5.9 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. 2006; Lennard 2017). L’idroponica e la coltura del substrato possiedono, all’interno di un contesto ambientale controllato, tassi di produzione avanzati di piante che meglio la maggior parte degli altri metodi agricoli e orticoli (Resh 2013). Pertanto, inizialmente, è necessario che l’acquaponica produca pesci e piante a tassi uguali a queste due tecnologie produttive distinte; in caso contrario, qualsiasi perdita di sforzo produttivo è contraria a qualsiasi argomentazione di integrazione. Se il tasso produttivo dei pesci e delle piante in un sistema acquaponico può essere uguale, o meglio, alle industrie RAS e idroponiche, allora si può fare un ulteriore caso per altri vantaggi che possono verificarsi a causa del processo di integrazione.

La coltura idroponica standard o substrato è stata direttamente confrontata con l’acquaponica in termini di tassi di crescita delle piante delle due tecnologie. Lennard (2005) ha confrontato la produzione di lattuga acquaponica con un controllo idroponico in diversi esperimenti di laboratorio replicati. Egli ha dimostrato che la produzione di lattuga acquaponica era statisticamente inferiore in acquaponica (4,10 kg/msup2/sup) rispetto all’idroponica (6,52 kg/msup2/sup) quando è stato applicato un approccio standard alla progettazione e alla gestione del sistema acquaponico a letto multimediale. Tuttavia, ha poi eseguito una serie di esperimenti che hanno isolato parametri specifici del progetto (ad es. erogazione di acqua di subunità idroponica reciproca rispetto a quella costante, portata d’acqua applicata alla subunità idroponica e confrontando diverse subunità idroponiche) o confrontando driver di gestione specifici (es. buffering metodologie e specie e concentrazioni globali di nutrienti iniziali) per ottenere l’ottimizzazione e poi dimostrato che l’acquaponica (5,77 kg/msup2/sup) era statisticamente identica alla produzione di lattuga idroponica (5,46 kg/msup2/sup) dopo l’ottimizzazione del sistema acquaponico sulla base dei miglioramenti suggerito dai suoi precedenti esperimenti, il risultato suggerisce che i miglioramenti a progetti acquaponici accoppiati o a ricircolo completo possono eguagliare i tassi di produzione idroponica standard. Lennard (2005) ha inoltre dimostrato la sopravvivenza dei pesci, SGR, FCR e tassi di crescita uguali a quelli esposti nella RAS standard e nell’acquacoltura estensiva di stagni per le specie ittiche testate (Australian Murray Cod).

Pantanella et al. (2010) hanno inoltre dimostrato risultati statisticamente simili nella produzione di lattuga nei sistemi acquaponici ad alta densità di pesce (5,7 kg/msup2/sup) e bassa densità di pesce (5,6 kg/msup2/sup) rispetto ad un controllo idroponico standard (6,0 kg/msup2/sup).

Lennard (Nichols e Lennard 2010) ha dimostrato risultati statisticamente uguali o migliori per tutte le varietà di lattuga e per quasi tutta la produzione di varietà di erbe testate in un sistema acquaponico a film nutriente (NFT) rispetto a un sistema idroponico NFT all’interno della stessa serra.

Delaide et al. (2016) ha confrontato l’acqua di produzione RAS integrata con sostanze nutritive (sostanze nutritive aggiunte per abbinare una miscela di nutrienti e un esempio di forza da Rakocy — indicata come analogo aquaponico), acqua di produzione RAS completamente integrata con sostanze nutritive (acqua di produzione RAS con aggiunta di sali nutritivi idroponici soddisfare una miscela e una forza di nutrienti idrici utilizzati per l’idroponica standard — indicata come un analogo disaccoppiato) e un controllo idroponico (soluzione nutriente idroponica standard) in termini di tasso di crescita delle piante e ha mostrato che l’analogo acquaponico dell’acqua equivaleva al controllo idroponico e all’acqua analogica disaccoppiata migliorato il controllo idroponico. Tuttavia, va notato che questi non erano sistemi aquaponici pienamente funzionanti contenenti pesci (e il contenuto microbico associato, pieno e attivo) che sono stati confrontati, ma semplicemente acqua rimossa da un RAS operativo e completata, poi confrontata con un’acqua di controllo idroponico.

Rakocy e il suo team UVI hanno dimostrato con diversi studi che i tassi di crescita del pesce Tilapia spp. sono uguali agli standard industriali stabiliti dalle pratiche standard di produzione dell’acquacoltura (Rakocy e Hargreaves 1993; Rakocy et al. 2004a, b, 2006, 2011).

Questi e altri studi hanno dimostrato che l’acquaponica, indipendentemente dalla configurazione (accoppiata e disaccoppiata), ha il potenziale di produrre tassi di produzione degli impianti pari o superiori a quelli di idroponica standard e di produzione ittica di uno standard simile a quello della RAS. Pertanto, il requisito sopra discusso per l’acquaponica di eguagliare i suoi analoghi industriali (RAS e idroponica) sembra essere stato adeguatamente dimostrato e pertanto si dovrebbero prendere in considerazione gli altri vantaggi dell’acquaponica.

