8.4 Sistemi di dimensionamento multi-loop

Il dimensionamento di un sistema acquaponico richiede un bilanciamento dell’input e dell’output dei nutrienti. Qui, fondamentalmente applichiamo lo stesso principio del dimensionamento di un sistema a ciclo singolo. Tuttavia, questo approccio è un po ‘più complicato, ma sarà pienamente illustrato con l’aiuto di un esempio.

Figura 8.5 Schema che mostra il bilancio di massa all’interno di un sistema acquaponico a quattro loop; dove msubfeed/sub sono i nutrienti disciolti aggiunti al sistema tramite feed. Aggiungere etichette: QSubdis/sub - Qsubx/sub al distillato restituito a HP; ‘fanghi’ per i nutrienti che entrano nel reattore

La figura 8.5 illustra il diagramma del bilancio di massa per il nostro approccio al sistema. Nella situazione ottimale, il sistema ha un solo ingresso e uscita. Tuttavia, in pratica, si dovrà aggiungere ulteriori nutrienti alla parte idroponica per ottimizzare la crescita delle piante. Questo modello può essere utilizzato per dimensionare il sistema, ad esempio basato sul fosforo, che è una risorsa non rinnovabile (cap. 2). L’ingresso al sistema (msubfeed/sub) è la frazione di un nutriente che il pesce espelle in forma disciolta. Il resto si accumula nel pesce come biomassa o finisce come fanghi (vedi sezione precedente). L’uscita è l’assorbimento dei nutrienti vegetali. Determinare l’assorbimento dei nutrienti delle piante dipende da molti fattori ed è molto complesso; il modo più semplice per fornire una stima approssimativa è considerare la respirazione delle piante come il principale motore dell’assorbimento dei nutrienti (Goddek e Körner 2019).

Il tasso di evapotraspirazione è altamente dipendente dal clima ed è influenzato direttamente o indirettamente dalla radiazione ad onde corte assorbita, dall’umidità relativa, dalla temperatura e dalla concentrazione COSub2/sub. A causa dell’elevata complessità di un sistema multi-loop, supponiamo che le piante si trovino in una serra a controllo climatico, e quindi abbiamo solo bisogno di considerare la radiazione globale come la variabile dinamica che determina quanta radiazione ad onde corte viene assorbita. In altre parole, dobbiamo prima determinare la quantità di nutrienti aggiunti diventano disponibili per le piante, e quindi determinare quanto le piante effettivamente occupano.

8.4.1 Ingresso feed

Il tasso di alimentazione dei pesci dipende dalla biomassa totale nel sistema e dal rapporto di conversione del mangime (FCR). Timmons ed Ebeling (2013) forniscono un approccio semplice per determinare i tassi di crescita dei pesci per diverse specie ittiche. Tuttavia, si consiglia di prendere i dati industriali per determinare la biomassa in modo più preciso. Lupatsch e Kissil (1998) (Eq. 8.10) forniscono una formula di crescita generale, per la quale Goddek e Körner (2019) hanno determinato i coefficienti di crescita mediante adattamento curvo utilizzando l’ambiente software matematico MATLAB (funzione interna ‘fitnlm’) con dati empirici per il Nilo Tilapia (Oreochromis niloticus). Ulteriori pesi iniziali e finali, temperatura dell’acqua del sistema e la produzione per i coefficienti di crescita specifici sono disponibili nella tabella 8.2. L’inserimento di questi parametri in Eq. 8.10 ci dà il peso in un giorno specifico per questa specie di pesci.

$W_ {t} = [W_0^ {1-\ beta w} + (1-\ beta _w)\ alpha_wexp\ {\ gamma_wt} T] ^ {\ frac {1} {1-\ beta w}} $ (8.10)

dove Wsubt/sub (g) è il peso del pesce in un determinato momento (giorni), Wsub0/sub (g) è il peso iniziale del pesce, T è la temperatura dell’acqua (in ˚C), αw βw e γw sono coefficienti di crescita specifici della specie (nessuna unità) e t è il tempo espresso in giorni.

