7.3 Aquaponics accoppiato: progettazione generale del sistema

Il principio acquaponico accoppiato combina tre classi di organismi: (1) organismi acquatici, (2) batteri e (3) piante che beneficiano l’una dall’altra in un corpo idrico a ricircolo chiuso. L’acqua funge da mezzo di trasporto di nutrienti, principalmente dai rifiuti di pesce disciolti, che vengono convertiti in nutrienti per la crescita delle piante dai batteri. Questi batteri (ad esempio Nitrosomonas spec., Nitrobacter spec.) ossidano l’ammonio in nitrito e infine in nitrato. Pertanto, è necessario che i batteri ricevano notevoli quantità di ammonio e nitrito per stabilizzare la crescita della colonia e la quantità di produzione di nitrati. Di conseguenza, in un sistema acquaponico accoppiato, i volumi sono di fondamentale importanza, i) l’unità di acquacoltura secondo i principi dei sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS), ii) il substrato di crescita batterica e iii) lo spazio per le unità vegetali e la quantità di piante da coltivare. Insieme formano l’unità acquaponica (Fig. 7.2).

Fig. 7.2 Principio del sistema acquaponico accoppiato con pesci, batteri e piante in un ricircolo d’acqua completamente chiuso

I componenti biologico-chimici specifici dell’acqua di processo rivestono particolare importanza per i sistemi aquaponici accoppiati. Con il cibo o le particelle di mangime non consumate, i rifiuti organici di pesce e i batteri all’interno dell’acqua di processo, un’emulsione di sostanze nutritive combinata con enzimi e batteri digestivi favoriscono la crescita di pesci e piante. Rispetto ai sistemi autonomi come l’acquacoltura (pesci) e l’idroponica (piante), la crescita degli organismi acquatici e delle colture in un’acquaponica accoppiata può essere simile o addirittura superiore. Rakocy (1989) descrisse una resa leggermente più elevata di tilapia (Tilapia nilotica, 46,8 kg) nell’acquaponica accoppiata in contrasto con la coltura ittica autonoma (41,6 kg) e lievi aumenti della resa di lattuga Summer Bibb (385,1 kg) rispetto alla produzione idroponica vegetale (380,1 kg). Knaus et al. (2018b) hanno registrato che l’acquaponica ha aumentato la crescita della biomassa di O. basilicum, apparentemente dovuto all’aumento della generazione fogliare delle piante (3550 foglie in acquaponica) rispetto all’idroponica convenzionale (2393 foglie). Delaide et al. (2016) hanno dimostrato che i trattamenti acquaponici e idroponici della lattuga presentavano una crescita simile delle piante, mentre il peso del germoglio della soluzione acquaponica integrata con sostanze nutritive risulta migliore. Osservazioni analoghe sono state fatte da Goddek e Vermeulen (2018). Lehmonen e Sireeni (2017) hanno osservato un aumento del peso delle radici, dell’area delle foglie e del colore delle foglie nell’insalata di Batavia (Lactuca sativa var. capitata) e lattuga iceberg (L. sativa) con acqua di processo acquaponica da C. gariepinus combinata con fertilizzante aggiuntivo. Alcune piante come lattuga (Lactuca sativa), cetrioli (Cucumis sativus) o pomodori (Solanum lycopersicum) possono consumare sostanze nutritive più velocemente, e di conseguenza fiorire prima in acquaponica rispetto all’idroponica (Savidov 2005). Inoltre, Saha et al. (2016) ha riferito un maggior rendimento di biomassa vegetale in O. basilicum in combinazione con gamberi Procambarus spp. e una bassa fertilizzazione all’avviamento del sistema aquaponico.

La progettazione di base del sistema acquaponica accoppiata consiste in uno o più acquari, un’unità di sedimentazione o chiarificatore, substrati per la crescita di batteri o biofiltri adatti e un’unità idroponica per la crescita delle piante (Fig. 7.3). Queste unità sono collegate da tubi per formare un ciclo dell’acqua chiuso. Spesso, dopo la filtrazione meccanica e il biofiltro, viene utilizzato un pozzetto di pompaggio (una pompa o un sistema ad anello) che, come punto più profondo del sistema, ripompa l’acqua nelle vasche da dove scorre per gravità verso l’unità idroponica.

Fig. 7.3 Progettazione tecnica di base di un sistema acquaponico accoppiato con acquario, sedimentatore, biofiltro, unità idroponica e pozzetto in cui l’acqua viene pompata o sollevata in aria verso le vasche e scorre per gravità lungo i componenti

I sistemi aquaponici accoppiati sono utilizzati in diverse scale. Il principio a circuito chiuso può essere utilizzato in sistemi domestici (mini/hobby/backyard-coupled), unità dimostrative (ad esempio muri vivi accoppiati), acquaponica commerciale e agricoltura acquaponica (con suolo) che vanno dai sistemi piccoli/semi-commerciali a quelli di grandi dimensioni (Palm et al. 2018). Un recente sviluppo in acquaponica ha incluso la fertilizzazione parziale, che dipende dalla tolleranza delle specie ittiche. Ciò, tuttavia, può comportare un picco di nutrienti a breve termine nel sistema, ma può essere compensato attraverso la ritenzione di nutrienti da parte delle piante. Nell’acquaponica accoppiata, è necessario ottenere un rapporto ottimale tra la zona di produzione (o i volumi di pesce) dell’unità di acquacoltura e la domanda di mangimi risultante, nonché una quantità adeguata di piante da coltivare nell’unità idroponica (zona di produzione vegetale). (Per le discussioni sul ruolo dell’evapotraspirazione e della radiazione solare all’interno dei sistemi, cfr. Chaps. 8 e 11). Per l’acquaponica di ghiaia, Rakocy (2012) come primo tentativo ha suggerito «principi di rapporto componente», con un volume di allevamento di pesce di 1 msup3/sup di volume di acquario a 2 msup3/sup media idroponica di 3-6 cm di ghiaia di piselli come regola empirica. In definitiva, la quantità di pesce determina la resa delle colture in acquaponica accoppiata. Inoltre, le condizioni tecniche dell’unità di allevamento devono essere adattate in funzione delle esigenze delle specie acquatiche coltivate.