Tecnica di coltura in acque profonde
Il metodo DWC prevede la sospensione delle piante in fogli di polistirolo, con le loro radici pendenti nell’acqua (figure 4.68 e 4.69). Questo metodo è il più comune per i grandi acquaponici commerciali che coltivano una coltura specifica (tipicamente lattuga, foglie di insalata o basilico, Figura 4.70), ed è più adatto per la meccanizzazione. Su piccola scala, questa tecnica è più complicata dei letti multimediali e potrebbe non essere adatta per alcune località, specialmente dove l’accesso ai materiali è limitato.
Dinamica del flusso d’acqua
Le dinamiche del flusso d’acqua in DWC sono quasi identiche a quelle attraverso un NFT. L’acqua scorre per gravità dall’acquario, attraverso il filtro meccanico, e nella combinazione biofiltro/coppa. Dalla coppa, l’acqua viene pompata in due direzioni attraverso un connettore a «Y» e valvole. Un po’ d’acqua viene pompata direttamente all’acquario. L’acqua rimanente viene pompata nel collettore, che distribuisce l’acqua in modo equivalente attraverso i canali. L’acqua scorre, sempre per gravità, attraverso i canali di crescita dove si trovano le piante e esce dal lato opposto. Uscendo dai canali l’acqua viene restituita al biofiltro/pozzetto, dove di nuovo viene pompata nell’acquario o nei canali. L’acqua che entra nell’acquario fa sì che l’acquario trabocchi attraverso il tubo di uscita e di nuovo nel filtro meccanico, completando così il ciclo.
Questa configurazione «Figura 8» descrive il percorso dell’acqua visto nel sistema DWC. Come nel NFT, l’acqua scorre attraverso il filtro meccanico e il biofiltro prima di essere pompata di nuovo nell’acquario e nei canali delle piante. Uno svantaggio di questa configurazione è che la combinazione di sump/biofiltro restituisce parte dell’acqua di scarico dai canali delle piante alle piante. Tuttavia, a differenza della NFT, dove le sostanze nutritive contenute nel piccolo film di acqua che scorre a livello radicale si esauriscono rapidamente, il grande volume di acqua contenuta nei canali DWC consente alle piante di utilizzare notevoli quantità di sostanze nutritive. Tale disponibilità di nutrienti suggerirebbe anche diversi progetti di sistema. Una distribuzione seriale dell’acqua lungo i canali DWC può essere costruita semplicemente utilizzando una configurazione a «cascata» con un solo ingresso che serve il serbatoio più lontano. In questo caso, l’uscita di un serbatoio sarebbe l’ingresso di quello successivo, e l’aumento del flusso d’acqua aiuterebbe le radici ad accedere a un flusso più elevato di sostanze nutritive.
Nel sistema DWC mostrato in Figura 4.68, l’acqua viene pompata dal contenitore del biofiltro in canali che hanno fogli di polistirene galleggianti sulla parte superiore che sostengono la pianta. La portata dell’acqua che entra in ogni canale è relativamente bassa. Generalmente, ogni canale ha 1-4 ore di tempo di ritenzione. Il tempo di ritenzione è un concetto simile al tasso di fatturato, e si riferisce alla quantità di tempo necessario per sostituire tutta l’acqua in un contenitore. Ad esempio, se il volume d’acqua di un canale è di 600 litri e la portata dell’acqua che entra nel contenitore è di 300 litri/h, il tempo di ritenzione sarebbe di 2 ore (600 litri ÷ 300 litri/h).
Filtrazione meccanica e biologica
La filtrazione meccanica e biologica nelle unità DWC è la stessa delle unità NFT descritte nella sezione 4.4.2.
