aquaponics
7.2 Sviluppo Storico dell'Acquaponica accoppiata
La maggior parte degli sforzi di ricerca originali sui sistemi acquaponici accoppiati si è svolta negli Stati Uniti, con una crescente presenza nell’UE, in parte avviata dall’azione COST FA1305, dall’hub acquaponica dell’UE e da altri centri di ricerca europei. Oggi, i progetti di sistemi aquaponici a ricircolo completo dominano quasi completamente l’industria acquaponica americana, con stime che oltre il 90% dei sistemi aquaponici esistenti negli Stati Uniti sono di un progetto a ricircolo completo (Lennard, pers.
· Aquaponics Food Production Systems7.1 Introduzione
Fig. 7.1 Diagramma del primo sistema di Naegel (1977) che cresce Tilapia e carpa comune in combinazione con lattuga e pomodori in un sistema di ricircolo chiuso La combinazione di coltivazione di pesci e piante in acquaponica accoppiata risale al primo progetto di Naegel (1977) in Germania, utilizzando un sistema di scala da 2000 L (Fig. 7.1) situato in una serra a ambiente controllato. Questo sistema è stato sviluppato per verificare l’uso di sostanze nutritive provenienti dalle acque reflue dei pesci in condizioni di ricircolo dell’acqua completamente controllate destinate alla produzione di impianti, compreso un sistema a doppio fango (trattamento delle acque reflue aerobiche).
· Aquaponics Food Production Systems6.7 Conclusioni
Anticamente il settore dei piccoli produttori, i progressi tecnologici stanno spostando sempre più l’acquaponica verso una produzione commerciale su larga scala, concentrandosi su un miglioramento del recupero di macro e micronutrienti, fornendo al contempo innovazioni tecniche per ridurre il fabbisogno idrico ed energetico. Tuttavia, l’aumento dell’acquaponica su scala industriale richiede una migliore comprensione e manutenzione degli assemblaggi microbici e l’attuazione di forti misure di biocontrollo che favoriscano la salute e il benessere dei pesci e delle colture, pur rispettando gli standard di sicurezza alimentare per gli esseri umani consumo.
· Aquaponics Food Production Systems6.6 Solidi e fanghi sospesi
I parametri per il funzionamento dell’acquaponica su una determinata scala — compresi volume d’acqua, temperatura, portate e portate, pH, età e densità dei pesci e delle colture — influenzano tutti la distribuzione temporale e spaziale delle comunità microbiche che si sviluppano all’interno dei suoi comparti, per le revisioni: RAS (Blancheton et al. 2013); idroponica (Lee e Lee 2015). Oltre a controllare l’ossigeno disciolto, i livelli di anidride carbonica e il pH in acquaponica, è anche essenziale controllare l’accumulo di solidi nel sistema RAS in quanto particelle fini sospese possono aderire alle branchie, causare abrasioni e distress respiratorio e aumentare la suscettibilità alle malattie (Yildiz et al.
· Aquaponics Food Production Systems6.5 Ruoli batterici nel ciclo nutriente e biodisponibilità
Sono state condotte notevoli ricerche per caratterizzare i batteri eterotrofici e autotrofici nei sistemi RAS e per comprendere meglio il loro ruolo nel mantenimento della qualità dell’acqua e nel ciclo dei nutrienti (per le recensioni, vedere Blancheton et al. (2013); Schreier et al. (2010). Gli eterotrofi non patogeni, tipicamente dominati da Alphaproteobacteria e Gammaproteobacteria, tendono a prosperare nei biofiltri, e il loro contributo alle trasformazioni dell’azoto è abbastanza ben compreso perché il ciclo di azoto (NC) è stato di fondamentale importanza nello sviluppo della coltura di ricircolo sistemi (Timmons ed Ebeling 2013).