L’uso efficiente dell’acqua è regolarmente attribuito all’acquaponica. Lennard (2005) ha dichiarato che il risparmio idrico associato a un sistema di test aquaponico ottimizzato (laboratorio) era pari o superiore al 90% rispetto a un sistema standard di controllo dell’acquacoltura RAS in cui l’acqua è stata scambiata per controllare gli accumuli di nitrati, mentre le piante dell’acquaponica hanno eseguito lo stesso requisito. Pertanto, egli ha dimostrato che l’acquaponica offre un notevole vantaggio per il risparmio idrico rispetto all’acquacoltura RAS standard. È interessante notare che questa percentuale di risparmio idrico del 90% è stata successivamente dichiarata ampiamente all’interno della comunità mondiale dell’acquaponica in un contesto di utilizzo vegetale (ad esempio, l’acquaponica utilizza il 90% in meno di acqua rispetto alla produzione vegetale basata sul suolo (Graber e Junge 2009)) — un esempio di come l’argomento scientifico possa essere erroneamente adottato da partecipanti al settore non scientifico.

McMurtry (1990) ha dimostrato un tasso di consumo di acqua nel suo sistema acquaponico di circa l'1% di quello richiesto in un simile sistema di coltura dello stagno. Rakocy (1989) ha dimostrato tassi di consumo di acqua simili all'1% rispetto all’acquacoltura a base di stagno. Rakocy e Hargreaves (1993) hanno dichiarato che il tasso giornaliero di sostituzione dell’acqua per il sistema acquaponico UVI era di circa l'1,5% del volume totale del sistema e Love et al. (2015a, b) ha dichiarato circa l'1% del tasso di perdita di acqua in volume del sistema al giorno per il loro sistema di ricerca acquaponica.

Il confronto tra acquaponica e RAS può realizzare notevoli risparmi idrici e acquaponica utilizza piccole quantità di acqua sostitutiva su base giornaliera. Un sistema acquaponico ben progettato cercherà di utilizzare l’acqua nel modo più efficiente possibile e quindi solo di sostituire l’acqua persa attraverso l’evapotraspirazione delle piante (Lennard 2017). In effetti, è stato proposto che l’acqua possa anche essere recuperata da quella persa a causa dell’evapotraspirazione delle piante utilizzando una qualche forma di schema o tecnologia di raccolta del contenuto d’acqua dell’aria (Kalantari et al. 2017). I sistemi acquaponici accoppiati sembrano fornire un maggiore potenziale per conservare e ridurre l’uso dell’acqua (Lennard 2017). Se la dinamica nutrizionale tra la produzione del pesce e l’uso delle piante può essere bilanciata, l’unica perdita di acqua avviene attraverso l’evapotraspirazione delle piante, e poiché l’acqua è integralmente condivisa tra i componenti del pesce e delle piante, i volumi giornalieri di acqua di trucco rappresentano semplicemente tutta l’acqua persa dagli impianti del sistema (Lennard 2017 ). I disegni acquaponici disaccoppiati presentano una proposta più difficile perché i due componenti non sono integralmente collegati e l’uso quotidiano dell’acqua della componente ittica non corrisponde all’uso quotidiano dell’acqua della componente vegetale (Goddek et al. 2016; Goddek e Keesman 2018). Pertanto, l’uso dell’acqua e i tassi di sostituzione per i sistemi aquaponici non sono completamente risolti e probabilmente non saranno mai dovuti alle grandi differenze negli approcci di progettazione del sistema.

L’uso efficiente dei nutrienti è assegnato al metodo aquaponico e citato come un vantaggio dell’approccio aquaponico (Rakocy et al. 2006; Blidariu e Grozea 2011; Suhl et al. 2016; Goddek et al. 2015). Questo è generalmente dovuto al fatto che l’acquacoltura RAS standard utilizza le sostanze nutritive all’interno del mangime per pesci per coltivare il pesce, mentre il resto viene inviato allo spreco. I pesci metabolizzano gran parte del mangime che vengono nutriti, ma utilizzano solo circa il 25 -35% dei nutrienti aggiunti (Timmons et al. 2002; Lennard 2017). Ciò significa che fino al 75% dei nutrienti aggiunti al RAS per soli pesci vengono sprecati e non utilizzati. Aquaponics cerca di utilizzare i nutrienti sprecati nella RAS per la produzione vegetale, e quindi l’acquaponica usa i nutrienti aggiunti in modo più efficiente perché due colture sono prodotte dall’unica fonte di input (Rakocy e Hargreaves 1993; Timmons et al. 2002; Rakocy et al. 2006; Lennard 2017). L’entità dell’uso di sostanze nutritive di scarto di pesce differisce tra i vari metodi aquaponici. Il modello UVI a ricircolo completo non utilizza la maggior parte dei rifiuti solidi di pesce generati nella componente ittica e li invia ai rifiuti (Rakocy et al. 2006), il modello Lennard a ricircolo completo fa un passo avanti utilizzando tutti i rifiuti generati dalla componente ittica (rifiuti disciolti direttamente e solidi tramite remineralizzazione microbica esterna con sostituzione del sistema principale) (Lennard 2017). Molti approcci disaccoppiati tentano anche di utilizzare tutti i rifiuti generati dalla componente ittica, attraverso l’uso diretto di rifiuti disciolti e ancora, tramite remineralizzazione microbica esterna con sostituzione del sistema principale (Goddek et al. 2016; Goddek e Keesman 2018). Tutti questi metodi e approcci dimostrano che un motore primario per il metodo aquaponico consiste nell’utilizzare il maggior numero possibile di nutrienti aggiunti e quindi tentare di utilizzare i nutrienti aggiunti nel modo più efficiente possibile.