Tabella 8.2 Parametri di crescita del pesce per Eq. 8.10 per una data temperatura dell’acqua (T). WSub0/Sub e WSUBF/Sub possono essere regolati in base alle proprie esigenze

tavolo testata tr class = header» THFUNCE/TH THParametri/TH THDESCRIZIONE/TH Valore/TH ThSource/TH /tr /testata tbody tr class=“dispari» td Rowspan=“4"Crescita del pesce/td TDWSub0/Sub/TD Peso denziale dei fingerling Tilapia (in g) /td TDAd esempio, 55/td TDGoddek e Körner (2019) /td /tr tr class=“even» TDWSubf/Sub/TD TDPeso target del raccolto del pesce (in g) /td TDAd esempio, 600/td TDGoddek e Körner (2019) /td /tr tr class=“dispari» TDT/TD TDTemperatura dell’acqua del RAS (in ˚C) /td td30/td TDTimmons ed Ebeling (2013) /td /tr tr class=“even» tdαw; βw; γw/td Coefficienti di crescita specifici per TDspecie/td td0.0261; 0.4071; 0.0827/td TDGoddek e Körner (2019) /td /tr /tbody /tavolo

Sulla base dell’output dell’equazione di cui sopra, siamo stati in grado di determinare quanto nutrimento il pesce richiederà per fase di crescita. Nella maggior parte dei casi, la velocità di avanzamento (X% del peso corporeo) o le FCR sono menzionate dal produttore specifico di mangimi. Tuttavia, Timmons ed Ebeling (2013) forniscono una linea guida approssimativa per le FCR per tilapia: 0,7-0,9 per Tilapia che pesano meno di 100 g e 1,2-1,3 per tilapia che pesano più di 100 g. Ciò avviene tramite la seguente equazione.

$Feed\ rate\ (g) =FCR\ volte WG_t\ volte m_ {pesce} $ (8.11)

dove FCR è il rapporto di conversione dei mangimi, WGsubt/sub è l’aumento di peso (al giorno) e msubfish/sub è la quantità di pesce presente nell’acquario.

L’aumento di peso (WG) al giorno può essere determinato con Eq. 8.10 sottraendo il peso di, ad esempio il giorno 10 dal peso del giorno 11. Questo può essere fatto per ogni serbatoio. La Figura 8.6 mostra l’input di alimentazione dei pesci nel sistema per Tilapia utilizzando le equazioni sopra riportate. L’ingresso medio di alimentazione al giorno dopo il ciclo totale del sistema è di 165 kg.

Fig. 8.6 Esempio di bilancio a biomassa per Tilapia allevato in 13 serbatoi in coorti con un volume totale (compresi biofiltro e coppa) di 482.000 L ad un massimo. Biomassa totale di 80 t per un periodo di 2 anni, compresa la fase di avviamento con peso medio del pesce (a) (ogni linea rappresenta un serbatoio/coorte) e il tasso di alimentazione totale giornaliero (b) (dati tratti da Goddek e Körner 2019)

8.4.2 Disponibilità dei nutrienti

Neto e Ostrensky (2013) riportano un’escrezione N solubile del 33% e un’escrezione P solubile del 17% della quantità di mangimi durante l’allevamento del Nilo Tilapia (Oreochromis niloticus, L.). Questi sono i nutrienti che finalmente si accumulano nel sistema RAS e possono essere assorbiti dalle piante.

8.4.3 Apprendimento delle piante

La tabella 8.3 fornisce una panoramica delle percentuali di evapotraspirazione specifica delle colture (ETSUBC/sub) collegate alle radiazioni globali. Un mm di ET per metro quadrato equivale a 1 L. Per un semplice dimensionamento, si dovrebbe prendere la media annua giornaliera (vedere la sezione successiva).