DWC coltivare canali, costruzione e semina
I canali possono avere lunghezze variabili, da uno a decine di metri (Figura 4.71). In generale, la loro lunghezza non è un problema, come si vede nel NFT, perché il grande volume di acqua consente un adeguato apporto di nutrienti. Una nutrizione ottimale delle piante nei canali molto lunghi dovrebbe sempre consentire un adeguato afflusso d’acqua e una riossigenazione per garantire che i nutrienti non siano esauriti e che le radici possano respirare. Per quanto riguarda la larghezza, si raccomanda generalmente di essere la larghezza standard di un foglio di polistirolo, ma può essere multipli di questo. Tuttavia, canali più stretti e più lunghi consentono una maggiore velocità dell’acqua che può colpire positivamente le radici con maggiori flussi di nutrienti. La scelta della larghezza dovrebbe anche
considerare l’accessibilità da parte dell’operatore. La profondità consigliata è di 30 cm per consentire un adeguato spazio delle radici delle piante. Simile alle vasche per pesci, i canali possono essere realizzati con qualsiasi materiale inerte forte in grado di trattenere l’acqua. Per le unità su piccola scala, i materiali più diffusi includono contenitori in plastica IBC fabbricati o fibra di vetro. Canali molto più grandi possono essere costruiti utilizzando lunghezze di legno o blocchi di cemento rivestiti con teli impermeabili per uso alimentare. Se si utilizza il calcestruzzo, assicurarsi che sia sigillato con sigillante impermeabile atossico per evitare potenziali minerali tossici di lisciviazione dal calcestruzzo nell’acqua del sistema.
Come accennato in precedenza, il tempo di ritenzione per ciascun canale in un’unità è di 1-4 ore, indipendentemente dalla dimensione effettiva del canale. Ciò consente un adeguato rifornimento di nutrienti in ogni canale, sebbene il volume di acqua e la quantità di sostanze nutritive nei canali profondi siano sufficienti per nutrire le piante per periodi più lunghi. La crescita delle piante trarrà sicuramente beneficio da flussi più rapidi e acqua turbolenta perché le radici saranno colpite da molti più ioni; mentre i flussi più lenti e l’acqua quasi stagnante avrebbero un impatto negativo sulla crescita delle piante.
L’aerazione per le unità DWC è fondamentale. In un canale densamente piantato, la domanda di ossigeno per le piante può causare livelli di DO a crollare al di sotto del minimo. Qualsiasi rifiuto solido in decomposizione presente nel canale aggraverebbe questo problema, diminuendo ulteriormente il DO. Pertanto, è necessaria l’aerazione. Il metodo più semplice è quello di posizionare diverse piccole pietre d’aria nei canali (Figura 4.72).
Le pietre d’aria dovrebbero rilasciare circa 4 litri di aria al minuto, ed essere disposte ogni 2-4 m2 della zona del canale. Inoltre, i sifoni Venturi (vedere paragrafo 4.2.5) possono essere aggiunti ai tubi di afflusso dell’acqua per aerare l’acqua man mano che entra nel canale. Infine, è possibile utilizzare il metodo Kratky di DWC (Figura 4.73). In questo metodo, uno spazio di 3-4 cm è lasciato tra il polistirolo e il corpo idrico all’interno del canale. Ciò consente all’aria di circolare attorno alla parte superiore delle radici delle piante. Questo approccio elimina la necessità di pietre d’aria nel canale in quanto quantità sufficienti di ossigeno nell’aria vengono fornite alle radici. Un altro vantaggio di questo metodo è l’evitare il contatto diretto degli steli delle piante con l’acqua, che riduce i rischi di malattie delle piante nella zona del colletto. Inoltre, la maggiore ventilazione grazie all’aumento dello spazio d’aria favorisce la dissipazione del calore dall’acqua, ideale in climi caldi
Non aggiungere alcun pesce nei canali che potrebbe mangiare le radici delle piante, ad esempio pesci erbivori come tilapia e carpe. Tuttavia, alcune piccole specie di pesci carnivori, come i guppy, i mollies o le zanzare, possono essere utilizzate con successo per gestire le larve di zanzara, che possono diventare un enorme fastidio per i lavoratori e i vicini in alcune zone.
I fogli di polistirolo dovrebbero avere un certo numero di fori praticati per adattarsi alle tazze di rete (o cubetti di spugna) utilizzate per sostenere ogni pianta (Figura 4.74). La quantità e la posizione dei fori sono dettate dal tipo vegetale e dalla distanza desiderata tra le piante, dove le piante più piccole possono essere distanziate più da vicino. L’appendice 8 contiene dettagli specifici e suggerimenti utili su come praticare i fori.
