5.7 Fonti di Nutrienti
L’apporto principale di qualsiasi sistema aquaponico sono i nutrienti aggiunti perché i sistemi aquaponici sono progettati per suddividere in modo efficiente i nutrienti ad essi aggiunti alle tre importanti forme di vita presenti: i pesci e le piante (che sono i principali prodotti del sistema) e la microflora (che contribuiscono a rendere il aggiunto nutrienti disponibili per i pesci e le piante) (Lennard 2017).
Nei classici design acquaponici a ricircolo completo, uno dei principali driver di progettazione è quello di utilizzare la principale fonte di nutrienti, il mangime per pesci, nel modo più efficiente possibile e quindi i progetti a ricircolo completo si sforzano di fornire il maggior numero di nutrienti necessari per le piante dal mangime per pesci (Lennard 2017). I disegni disaccoppiati, invece, pongono l’accento sulla crescita ottimizzata delle piante confrontando direttamente le miscele di nutrienti e i punti di forza applicati nella coltura idroponica e substrato standard e cercando di replicare quelle all’interno del contesto acquaponico e quindi non si sforzano di fornire il maggior numero di nutrienti necessari per le piante dal mangime per pesci e utilizzano sostanziali supplementi di nutrienti esterni per raggiungere i tassi di crescita richiesti (Delaide et al. 2016). Ciò significa che viene posta un’enfasi diversa sull’origine dei nutrienti aggiunti, in base all’approccio tecnico di progettazione, e ciò, di conseguenza, influisce sulla principale fonte di approvvigionamento di nutrienti del sistema acquaponico; per i disegni a ricircolo completo, la principale fonte di nutrienti vegetali è il mangime per pesci (attraverso i rifiuti di pesce) ), e per i disegni disaccoppiati la principale fonte di approvvigionamento di nutrienti per le piante sono gli integratori esterni (ad esempio sali nutrienti) (Lennard 2017).
I disegni acquaponici a ricircolo completo, come il modello del sistema acquaponico UVI, si basano sul mangime per pesci come principale fonte di nutrienti per il sistema (Rakocy et al. 2006). Il mangime per pesci viene aggiunto al pesce, che lo mangiano, lo metabolizzano e utilizzano i nutrienti da esso richiesti e quindi producono un flusso di rifiuti (sia solidi che disciolti). Questo flusso di rifiuti dal pesce diventa la principale fonte di nutrienti per le piante, e quindi, il mangime per pesci è la principale fonte di nutrienti per le piante. Il sistema UVI fornisce circa l'80% o più dei nutrienti necessari per coltivare le piante dal solo mangime per pesci (Lennard 2017). I restanti nutrienti necessari per la crescita delle piante, poiché il mangime per pesci non li contiene nelle quantità richieste, vengono aggiunti tramite un metodo di integrazione dei nutrienti che fornisce il duplice ruolo di integrare i nutrienti aggiuntivi e controllare il pH acquatico del sistema (Rakocy et al. 2006). Questo approccio a doppio ruolo è indicato come «buffering» e il supplemento è indicato come «buffer». Per il modello UVI, i due importanti nutrienti vegetali identificati come carenti nei mangimi per pesci e che richiedono l’integrazione sono potassio (K) e calcio (Ca) e vengono integrati quotidianamente tramite il regime di tampone. Inoltre, il ferro necessario per le piante (Fe) manca anche nel mangime per pesci ed è integrato in forma chelata mediante aggiunta diretta all’acqua del sistema ad una frequenza misurata in settimane (cioè ogni 2-4 settimane sulla base di analisi settimanale del ferro acquatico) (Rakocy et al. 2006).
Altri approcci o metodi di progettazione acquaponica a ricircolo completo pongono un’enfasi ancora maggiore sulla fornitura di nutrienti attraverso il mangime per pesci. Lennard (2017) ha sviluppato un metodo per sistemi a ricircolo completo che fornisce oltre il 90% dei nutrienti necessari per la crescita delle piante dal mangime per pesci aggiunto. L’aumento dell’efficienza dei nutrienti forniti tramite il mangime per pesci di questo metodo rispetto al metodo UVI consiste nel fatto che questo approccio rimineralizza i rifiuti solidi di pesci (tramite biodigestione esterna mediata dai batteri) e aggiunge questi nutrienti nel sistema acquaponico per l’utilizzo delle piante, mentre il Il metodo UVI invia la maggior parte dei rifiuti solidi di pesce ad un flusso di rifiuti esterno (Rakocy et al. 2006; Lennard 2017). Questo approccio aggiunge anche sostanze nutritive carenti nel mangime per pesci per la crescita delle piante attraverso un regime di tampone; tuttavia, questo regime è molto più esigente e consente una maggiore manipolazione dei punti nutritivi e delle miscele rispetto all’approccio UVI (Lennard 2017).