Tabella 8.3 Panoramica dei livelli globali di radiazioni subartiche, temperate marittime e aride (in base a Goddek e Körner 2019) e delle rispettive evapotraspirazione delle colture _ (eC, mm giorno-1) _ tassi per lattuce e tomato coltivati in un ambiente serra controllato di 20°C e 80% relativo umidità. La lattuga è stata coltivata con piantagione continua tutto l’anno; il pomodoro è stato piantato a gennaio e rimosso a dicembre (Isole Færøer e Paesi Bassi) o luglio e giugno (Namibia)

tavolo testata tr th Rowspan=“3"mese/esimo th COLSPAN=“3"Isole Faroe/TH th COLSPAN=“3"Paesi Bassi/TH th COLSPAN=“3"Namibia/th /tr tr class = header» THGlobal Radiazione/th Thetsubc/sub/lattuga/th Thetsubc/sub/tomato/th THGlobal Radiazione/th Thetsubc/sub/lattuga/th Thetsubc/sub/tomato/th THGlobal Radiazione/th Thetsubc/sub/lattuga/th Thetsubc/sub/tomato/th /tr tr class = header» thmol msup-2/sup daysup-1/sup/th th colspan=“2"kg msup-2/sup daysup-1/sup/th thmol msup-2/sup daysup-1/sup/th th colspan=“2"kg msup-2/sup daysup-1/sup/th thmol msup-2/sup daysup-1/sup/th th colspan=“2"kg msup-2/sup daysup-1/sup/th /tr /testata tbody tr class=“dispari» TDBGennaio/B/TD td1.4/td td0.78/td td0.52/td td4.5/td td0.78/td td0.53/td td54.2/td td2.74/td td4.55/td /tr tr class=“even» TDBfebbraio/B/TD td5.2/td td0.85/td td1.38/td td9.1/td td0.93/td td1.40/td td53.7/td td2.70/td td4.47/td /tr tr class=“dispari» TDBMarch/B/TD td13.7/td td1.20/td td2.12/td td17.0/td td1.28/td td2.14/td td51.2/td td2.42/td td3.96/td /tr tr class=“even» TDBaprile/B/TD td30.6/td td1.90/td td3.05/td td27.9/td td1.82/td td2.90/td td40.2/td td3.05/td td5.38/td /tr tr class=“dispari» TDBMay/B/TD td39.2/td td2.29/td td3.57/td td32.2/td td2.40/td td3.74/td td30.0/td td2.70/td td4.59/td /tr tr class=“even» TDBJune/B/TD td39.6/td td2.33/td td3.60/td td26.6/td td2.52/td td3.91/td td30.5/td td2.28/td td3.80/td /tr tr class=“dispari» TDBluglio/B/TD td34.5/td td2.17/td td3.37/td td364/td td2.54/td td3.51/td td37.5/td td2.61/td td3.92/td /tr tr class=“even» TDBaugust/B/TD td21.3/td td1.67/td td2.73/td td31.7/td td2.28/td td3.51/td td37.5/td td2.61/td td3.92/td /tr tr class=“dispari» TDBsettembre/B/TD td13.2/td td1.20/td td2.04/td td23.1/td td1.75/td td2.77/td td43.2/td td2.00/td td3.02/td /tr tr class=“even» TDBoctober/B/TD td6.0/td td0.91/td td1.77/td td13.3/td td1.17/td td1.94/td td51.6/td td2.07/td td3.09/td /tr tr class=“dispari» TDBNovembre/B/TD td2.1/td td0.78/td td1.60/td td6.2/td td0.87/td td1.62/td td57.9/td td2.30/td td3.58/td /tr tr class=“even» TDBdicembre/B/TD td0.4/td td0.79/td td1.66/td td3.5/td td0.77/td td1.52/td td59.8/td td2.44/td td3.95/td /tr tr class=“dispari» td Buaverage/U/b /td tdu17.3/u/td tdu1.41/u/td tdu2.28/u/td tdu20.6/u/td tdu1.59/u/td tdu2.50/u/td td3.83/td tdu2.47/u/td tdu3.83/u/td /tr /tbody /tavolo

8.4.4 Bilanciamento dei sottosistemi

Il bilanciamento dei loop è necessario per dimensionare il sistema. L’ingresso dovrebbe essere uguale all’uscita (Fig. 8.5). In un sistema acquaponico disaccoppiato che incorpora un’unità bioreattore, abbiamo due flussi di afflusso di nutrienti: (1) la frazione del mangime che viene escreto nel sistema RAS in forma solubile e (2) la frazione dei nutrienti nei fanghi di pesce che il bioreattore (i) riesce a mineralizzare e mobilitare. Il principale flusso di deflusso (a parte la rimozione periodica dei fanghi demineralizzati) dei nutrienti è l’assorbimento dei nutrienti delle piante. Il differenziale Eq. 8.12. esprime questo equilibrio:

$Mineralizzazione\ (Eq.8.2) +m_ {feed} =\ frac {\ sottolineatura {Q_ {HP}}\ volte\ rho_ {HP}} {1000} $ (8.12)

$ (\ sottolineatura {\ eta_ {feed}}\ volte 10000\ volte\ pi_ {feed}\ volte\ pi_ {sludhe}\ volte\ eta_ {min}) +\ sottolineatura {m_ {feed}} =\ frac {\ sottolineatura {Q_ {HP}}\ volte\ rho _ {HP}} {1000} $ (8.13)

dove $\ sottolinea {\ eta_ {feed}} $ è il mangime medio (in kg) che entra nel sistema RAS, πsubfeed/subis la proporzione del nutriente nella formulazione del mangime, πsubsludge/sub è la proporzione di uno specifico elemento derivato dal mangime che finisce nel fango, e ηsubmin/sub è l’efficienza di mineralizzazione e mobilitazione del sistema reattore, umsubfeed/sub/u è la quantità media di un nutriente che i pesci defecano in forma disciolta, UQsubHP/sub/U è l’evapotraspirazione totale media e ρSubHP/subè la concentrazione nutriente bersaglio (cioè ottimale) per un nutriente specifico nel sottosistema idroponico.

Tuttavia, per essere in grado di determinare l’area richiesta, ci sono due variabili che devono essere ridefinite per risolvere questa equazione. L’equazione 8.14 mostra come calcolare l’escrezione di nutrienti solubili. In Eq. 8.15, mostriamo che l’evapotraspirazione totale media è un prodotto della zona e il tasso di evapotraspirazione specifico della pianta (qui indicato come media) per msup2/sup.

$\ sottolineatura {m_ {feed}} =\ sottolineatura {n_ {feed}}\ volte\ pi_ {feed}\ times\ eta_ {escr} $ (8.14)

dove ηsubexcr/sub rappresenta la frazione del nutriente escreto dal pesce in forma solubile.

$\ sottolineatura {Q_ {HP}} =A\ times\ sottolineatura {et_c} $ (8.15)

dove $\ sottolineatura {Q_ {HP}} $ rappresenta l’evapotraspirazione totale media (in L), A l’area e $\ sottolineatura {ET_ {c}} $ l’evapotraspirazione media specifica del raccolto in mm/msup2/sup (cioè L/MSUP2/SUP).

Risolvendo Eq. 8.13 incorporando Eqs. 8.14 e 8.15 per trovare A, siamo in grado di calcolare la superficie vegetale richiesta rispetto all’alimentazione media (Eq. 8.15).

$A=\ frac {(\ sottolineatura {\ eta_ {feed}\ volte 1000\ volte\ pi_ {feed}\ volte\ eta_ {escr}\ volte 1000}) + (\ sottolineatura {\ eta_ {feed}}\ volte 1000\ volte\ pi_ {feed}\ volte\ pi_ {sludge}\ times\ eta_ {min}\ volte 1000)} {\ sottolineatura {et_c}\ volte\ rho_ {HP}} $ (8.16)

Esempio 8.2

Per questo esempio, vogliamo dimensionare (cioè bilanciare) il sistema rispetto a P. Presumiamo che la componente RAS del nostro sistema richieda un carico giornaliero medio di 150 kg. Il produttore riferisce che il contenuto P del mangime per pesci è dell'1%. Si stima che la P che finisce nel fango sia del 55% e la P che i pesci espellono in forma solubile sia del 17%. I bioreattori funzionano abbastanza bene e mineralizzano circa l'85% del P.