Le piantine possono essere avviate in un vivaio dedicato (vedere paragrafo 8.3) in blocchi di terreno o in un mezzo senza terreno. Una volta che queste piantine sono abbastanza grandi da gestire, possono essere trasferite in tazze nette e piantate nell’unità DWC (Figura 4.75). Lo spazio rimanente nella coppa netta deve essere riempito con mezzi idroponici, come ghiaia vulcanica, lana di roccia o LECA, per sostenere la piantina. È anche possibile piantare semplicemente un seme direttamente nelle tazze di rete sopra il supporto. Questo metodo è talvolta raccomandato se i semi vegetali sono accessibili perché evita lo shock del trapianto durante il reimpianto. Durante la raccolta, assicurarsi di rimuovere l’intera pianta, comprese le radici e le foglie morte, dal canale. Dopo il raccolto le zattere devono essere pulite ma non lasciate asciugare in modo da evitare di uccidere i batteri nitrificanti sulla superficie sommersa della zattera. Le unità su larga scala devono pulire le zattere con acqua per rimuovere lo sporco e i residui vegetali e riposizionarle immediatamente nei canali per evitare qualsiasi stress ai batteri nitrificanti.
Caso speciale DWC: bassa densità di pesce, senza filtri
Le unità DWC Aquaponic possono essere progettate che non richiedono filtrazione aggiuntiva esterna (Figura 4.76). Queste unità hanno una densità di stoccaggio molto bassa di pesce (cioè 1-1,5 kg di pesce per m3 di acquario), e quindi si basano principalmente sullo spazio delle radici delle piante e sull’area interna dei canali come superficie per ospitare i batteri nitrificanti. Semplici schermi a rete catturano i grandi rifiuti solidi e i canali fungono da serbatoi di decantazione per i rifiuti fini. Il vantaggio di questo metodo è la riduzione degli investimenti economici iniziali e dei costi di capitale, eliminando al contempo la necessità di ulteriori contenitori e materiali filtranti, che possono essere difficili e costosi da reperire in alcune località. Tuttavia, una minore densità di stoccaggio porterà a una riduzione della produzione ittica. Allo stesso tempo, molte imprese acquaponiche fanno la stragrande maggioranza dei loro profitti sulla resa delle piante piuttosto che sulla produzione ittica, utilizzando essenzialmente il pesce solo come fonte di nutrienti. Spesso, questo metodo richiede l’integrazione di nutrienti per garantire la crescita delle piante. Se si considera questo metodo, vale la pena valutare la produzione di pesce e piante desiderata e considerare i relativi costi e guadagni.
Dinamica del flusso d’acqua
La differenza principale tra i due disegni (alta calza di pesce rispetto a bassa calza di pesce) è che il design a bassa densità non utilizza né i contenitori di filtrazione esterni, meccanici o biologici. L’acqua scorre per gravità dall’acquario direttamente nei canali DWC, passando attraverso uno schermo a maglie molto semplice. L’acqua viene quindi restituita in una coppa e pompata di nuovo nelle vasche di pesce, o direttamente nelle vasche di pesce senza una coppa. L’acqua nelle vasche e nei canali viene aerata mediante una pompa d’aria. I rifiuti di pesce sono suddivisi per nitrificazione e mineralizzazione dei batteri che vivono sulla superficie delle radici delle piante e sulle pareti dei canali.
La densità di stoccaggio dei pesci è un continuum, che si estende da bassissime densità che non necessitano di filtri fino a densità molto elevate che necessitano di filtri esterni dedicati. Una soluzione semplice per ottenere ulteriore mineralizzazione e biofiltrazione e per evitare l’accumulo di rifiuti solidi sul fondo dei canali consiste nel combinare il semplice schermo a rete con un cesto di ghiaia di piselli o palline di argilla posizionate appena sopra il livello dell’acqua dove l’acqua esce dall’acquario. Il cestino funge da filtro di gocciolamento con i suoi mezzi che intrappolano e mineralizzano i solidi. L’acqua che cade dal cestello aggiungerà ossigeno anche attraverso il suo effetto schizzi. Inoltre, l’uso di ghiaia per piselli avrebbe un’azione tamponante contro l’acidificazione dell’acqua in seguito alla nitrificazione. Un’altra opzione può includere un biofiltro interno all’acquario, costituito da un semplice sacchetto a rete di materiale biofiltro vicino a una pietra dell’aria. Ciò può contribuire a garantire un’adeguata biofiltrazione senza aumentare il costo dei biofiltri esterni. Infine, aumentare il volume complessivo dell’acqua senza aumentare la densità di stoccaggio dei pesci, utilizzando fondamentalmente grandi vasche per pochi pesci, può contribuire a mitigare i problemi di qualità dell’acqua diluendo i rifiuti e garantendo all’agricoltore un tempo adeguato per rispondere ai cambiamenti prima che il pesce diventi stressato, anche se questo può diluire i nutrienti disponibili e ostacolare la crescita vegetale.