Pertanto, le principali vie di aggiunta di nutrienti per la maggior parte dei progetti di sistemi acquaponici a ricircolo completo sono il mangime per pesci (via principale), l’integrazione esterna tampone per l’aggiunta di potassio e calcio (via minore) e l’integrazione diretta del chelato di ferro (via minore).
I progetti di sistemi acquaponici disaccoppiati, come quelli attualmente ampiamente adottati in Europa, si basano su una miscela di nutrienti per mangimi per pesci e su un’integrazione esterna attiva per fornire i nutrienti necessari per la crescita delle piante (Suhl et al. 2016). Poiché i disegni disaccoppiati non restituiscono acqua dal componente vegetale al componente pesce, è possibile personalizzare il profilo nutritivo all’interno dell’acqua in modo specifico al fabbisogno vegetale (Goddek et al. 2016). Pertanto, i progetti acquaponici disaccoppiati si basano quasi sempre su una sostanziale integrazione di nutrienti esterni per soddisfare il requisito vegetale e porre molta meno enfasi sulla fornitura di quanto più nutrizionale possibile per le piante provenienti dai rifiuti ittici. Inoltre, la quantità di integrazione esterna è considerevole rispetto agli approcci a ricircolo completo (Lennard 2017) con frazioni esterne regolarmente 50% o più del fabbisogno totale di nutrienti vegetali o superiore (Goddek 2017). I nutrienti esterni integrati nei sistemi aquaponici disaccoppiati sono più spesso analoghi idroponici o derivati del sale nutriente (Delaide et al. 2016; Karimanzira et al. 2016). Questa dipendenza da una fonte di sostanze nutritive aggiuntive sostanziali diverse da quelle derivanti dai rifiuti ittici (mangimi per pesci) che sono in natura sale idroponico, per l’approvvigionamento vegetale dell’approccio europeo disaccoppiato, ha persino influenzato direttamente la definizione di acquaponica che attualmente la comunità acquaponica europea applica, con l’EU COST, EU Aquaponics Hub, definendo l’acquaponica come «… un sistema di produzione di organismi acquatici e piante in cui la maggioranza (\ > 50%) dei nutrienti che sostengono le piante deriva da rifiuti provenienti dall’alimentazione degli organismi acquatici» (Goddek 2017; COST FA 1305, 2017) rispetto a Lennard ( 2017) che definisce l’acquaponica che richiede almeno l'80% di apporto di nutrienti dai rifiuti ittici. Alcuni sostengono anche se un metodo che si basa sul 50% dei nutrienti necessari per la crescita delle piante provenienti da fonti esterne diverse dai mangimi per pesci sia effettivamente di natura acquaponica o meglio, un metodo idroponico con alcuni pesci integrati o aggiunti (Lennard 2017)?
Un’altra fonte di approvvigionamento di sostanze nutritive ai sistemi acquaponici è quella dell’integrazione nutriente esterna tramite l’applicazione di spray per piante fogliari (Tyson et al. 2008; Roosta e Hamidpour 2011; Roosta e Hamidpour 2013; Roosta 2014). Questi spray fogliari sono ancora una volta, una consegna acquatica di sali nutrienti idroponici standard o derivati. La differenza è che negli esempi disaccoppiati sopra, i sali nutritivi vengono aggiunti direttamente all’acqua di coltura e sono quindi accessibili dalle piante attraverso l’assorbimento delle radici (Resh 2013), mentre gli spray fogliari, come suggerisce il nome, aggiungono sali nutritivi disciolti alle foglie della pianta e l’assorbimento avviene tramite pianta foglia stomatale o accesso cuticola (Fernandez et al. 2013).
Ci sono quindi diverse principali fonti nutritive applicate in acquaponica: mangimi per pesci, sistemi di tamponamento (attraverso le specie di sale basiche che regolano il pH aggiunte alla colonna d’acqua), aggiunte di sali nutrienti (sali idroponici di nutrienti aggiunti alla colonna d’acqua) e spray fogliari (sali nutritivi idroponici aggiunti alla foglia superficie). Tutti i quali forniscono nutrienti al sistema acquaponico per la salute e la crescita dei pesci e delle piante coltivate.