Sul lato della produzione, abbiamo calcolato il tasso medio di evapotraspirazione specifico per la lattuga (utilizzando, ad esempio, l’equazione FAO Penman-Monteith). Nella nostra sede, è di circa 1,3 mm/giorno (cioè 1,3 L/giorno). La composizione P ottimale della soluzione nutritiva è di 50 mg/L (Resh 2013). Trovare l’area di coltivazione delle piante necessaria per l’assorbimento del P prodotto dal sistema viene quindi risolto da:

$A=\ frac {(\ sottolineatura {\ eta_ {feed}\ volte 1000\ volte\ pi_ {feed}\ volte\ eta_ {escr}\ volte 1000}) + (\ sottolineatura {\ eta_ {feed}}\ volte 1000\ volte\ pi_ {feed}\ volte\ pi_ {fango}\ times\ eta_ {min}\ volte 1000)} {min} {\ sottolineatura {et_c}\ times\ rho_ {HP}} $

$A=\ frac {(150000\ volte 0,01\ volte 0,17\ volte 1000) + (150000\ volte 0,01\ volte 0,55\ volte 0,85\ volte 1000)} {1.3\ volte 50} $

$\\ =\ frac {255000+701250} {65} $

$\\ =14711m^2 = 1.47ha$

L’esempio sopra mostra che la maggior parte della P nell’unità idroponica proviene dai bioreattori. Pertanto, l’implementazione di un bioreattore all’interno di un sistema disaccoppiato ha un impatto molto elevato sulla sostenibilità P. Al contrario, al fine di dimensionare semplici sistemi acquaponici a un ciclo, di solito viene applicata una regola empirica. Per le piante a foglia ca. 40-50 g e per le piante fruttate sono necessari circa 50-80 g di mangime per msup2/sup (FAO 2014). Osservando l’input di mangime nell’esempio indicato sopra = 150 kg e dividendolo per 45 (la media dell’approssimazione delle piante a foglia), la superficie di coltivazione proposta è di circa 3750 msup2/sup. Lasciando fuori la mineralizzazione dei fanghi, il nostro esempio suggerirebbe una superficie di coltivazione di 3333 msup2/sup quando si dimensiona il sistema su P.

8.4.5 Ruolo dell’unità di distillazione

Il ruolo dell’unità di distillazione è quello di mantenere la concentrazione di nutrienti del sistema RAS e del sistema idroponico ai rispettivi livelli desiderati. Poiché l’accumulo di nutrienti e la corrispondente densità specifica dei nutrienti sono dinamici nei sistemi RAS (cioè a seconda delle velocità ETSUBC/sub) che dipendono dal flusso QsubHP/sub e Qsubx/sub (fig. 8.5), la dimensione dell’unità di distillazione non può essere determinata utilizzando un’equazione differenziale. Pertanto, è necessario un modello di serie temporale per determinare la concentrazione di nutrienti nel RAS nel tempo. La concentrazione di nutrienti in un momento specifico è necessaria per poter eseguire equazioni di bilancio di massa all’interno del sistema (Sez. 8.3).

Fig. 8.7 Simulazioni che confrontano la concentrazione di NO3-N nel sistema idrico RAS sull’impatto dei flussi di distillazione (no, linea solida; 5000 L h-1, linea tratteggiata) su idroponica (gialla, —-) e RAS (blu, —-) concentrazioni di sostanze nutritive in ** (a) ** Namibia e ** (b) ** nei Paesi Bassi, cioè in bassa e alta latitudini (Namibia 22.6˚S e Paesi Bassi, rispettivamente 52,1˚N) entro un periodo di 36 mesi (compresa la fase di preparazione del sistema) utilizzando i dati climatici locali e le serre regolate dal clima come input di modello