La minore densità dei pesci significa anche che la portata dell’acqua può essere inferiore. È possibile utilizzare una pompa più piccola, riducendo i costi, ma assicurando che almeno la metà del volume totale dell’acquario venga scambiato all’ora. In effetti, alcuni ricercatori hanno avuto successo con la rimozione della pompa elettrica tutti insieme e facendo affidamento sul lavoro manuale per ciclo dell’acqua due volte al giorno. Tuttavia, questi sistemi sono totalmente dipendenti da un’adeguata aerazione. Oltre a queste differenze, le raccomandazioni per gli acquari e la costruzione del canale DWC sono applicabili per questo metodo a bassa densità di stoccaggio.
Gestione unità a bassa densità di stoccaggio
La principale differenza rispetto alla gestione delle altre unità, discussa più dettagliatamente nel capitolo 8, è la minore densità di stoccaggio. La densità di stoccaggio consigliata per questi tipi di sistemi è 1-5 kg/m3 (rispetto a 10-20 kg/m3 per gli altri sistemi in questo manuale). In precedenza, è stato suggerito che l’equilibrio tra pesce e piante segua il rapporto di velocità di alimentazione, che aiuta a calcolare la quantità di mangime per pesci che entrano nel sistema, data una determinata area di coltivazione per le piante. Queste unità a bassa densità di stoccaggio seguono ancora il rapporto di avanzamento giornaliero suggerito di 40-50 g/m2, ma dovrebbero essere verso l’estremità inferiore. Una tecnica utile è quella di consentire ai pesci di nutrirsi per 30 minuti, 2-3 volte al giorno, e quindi rimuovere tutto il cibo non mangiato. La sovralimentazione comporterà un accumulo di rifiuti nelle vasche e nei canali, causando zone anossiche, cattive condizioni di crescita, malattie e stress per pesci e piante. Sempre, ma soprattutto quando si utilizza questo metodo senza filtri, assicurarsi di monitorare attentamente le condizioni di qualità dell’acqua e ridurre l’alimentazione se vengono rilevati livelli elevati di ammoniaca o nitriti.
Vantaggi e svantaggi della bassa densità di stoccaggio
Il vantaggio principale è un’unità più semplice. Questo sistema è più facile da costruire e più economico da iniziare, con costi di capitale inferiori. I pesci sono meno stressati perché sono coltivati in condizioni più spaziose. Nel complesso, questa tecnica può essere molto utile per i progetti iniziali con basso capitale. Questi sistemi possono essere molto utili per la coltivazione di pesci di alto valore, come pesci ornamentali, o colture speciali, come le erbe medicinali, dove la produzione inferiore è compensata con un valore più elevato.
Tuttavia, un grave svantaggio è che queste unità sono difficili da scalare. In una determinata area vengono coltivate meno piante e pesci, quindi sono meno intensivi di alcuni dei sistemi precedentemente delineati. Per produrre una grande quantità di cibo, questi sistemi diventerebbero proibitivamente grandi. Essenzialmente, la meccanica esterna e i biofiltri sono ciò che permette all’acquaponica di essere molto intensiva all’interno di una piccola area.
Inoltre, la produzione ittica non può funzionare indipendentemente dalla componente idroponica; le piante devono essere sempre presenti nei canali. Le radici delle piante forniscono l’area per la crescita dei batteri, e senza queste radici la biofiltrazione non sarebbe sufficiente a mantenere l’acqua pulita per i pesci. Se mai fosse necessario raccogliere tutte le piante in una sola volta, che possono verificarsi durante epidemie di malattia, cambiamenti di stagione o grandi eventi climatici, la ridotta biofiltrazione causerebbe un elevato stress di ammoniaca e pesce. D’altra parte, con esterni meccanici e biofiltri la produzione ittica può continuare senza l’idroponica come standard RAS.
*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, piccola produzione alimentare acquaponica, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Riprodotto con permesso. *