L’indipendenza dal suolo è stata citata come un vantaggio del metodo aquaponico (Blidariu e Grozea 2011; Love et al. 2015a, b). Il vantaggio percepito è che, poiché il suolo non è richiesto, il sistema o l’impianto acquaponico può trovarsi dove l’operatore sceglie, piuttosto che dove è presente un terreno adatto (Love et al. 2015a, b). Pertanto, il metodo aquaponico è indipendente dalla posizione in base alla disponibilità del suolo, il che è un vantaggio rispetto all’agricoltura basata sul suolo.

È stato sostenuto che l’acquaponica fornisce un vantaggio imitando i sistemi naturali (Blidariu e Grozea 2011; Love et al. 2014). Ciò è supportato dalla natura ecologica dell’approccio/metodo aquaponico, come descritto nella sezione Sez. 5.7 sopra riportata, con i vantaggi associati a comunità microfloreali diverse e dense (Lennard 2017).

L’acquacoltura ha un potenziale impatto ambientale diretto grazie al rilascio di acque reflue ricche di sostanze nutritive nell’ambiente circostante, in generale negli ambienti acquatici (Boyd e Tucker 2012). Alcuni metodi idroponici possono anche possedere questo potenziale. Tuttavia, l’acquaponica può presentare un impatto ambientale diretto abbassato o negato dai flussi di rifiuti ricchi di nutrienti perché il principale componente generatore di rifiuti (cioè il pesce) è integrato con un componente per l’uso di nutrienti (cioè le piante) (Rakocy et al. 2006; Blidariu e Grozea 2011; Goddek et al. 2015; Lennard 2017) . Tuttavia, alcuni metodi acquaponici producono rifiuti (ad esempio il modello UVI); ma questi sono generalmente trattati e riutilizzati per altre pratiche agricole presso il sito dell’impianto acquaponico (Timmons et al. 2002; Rakocy et al. 2006). Molti metodi acquaponici si basano sull’uso di mangimi standard per acquacoltura, che contengono concentrazioni variabili di sodio, solitamente mediante l’uso di farina di pesce o olio di pesce come ingrediente (Timmons et al. 2002). Il sodio non viene utilizzato dalle piante e quindi può accumularsi nel tempo in sistemi acquaponici, il che può comportare la necessità di una qualche forma di sostituzione dell’acqua, quindi il sodio non si accumula in concentrazioni che interessano le piante (Lennard 2017). Tuttavia, è stato riferito che alcune specie di lattuga avevano la capacità di assumere sodio, quando erano esposte all’acqua di acquacoltura (Goddek e Vermeulen 2018).

I sistemi acquaponici accoppiati o a ricircolo completo condividono integralmente la risorsa idrica tra i due componenti principali (pesce e pianta). A causa di questa natura acquatica completamente connessa e a ricircolo, i sistemi acquaponici accoppiati presentano un meccanismo di autocontrollo in termini di incapacità di applicare in sicurezza erbicidi e pesticidi alle piante; se applicati, la loro presenza può influire negativamente sui pesci (Blidariu e Grozea 2011). I sostenitori del pieno ricircolo vedono questa incapacità di applicare pesticidi ed erbicidi come un vantaggio, sostenendo che garantisce un prodotto privo di spruzzi (Blidariu e Grozea 2011). Anche i sostenitori dell’acquaponica disaccoppiato cercano di non applicare erbicidi o pesticidi; tuttavia, a causa del fatto che l’acqua non viene ricircolata al pesce dalle piante, è presente la possibilità di applicare pesticidi ed erbicidi alle piante (Goddek 2017). Pertanto, l’applicazione o la mancanza di applicazione di pesticidi ed erbicidi alla componente vegetale dei disegni acquaponici è vista in modo diverso dai gruppi che sostengono diversi approcci progettuali.

C’è la percezione che la presenza di pesci e piante nello stesso sistema acquatico produca effetti sinergici positivi per la salute dei pesci e delle piante (Blidariu e Grozea 2011). Ciò è stato indirettamente dimostrato dalla capacità dell’acquaponica in alcuni studi di produrre tassi di crescita delle piante superiori a quelli osservati nell’idroponica standard (Nichols e Lennard 2010; Delaide et al. 2016). Tuttavia, non è stato stabilito alcun nesso causale diretto tra la presenza di pesci e piante e qualsiasi esito positivo per la salute dei pesci o delle piante.