Affinché il sistema sia bilanciato (cioè input = output), possiamo fornire una linea guida generale sulla capacità richiesta di tale unità di distillazione. L’obiettivo è evitare l’accumulo di nutrienti nel sistema RAS. La figura 8.7a, b mostra l’impatto dei flussi di distillazione sulla soluzione idroponica e nutriente RAS _senza un ciclo di mineralizzazione a due diverse latitudini. Entrambi i sistemi hanno lo stesso input di alimentazione (in media 158,6 kg daysup-1/sup; cfr. fig. 8.6). Tuttavia, tenendo conto delle condizioni ambientali e delle serre regolate dal clima, l’area idroponica necessaria e ottimale differisce tra le località geografiche (cfr. cap. 11). I sistemi idroponici con bassi tassi di evaporazione potenziali, come sono comuni in luoghi ad alte latitudini (cioè lontani dall’equatore) avrebbero bisogno di aree di coltivazione più ampie rispetto a luoghi più vicini all’equatore. Allo stesso tempo, una maggiore variazione annua dell’irradiazione e quindi della traspirazione è comune in queste regioni, per cui è presente una maggiore domanda di variabilità stagionale di acqua e sostanze nutritive (vedi Fig. 8.7). Nella coltivazione in serra, tuttavia, può essere necessaria un’illuminazione supplementare, e in paesi come la Norvegia, la coltivazione di ortaggi senza illuminazione supplementare non avviene difficilmente. Inoltre, la superficie totale delle foglie delle colture fa la differenza; le colture con una superficie fogliare alta per unità di superficie (cioè indice di superficie fogliare) trasformano più delle colture con superfici fogliari più piccole, e si può notare una differenza distinta tra colture di pomodoro e lattuga. Tutti questi fattori devono essere presi in considerazione nella pianificazione e nel dimensionamento del sistema acquaponico.

Di seguito forniamo una panoramica delle dimensioni ottimizzate dell’area idroponica per i sistemi acquaponici sopra descritti: L’area di coltivazione delle monocolture simulata con scenari in gradini di 250 msup2/sup per trovare l’area di adattamento di lattuga o pomodori al fine di bilanciare in modo appropriato il sistema è stato senza illuminazione supplementare (rispettivamente per lattuga o pomodoro):

• 17.000 msup2/sup o 11.750 msup2/sup per le Isole Faroe

• 15.500 msup2/sup o 11.000 msup2/sup per i Paesi Bassi

• 8750 msup2/sup o 6500 msup2/sup per Namibia

Anche se la dimensione dei sistemi differisce, l’assorbimento medio annuo dei nutrienti è simile. Tuttavia, quando si integra un sistema digestore, dobbiamo prendere in considerazione la fonte nutriente aggiuntiva (Fig. 8.1c). Cambiare un componente porta inevitabilmente a squilibri del sistema, ma il sistema deve mirare a fornire nutrienti ottimali sia per RAS che per HP. Ad esempio, NO3-N in RAS deve essere al di sotto di una certa soglia\ 200 mg L<SUP-1/SUP per, ad esempio, tilapia, mentre PO4-P in HP deve essere il più vicino possibile alla concentrazione raccomandata di 50 mg LSUP-1/SUP per la coltivazione di piante di buona qualità. Pertanto, gli studi di simulazione aiutano a determinare il dimensionamento dei componenti in un sistema acquaponico a ciclo multiplo chiuso disaccoppiato, al fine di ottenere un apporto ottimale di nutrienti sia per i pesci che per le piante. A tal fine, Goddek e Körner (2019) hanno creato un simulatore numerico di acquaponica.

Tuttavia, la pianificazione di un sistema acquaponico comporta una certa comprensione del sistema di base al fine di raggiungere un equilibrio che minimizza i picchi indesiderati nella domanda e nell’offerta di nutrienti. Poiché la forza trainante per la dinamica dei nutrienti è l’evapotraspirazione del raccolto (ETSUBC/Sub nel sistema HP), che è in gran parte guidata dal microclima e dalla luce assorbita. In un sistema perfettamente bilanciato, si tratterebbe di un ambiente completamente automatizzato e controllato (cfr. Sez. 8.5 Monitoring and Control) con illuminazione 24 ore su 24. Le piante hanno bisogno di un certo periodo buio di circa 4—6 ore, quindi il sistema più equilibrato è realisticamente per realizzare acquaponica in stabilimenti chiusi esclusivamente con sorgenti luminose artificiali. Ciò, tuttavia, richiede elevati costi di ingresso elettrico e di investimento ed è fattibile solo con prezzi molto elevati del prodotto. Pertanto, si consiglia la produzione di serra con illuminazione supplementare (se necessario e se si paga) come modo pratico ed economicamente fattibile di costruire un’unità acquaponica. Posizionare sia le piante che i pesci nella stessa costruzione fisica comporta ulteriori sinergie, tra cui riduzione del riscaldamento e aumento della crescita delle piante grazie all’elevato COsub2/sub (Körner et al. 2017).

