Aqu @teach: Progettazione di feed per l'acquaponica
I mangimi per acquaponica possono essere fatti in casa o acquistati da aziende specializzate che formulano diete specifiche a seconda della specie e dell’età del pesce. Normalmente i produttori commerciali utilizzano mangimi specializzati in quanto sono garantiti per soddisfare tutte le esigenze nutrizionali del pesce, e tendono ad essere più convenienti rispetto alla produzione e alla formulazione del proprio mangime. Tuttavia, i mangimi formulati non sono sempre perfetti e possono avere effetti diversi sulla qualità dell’acqua in cui vivono i pesci ed espellono i rifiuti. Solo di recente scienziati e ingegneri hanno iniziato a esaminare diete specifiche per i pesci nei sistemi di ricircolo e nelle unità acquaponiche. Teoricamente sembra possibile fornire ai pesci mangimi pellettati, che li aiuterà a crescere rapidamente, fornendo al contempo abbastanza nutrienti per le piante che in seguito si «nutrono» di quest’acqua. In pratica, tuttavia, le cose sono più difficili e dipendono da molti parametri complessi, come la temperatura e il pH dell’acqua riciclata, così come i microbiota negli intestini dei pesci e nei biofiltri. Un terapeuta acquaponica dovrebbe conoscere le basi della composizione dei mangimi al fine di avere un modo per giudicare quale mangime sarebbe meglio iniziare con. Anche se potrebbe non essere necessario progettare i feed da zero, gli studenti dovrebbero essere in grado di scegliere il feed migliore per questo sistema dopo aver letto le sezioni seguenti.
Crescita dei pesci e ritenzione di azoto
L’azoto che alla fine sarà eliminato come ammoniaca dal pesce proviene dalla proteina presente nel mangime. Sebbene ci sia un po’ di azoto in altri componenti del mangime, quasi tutto l’azoto assorbito dai pesci ed eliminato come scarto proviene da amminoacidi poiché, come suggerisce il nome, tutti contengono azoto nella composizione chimica.
Se conosciamo la percentuale di azoto nel mangime, possiamo quindi calcolare la quantità approssimativa che verrà escreta come ammoniaca nell’acqua mediante un processo simile a quello della minzione. Quell’ammoniaca sarà poi trasformata in nitrato che sarà fornito alle piante. Va notato qui, tuttavia, che i pesci non urinano in realtà ma, a differenza della maggior parte dei mammiferi, eliminano i rifiuti azotati attraverso le loro branchie (simili ai nostri polmoni). Nelle sezioni seguenti seguiremo la fonte e il destino dell’azoto in un sistema acquaponico, basato su Seawright et al. (1998), che sono stati uno dei primi gruppi a pubblicare studi sul ciclo dei nutrienti nei sistemi acquaponici, diversi decenni fa. Nel loro documento forniscono un’equazione per il calcolo del bilancio azotato nel sistema, che useremo come guida. Dopo aver calcolato l’azoto presente nel mangime, calcoliamo quanto viene trattenuto nel pesce, perso come mangime non mangiato, e perso nelle feci, per finire con la concentrazione di ammoniaca nell’acqua circostante.
Fonte di azoto
Il mangime è la principale fonte di azoto nel nostro sistema acquaponico. Per calcolare la quantità totale di azoto immessa nel serbatoio tramite il mangime occorre innanzitutto conoscere la quantità esatta di mangime utilizzato, in grammi o chilogrammi. Successivamente abbiamo bisogno di conoscere la percentuale di proteine nel mangime. Questo è normalmente indicato sull’etichetta del mangime o disponibile presso il produttore di mangimi. Come accennato nelle sezioni precedenti, i mangimi per pesci hanno elevate proporzioni di proteine, normalmente comprese tra il 25% e il 50%. Una volta che conosciamo la percentuale proteica possiamo calcolare la percentuale di azoto dividendola per 6,25. Usiamo questo numero poiché i nutrizionisti presumono che 1/6,25 o circa il 16% di tutte le proteine sia azoto. Così, per un mangime per tilapia con 35% di proteine sappiamo che ha 35%\ * 16% = 5,6% di azoto. Se abbiamo aggiunto, ad esempio, 120 grammi di mangime al serbatoio in un giorno, stiamo aggiungendo 120\ * 5,6% = 6,72 g di azoto.
Assorbimento di azoto da parte dei pesci
Il pesce assorbirà l’azoto nei suoi depositi proteici, che è principalmente il suo muscolo. Tuttavia, la maggior parte del peso corporeo del pesce è l’acqua, quindi il peso deve essere scontato in quanto l’azoto è presente solo in quello che può essere definito «peso secco del muscolo». In generale, e sulla base dei risultati nel nostro laboratorio e dei risultati della letteratura (ad esempio, Seawright et al. 1998), il peso secco della tilapia è circa il 27% del suo peso corporeo o, in altre parole, il 73% del muscolo tilapia è acqua.
Successivamente abbiamo bisogno di conoscere il tasso di conversione feed (FCR). L’FCR è il rapporto tra il mangime fornito diviso per il peso guadagnato. L’inverso delle FCR è chiamato efficienza del mangime, o aumento di peso diviso per il mangime ingerito. Le FCR sono tipicamente circa 1-2 nel pesce. L’efficienza dei mangimi, d’altra parte, può essere vista come 1 divisa per le FCR. Cioè, per un indice di conversione di 1,5, l’efficienza di alimentazione è 1/1,5 = 66,73%. Per dirla in un altro modo, circa due terzi del mangime mangiato dal pesce saranno assorbiti dal muscolo del pesce e contati come crescita.
