी के साथ पूरकता तेजी से महंगा है, आरएएस कीचड़ से पी की वसूली को अधिकतम करने के प्रयास किए जा रहे हैं (गोडडेक एट अल। 2016b; मोन्सी एट अल। 2017)।

मैक्रो और सूक्ष्म पोषक तत्वों की जैवउपलब्धता वर्तमान में खराब समझी गई है। पिछला शोध (Cerozi और Fitzsimmons 2016a) से पता चलता है कि पोषक तत्वों की उपलब्धता के साथ समझौता किया जाता है के रूप में पीएच नीचे कम हो जाता है 7.0 और पत्तेदार साग के लिए युग्मित हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली के परिणामस्वरूप पीएच 6.0 के आसपास संचालित किया जा रहा है। हालांकि, हाल के शोध में एक्वापोनिक स्थितियों और पीएच 7.0 की तुलना में पीएच 5.8 की हाइड्रोपोनिक स्थितियों में उत्पादकता में कोई अंतर नहीं दिखाया गया है (एंडरसन एट अल। 2017 ए, बी)। इन अध्ययनों में, पीएच 7.0 पर हाइड्रोपोनिक स्थितियों ने हाइड्रोपोनिक पीएच 5.8 की तुलना में\ ~ 22% उत्पादकता कम कर दी। प्रारंभ में, परिकल्पना यह थी कि उत्पादकता में अंतर एक्वापोनिक पानी के माइक्रोबायोटा को बताया जा सकता है, लेकिन बाद के शोध ने उस सिद्धांत को खारिज कर दिया (Wielgosz एट अल। 2017)।

आरएएस में जहां सी: कार्बनिक पदार्थ की उपलब्धता के कारण एन अनुपात बढ़ता है, बैक्टीरिया को अस्वीकार करना, विशेष रूप से Pseudomonas एसपी।, कार्बन का उपयोग एनोक्सिक परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में करें, नाइट्रेट की कीमत पर एनएसयूबी 2/उप का उत्पादन करने के लिए (श्रेयर एट अल। 2010; वोंगकीव एट अल। 2017)। बायोफ्लॉक सिस्टम कभी-कभी मछली के लिए फ़ीड बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है (केकड़ा एट अल। 2012; मार्टिनेज-कॉर्डोवा एट अल। 2015), और बायोफ्लॉक का उपयोग एक्वापोनिक्स सिस्टम में विशेष रूप से एशिया में किया जा रहा है (फेंग एट अल। 2016; किम एट अल। 2017; पिन्हो एट अल। 2017), पोषक साइकिल चालन और भी जटिल हो जाता है, जो डीओ, तापमान और पीएच प्रभाव है कि क्या हेटरोट्रॉफिक (कार्बन-उपयोग) माइक्रोबियल समुदायों ऑटोट्रॉफिक डेनिट्रिफायर पर प्रबल होते हैं जो सल्फाइड को कम करने में सक्षम हैं सल्फेट (श्रेयर एट अल 2010)। Heterotrophs कार्बन के पर्याप्त स्रोतों की उपस्थिति में autotrophs की तुलना में एक उच्च वृद्धि दर है (Michaud एट अल. 2009); इसलिए, फ़ीड प्रकार या शासनों में हेरफेर करना, या सीधे एक कार्बनिक कार्बन स्रोत जोड़ना, भंग ऑक्सीजन के स्तर की निगरानी करते समय, आबादी को संतुलित रखने में मदद कर सकते हैं जबकि अभी भी एक प्रयोग करने योग्य रूप में एन के साथ हाइड्रोपोनिक्स प्रदान (Vilbergsson एट अल. 2016ए)।

हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में, पोषक तत्वों के आवश्यक संतुलन वाले अकार्बनिक यौगिकों को आम तौर पर पौधों की उचित वृद्धि सुनिश्चित करने के लिए जोड़ा जाता है। हालांकि, उच्च पोषक तत्व सांद्रता, विशेष रूप से ग्रीनहाउस जैसे आर्द्र गर्म वातावरण में आसानी से माइक्रोबियल समुदायों के विकास की सुविधा प्रदान करती है, विशेष रूप से कवक (Fusarium) और oomycota (Phytophthora, Pythium एसपी।), जो जल्दी से पानी परिसंचारी में समुद्र का हो सकता है और परिणामस्वरूप मर सकता है- नापसंद (ली और ली 2015)। हाल ही में हाइड्रोपोनिक rhizobacteria को बेहतर ढंग से समझने के प्रयासों और पौधों के विकास को बढ़ावा देने में उनके लाभकारी प्रभावों (लेकिन रोगज़नक़ों के प्रसार को बाधित करने के लिए) ने माइक्रोबियल समुदायों और रूट सिस्टम (ली और ली 2015) के साथ उनकी बातचीत का विश्लेषण करने के लिए विभिन्न ‘ओमिक्स’ तकनीकों का उपयोग किया है।

उदाहरण के लिए, जब प्रोबायोटिक बैक्टीरिया जैसे Bacillus मौजूद होते हैं, तो उन्हें पी उपलब्धता बढ़ाने के लिए दिखाया गया था और टिलापिया-सलाद प्रणाली (सेरोज़ी और फिट्सिमन्स 2016b) में एक अतिरिक्त संयंत्र विकास प्रभाव भी दिखाई देता है। एक्वापोनिक्स प्रणाली में, मछली फ़ीड और आरएएस पानी के साथ-साथ हाइड्रोपोनिक पानी की आपूर्ति के लिए प्रोबायोटिक्स के अलावा, आगे प्रयोग के हकदार हैं, क्योंकि माइक्रोबियल समुदायों के पौधे फिजियोलॉजी पर कई मॉड्यूलेटरी प्रभाव पड़ सकते हैं। उदाहरण के लिए, चार खाद्य फसलों के माइक्रोबियल समुदायों (बैक्टीरिया, कवक, ओमीसेट्स) का विश्लेषण मेटागेनोमिक अनुक्रमण द्वारा किया गया था जब एक निरंतर पोषक फिल्म हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में बनाए रखा गया था जहां पीएच और पोषक सांद्रता पौधों के जीवन चक्र (शेरिडन एट अल। 2017)। लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि पौधे के विकास को बढ़ावा देने वाले रोगाणुओं (पीजीपीएम) के वाणिज्यिक मिश्रण के साथ उपचार, इस मामले में बैक्टीरिया, माइकोरिज़ी और कवक, नियंत्रण की तुलना में 12 से 14 सप्ताह के बाद सामुदायिक संरचना में अधिक स्थिरता और समानताएं प्रदान करने के लिए दिखाई दिए। उनका सुझाव है कि इसे रूट एक्स्यूडेट्स के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जो लगातार पौधों के विकास के चरणों के लिए उपयुक्त माइक्रोबियल समुदायों के विकास के लिए अनुकूल है और यहां तक कि नियंत्रण भी करता है। मिट्टी आधारित फसल उत्पादन में पीजीपीएम के ज्ञात प्रभावों को देखते हुए, और मिट्टी रहित प्रणालियों के लिए उपलब्ध कुछ अध्ययनों को देखते हुए, आगे की जांच यह निर्धारित करने के लिए जरूरी है कि पीजीपीएम को कैसे बढ़ाया जाए और एक्वापोनिक्स सिस्टम (बार्टेलमे एट अल। 2018) में उनके प्रभावों को बेहतर बनाया जाए। यदि हाइड्रोपोनिक संस्कृतियां अधिक स्थिर होती हैं और पौधों की वृद्धि पीजीपीएम के साथ अधिक मजबूत होती है, तो लक्ष्य मेटागोनॉमिक्स के माध्यम से एक्वापोनिक्स में माइक्रोबियल समुदायों को चिह्नित करना चाहिए और मेटाबोलोमिक्स और प्रोटीओमिक्स के माध्यम से इष्टतम मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक तत्व उपलब्धता के साथ उन्हें सहसंबंधित करना चाहिए।