Oltre a queste questioni tecniche, le procedure di coltivazione delle piante (la parte pratica orticola del sistema) devono essere adattate alle esigenze dell’acquaponica in modo da garantire una costante domanda di nutrienti vegetali (assumendo lo stesso clima e la stessa luce), come illustrato nella tabella 8.3. La coltivazione della lattuga e di altre verdure a foglia verde viene effettuata continuamente (Körner et al. 2018), mentre le colture più grandi, come gli ortaggi da frutta come il pomodoro, il cetriolo o il peperone dolce, vengono solitamente seminate in inverno, e il primo raccolto è spesso in tardo inverno/inizio primavera seguita dalla rimozione delle piante e da un altro raccolto seminato per il raccolto in inverno di nuovo. Senza interpiantare, vale a dire vari tipi di colture nello stesso sistema o lotti di ortaggi a frutto piantati durante tutto l’anno per sostenere la domanda di nutrienti, si verificheranno periodi di bassa domanda di nutrienti e livelli elevati di nutrienti. Sulla base di Goddek e Körner (2019), mostriamo la variazione di NoSub3/sub-N in RAS per pomodori (spesso non regolati in acquaponica) e lattuga quando non viene utilizzata alcuna illuminazione supplementare per tre zone climatiche (Isole Faroe, Paesi Bassi e Namibia) (Fig. 8.8). Il bilanciamento del sistema è ottenibile aumentando l’integrale della luce giornaliera (cioè la somma della luce mol ricevuta durante un periodo di 24 ore) con il controllo dinamico supplementare dell’illuminazione (Körner et al. 2006).

Fig. 8.8 NO3-N in RAS combinato con HP che cresce pomodoro o lattuga in tre zone climatiche e latitudini in diminuzione (Isole Faroe 62.0N, Paesi Bassi 52.1˚N, Namibia 22.6˚S) con area ottimizzata per l’idroponica (vedi sopra) in una simulazione di 36 mesi utilizzando dati climatici locali e serre regolate dal clima come ingresso modello

L’applicazione di tecnologie di distillazione/desalinizzazione può contribuire a riduzioni significative dei livelli di nutrienti nel RAS, regolando i livelli nel sistema HP più vicini all’optima, cioè l’unità concentra i nutrienti ai livelli richiesti dalle piante. La figura 8.9 illustra l’effetto di un’unità di dissalazione sulla concentrazione RAS NoSub3/sub-N quando si applica tra 0 e 5000 L hsup-1/sup e systemsup-1/sup. È ovvio che con l’aumento del flusso di dissalazione, la concentrazione di NOSub3/sub-N nel sistema RAS sta diminuendo. L’unità, tuttavia, è controllata dalla richiesta di POSUB4/Sub nel sistema HP. I picchi devono essere evitati e, come detto sopra, questo può essere ottenuto creando un ambiente climatico stabile con controlli dinamici della luce. È ovvio che nelle regioni climatiche con meno differenze annuali di radiazione solare, vi è meno variazione in ETSUBC/sub e il sistema completo è più stabile. Installare lampade e mantenere una luce giornaliera integrale di almeno 10 mol msup-2/sup può compensare le variazioni stagionali. L’interpiantagione e la produzione di colture miste aiutano a livellare il picco derivante dal protocollo tradizionale di coltivazione del pomodoro con le piante giovani in inverno, quando

Fig. 8.9 NO3-N in RAS combinato con HP con pomodoro (destra) o lattuga (sinistra) con dissalazione tra 0 e 5000 L h sup-1/sup in tre zone climatiche e latitudini decrescenti (Isole Faroe 62.0˚N, Paesi Bassi 52.1˚N, Namibia 22.6˚S) con area regolata per HP (vedi sopra) in una simulazione di 36 mesi utilizzando i dati climatici locali e le serre regolate dal clima come input di modello

clima (basse radiazioni) e la coltivazione (piccole piante, basso potenziale ETSUBC/sub) contribuiscono all’accumulo di nutrienti.