Naturalmente sarebbe meglio avere un’elevata efficienza di alimentazione (vicino al 100%); più è alto, più è economicamente vantaggioso. Tuttavia, i pesci hanno un limite massimo per quanto muscolo possono accumulare nel tempo. Man mano che il muscolo cresce, la quantità di proteine crescerà (così come la quantità di azoto totale nel muscolo), ma la proporzione di proteine nel muscolo rimarrà più o meno stabile. La percentuale totale di azoto rispetto al peso corporeo è di circa 8,8% in tilapia. Questo può variare tra le specie, ma è un buon numero approssimativo.
Quindi, a seconda del mangime fornito, possiamo stimare la quantità di azoto che verrà trattenuto nel pesce. Se forniamo 120 g di mangime utilizzando i valori suggeriti sopra, allora l’azoto trattenuto nel pesce si troverà moltiplicando il mangime per il peso secco, per l’efficienza del mangime e per la percentuale di azoto nel muscolo del pesce, cioè 120 g\ * 27%\ * 66,73%\ * 8,8% = 1,90 grammi di azoto del mangime rimarranno in il pesce.
Azoto perso nei solidi
Oltre ad essere persi come urina, i rifiuti azotati possono essere persi attraverso le feci. Possiamo misurare il contenuto di proteine o azoto delle feci poiché si accumula nel filtro solido del nostro sistema, oppure possiamo sifonarlo quotidianamente e conservarlo. I rifiuti solidi potrebbero anche contenere mangimi che non sono stati ingeriti ma, come detto sopra, è difficile misurare esattamente la quantità di mangime non consumato dai pesci, quindi raggruppiamo le feci e i mangimi non consumati come rifiuti solidi. Prima dell’analisi, i rifiuti solidi vengono essiccati per calcolare il peso secco, quindi viene misurato il contenuto di azoto. In un sistema RAS la quantità totale di solidi è di circa il 10%, cioè il 10% del mangime fornito ai pesci finisce come rifiuti solidi (comprese le feci di pesce e i pellet che non vengono ingeriti). All’analisi abbiamo scoperto che il contenuto di azoto delle feci era del 4,8%.
Come abbiamo spiegato in precedenza, le proteine sono il 16% di azoto, o questo è ciò che i nutrizionisti stimano. Quindi, se abbiamo solo una misura di azoto, per ottenere la quantità di proteine da cui proviene originariamente dobbiamo «calcolare indietro» dividendo la quantità di azoto per il 16%, che equivale a moltiplicarla per il 6,25% (1/16 = 0,0625 o 6,25%). Quindi, nel caso in cui il contenuto di azoto delle feci fosse del 4,8%, la quantità di proteine sarebbe del 4,8%\ * 6,25% = 30%.
Infine, per calcolare i grammi totali di azoto persi nei solidi per la quantità di mangime che forniamo al serbatoio, dobbiamo moltiplicare la quantità di mangime (120 g) per la percentuale di mangime perduto nei solidi (feci e mangimi non consumati) e la percentuale di azoto nei solidi (4,8%). Supponiamo che la percentuale di mangimi persi nei solidi sia del 10%, l’azoto perso nei solidi in quel caso sarebbe: 120 g\ * 10%\ * 4,8% = 0,576 g di azoto nel mangime vengono persi come solidi. Ancora una volta, questo è solo un esempio, e tale percentuale può variare a seconda del sistema e di altre condizioni.
Azoto disciolto in acqua come ammoniaca
Successivamente possiamo usare i calcoli di cui sopra per quantificare l’azoto disciolto nell’acqua, che è essenzialmente perso come rifiuti di ammoniaca. Per prima cosa aggiungiamo l’azoto assorbito dal pesce e perso nelle feci, per poi sottrarlo dall’azoto applicato tramite il mangime. L’azoto rimanente è la quantità persa o sciolta nell’acqua. Nel caso sopra, 6.72 — (1,90+ 0,576) = 4,24 g NH3. Cioè, il 63,1% (4,24/6,72) dell’azoto proveniente dal mangime viene convertito in NH3. Viene escreto dalla branchia come NH3 ma, a seconda del pH dell’acqua, viene convertito in NH4 . Il termine TAN indica azoto ammoniacale totale, o la combinazione di NH3 + NH4 . Nella Figura 6 forniamo un esempio dei risultati del nostro laboratorio in cui l’azoto totale è stato calcolato nei mangimi e poi misurato nei pesci, nelle feci e nell’acqua.
Figura 5: Esempio di analisi del ciclo di azoto in tilapia utilizzando quattro diversi mangimi basati su diverse fonti proteiche (farina di pesce, soia, glutine di mais e concentrato di piselli)
*Copyright © Partner del progetto Aqu @teach. Aqu @teach è un partenariato strategico Erasmus+ per l’istruzione superiore (2017-2020) guidato dall’Università di Greenwich, in collaborazione con l’Università di Scienze Applicate di Zurigo (Svizzera), l’Università Tecnica di Madrid (Spagna), l’Università di Lubiana e il Centro Biotecnico Naklo (Slovenia) . *