· Aquaponics Food Production Systems6.4 Equilibrio microbico e potenziamento nelle unità acquaponiche
La produttività nel sistema acquaponico comporta il monitoraggio e la gestione dei parametri ambientali al fine di fornire a ciascun componente, sia microbico, animale o vegetale, condizioni di crescita ottimali. Sebbene ciò non sia sempre possibile in considerazione dei compromessi dei requisiti, uno degli obiettivi chiave dell’acquaponica ruota attorno al concetto di omeostasi, in cui il mantenimento della stabilità del sistema comporta la regolazione dei parametri operativi per ridurre al minimo le perturbazioni inutili che causano stress all’interno di un’unità, oppure effetti dannosi su altri componenti.
· Aquaponics Food Production Systems6.3 Considerazioni sulla biosicurezza per la sicurezza alimentare e il controllo degli agenti patogeni
6.3.1 Sicurezza alimentare Una buona sicurezza alimentare e garantire il benessere degli animali sono priorità elevate per ottenere il sostegno pubblico all’acquaponica. Uno dei problemi più frequenti sollevati dagli esperti di sicurezza alimentare in relazione all’acquaponica è il potenziale rischio di contaminazione da agenti patogeni umani quando si utilizzano gli effluenti di pesce come fertilizzante per le piante (Chalmers 2004; Schmautz et al. 2017). Una recente ricerca in letteratura per determinare i rischi zoonotici nell’acquaponica ha concluso che gli agenti patogeni nell’acqua di aspirazione contaminata, o agenti patogeni nei componenti di mangimi originari di animali a sangue caldo, possono diventare associati a microbiota intestinale di pesce, che, anche se non dannosi per i pesci stessi, possono potenzialmente essere abbandonato la catena alimentare agli esseri umani (Antaki e Jay-Russell 2015).
· Aquaponics Food Production Systems6.2 Strumenti per lo studio delle comunità microbiche
Le nuove tecnologie per studiare il modo in cui le comunità microbiche cambiano nel tempo e quali gruppi di organismi predominano in particolari condizioni ambientali, hanno sempre più offerto opportunità di anticipare gli esiti negativi all’interno dei componenti del sistema e quindi portare alla progettazione di sensori e test migliori per il monitoraggio efficace delle comunità microbiche nelle colture ittiche o vegetali. Ad esempio, varie tecnologie «omiche» — metagenomica, metatranscriptomica, proteomica comunitaria, metabolomica — stanno sempre più consentendo ai ricercatori di studiare la diversità del microbiota nei sistemi RAS, biofiltri, idroponica e digestori dei fanghi, dove il campionamento include interi assemblaggi microbici invece di un determinato genoma.
· Aquaponics Food Production Systems6.1 Introduzione
L’acqua di ricircolo nella porzione di acquacoltura di un sistema acquaponico contiene sia particolato che sostanza organica disciolta (POM, DOM) che entrano nel sistema principalmente tramite mangimi per pesci; la porzione di mangime che non viene consumata o metabolizzata dai pesci rimane come rifiuti nell’acqua del sistema di acquacoltura a ricircolo (RAS) , in forma disciolta (ad esempio ammoniaca) o come solidi sospesi o depositati (ad esempio fanghi). Una volta rimossa la maggior parte dei fanghi mediante separazione meccanica, la restante sostanza organica disciolta deve ancora essere rimossa da un sistema RAS.
· Aquaponics Food Production Systems5.9 Vantaggi di Aquaponics
Poiché esistono due tecnologie analoghe, esistenti e distinte, che producono pesci e piante a tassi elevati (coltura ittica RAS e produzione di piante idroponico/substrato), una ragione della loro integrazione sembra pertinente. La RAS produce pesci a tassi produttivi in termini di guadagno individuale di biomassa, per il peso del mangime aggiunto, che competono, se non meglio, con altri metodi di acquacoltura (Lennard 2017). Inoltre, le elevate densità di pesce che il RAS consente portano a maggiori guadagni collettivi di biomassa (Rakocy et al.
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