Calcoli e rapporti dei componenti

I sistemi aquaponici devono essere bilanciati. I pesci (e quindi i mangimi per pesci) devono fornire nutrienti adeguati per le piante; le piante devono filtrare l’acqua per i pesci. Il biofiltro deve essere abbastanza grande per elaborare tutti gli scarti di pesce, ed è necessario un volume d’acqua sufficiente per far circolare questo sistema. Questo equilibrio può essere difficile da raggiungere in un nuovo sistema, ma questa sezione fornisce utili calcoli per stimare le dimensioni di ciascuno dei componenti.

Area di coltivazione delle piante, quantità di mangime per pesci e quantità di pesci

Il modo più efficace per bilanciare un sistema acquaponico consiste nell’utilizzare il rapporto di velocità di avanzamento descritto nella sezione 2.1.4. Questo rapporto è il calcolo più importante per l’acquaponica in modo che i pesci e le piante possano prosperare simbioticamente all’interno dell’ecosistema aquaponico.

Il rapporto stima la quantità di mangime per pesci da aggiungere ogni giorno al sistema e viene calcolato in base all’area disponibile per la crescita delle piante. Questo rapporto dipende dal tipo di pianta coltivata; le verdure da frutto richiedono circa un terzo in più di nutrienti rispetto alle verdure a foglia verde per sostenere lo sviluppo dei fiori e della frutta. Il tipo di mangime influenza anche il rapporto di velocità di alimentazione, e tutti i calcoli forniti qui presuppongono un mangime per pesci standard del settore con 32 per cento di proteine.

| Piante verdi a foglia | Verdure da frutta | | — | — | | 40-50 g di mangime per pesci per metro quadrato al giorno | 50-80 g di mangime per pesci per metro quadrato al giorno |

Il primo passo consigliato nel calcolo è determinare quante piante sono desiderate. In media, le piante possono essere coltivate alla densità di impianto indicata di seguito (Figura 8.1). Queste cifre sono solo medie e molte variabili esistono a seconda del tipo di pianta e della dimensione del raccolto, e quindi dovrebbero essere utilizzate solo come linee guida.

| Piante verdi a foglia | Verdure da frutta | | — | — | | 20-25 piante per metro quadrato | 4-8 piante per metro quadrato |

Una volta scelto il numero desiderato di piante, è possibile determinare la quantità di superficie di coltivazione necessaria e, di conseguenza, è possibile determinare la quantità di mangime da aggiungere al sistema ogni giorno.

Una volta calcolata la quantità di superficie di crescita e di mangime per pesci, è possibile determinare la biomassa del pesce necessaria per mangiare questo mangime. I pesci di diverse dimensioni hanno requisiti e regimi di alimentazione diversi, questo significa che molti piccoli pesci mangiano tanto quanto pochi pesci grandi. In termini di bilanciamento di un’unità acquaponica, il numero effettivo di pesci non è importante quanto la biomassa totale di pesci nella vasca. In media, per le specie discusse nella sezione 7.4, i pesci consumeranno l'1-2 per cento del loro peso corporeo al giorno durante la fase di crescita. Ciò presuppone che i pesci siano più grandi di 50 g perché i pesci piccoli mangiano più di quelli grandi, come percentuale del peso corporeo.

| Tasso di alimentazione del pesce | | — | | 1-2% del peso corporeo totale al giorno |

L’esempio seguente dimostra come condurre questa serie di calcoli, determinando che, al fine di produrre 25 capi di lattuga a settimana, un sistema acquaponico dovrebbe avere 10-20 kg di pesce, nutriti 200 grammi di mangime al giorno e avere una superficie in crescita di 4 m². I calcoli sono i seguenti:

La lattuga richiede 4 settimane per crescere una volta che le piantine sono state trapiantate nel sistema, e vengono raccolte 25 teste a settimana, quindi:

Ogni 25 teste di lattuga richiedono 1 m2 di spazio di crescita, quindi:

Ogni metro quadrato di spazio di crescita richiede 50 g di mangime per pesci al giorno, quindi:

Il pesce (biomassa) in un sistema mangia l'1 -2 per cento del loro peso corporeo al giorno,

quindi:

Anche se estremamente utile, questo rapporto di alimentazione è in realtà solo una guida, in particolare per le unità su piccola scala. Ci sono molte variabili coinvolte in questo rapporto, tra cui la dimensione e il tipo di pesce, la temperatura dell’acqua, il contenuto proteico del mangime e il fabbisogno di nutrienti delle piante, che possono cambiare significativamente nel corso di una stagione di crescita. Questi cambiamenti possono richiedere all’agricoltore di regolare la velocità di alimentazione.

Testare l’acqua per la ricerca di azoto aiuta a determinare se il sistema rimane in equilibrio. Se i livelli di nitrati sono troppo bassi (meno di 5 mg/l), aumentare lentamente la velocità di alimentazione al giorno senza nutrire eccessivamente il pesce. Se i livelli di nitrati sono stabili, allora ci possono essere carenze in altri nutrienti e la supplementazione può essere necessaria soprattutto per calcio, potassio e ferro. Se i livelli di nitrati aumentano, saranno necessari scambi idrici occasionali, poiché il nitrato supera i 150 mg/l. L’aumento dei livelli di nitrati suggerisce che la concentrazione di altri nutrienti essenziali è adeguata.

Volume d’acqua

Il volume dell’acqua è più importante per l’aspetto dell’acquacoltura dell’acquaponica. Diverse densità di stoccaggio influenzano la crescita e la salute dei pesci e sono una delle cause più comuni per lo stress dei pesci. Tuttavia, il volume totale dell’acqua non influisce sulla componente idroponica, tranne per il fatto che con grandi volumi di acqua ci vuole più tempo perché l’acqua accumuli una notevole concentrazione di nutrienti durante il ciclo iniziale. Pertanto, se un’unità ha un volume d’acqua relativamente grande, l’unico impatto è che ci vorrebbe più tempo per raggiungere le concentrazioni di nutrienti ottimali per le piante. Grandi volumi d’acqua aiutano a mitigare i cambiamenti nella qualità dell’acqua, ma possono mascherare i problemi più a lungo. Il metodo DWC ha sempre un volume d’acqua totale più elevato rispetto al NFT o ai letti multimediali.

La densità massima raccomandata è di 20 kg di pesce per 1 000 litri di acqua (acquario). Le piccole unità descritte in questa pubblicazione hanno circa 1 000 litri di acqua e dovrebbero contenere 10-20 kg di pesce. Le densità di stoccaggio più elevate richiedono tecniche di aerazione più sofisticate per mantenere stabili i livelli DO per i pesci, nonché un sistema di filtrazione più complesso per gestire i rifiuti solidi. Si raccomanda vivamente ai nuovi agricoltori acquaponici di non superare la densità di stoccaggio di 20 kg per 1 000 litri. Ciò è particolarmente il caso in cui una fornitura costante di energia elettrica non è garantita, perché una breve interruzione può uccidere tutti i pesci entro un’ora ad alta densità di stoccaggio. Questa stessa densità di stoccaggio si applica per serbatoio di qualsiasi dimensione superiore a 500 litri; è sufficiente utilizzare questo rapporto per calcolare la densità massima di stoccaggio per il volume d’acqua dato. Se il serbatoio è inferiore a 500 litri, ridurre la densità di stoccaggio a metà, o 1 kg per 100 litri, anche se non è consigliabile coltivare pesce per il consumo in un serbatoio inferiore a 500 litri. Per riferimento, una tilapia media pesa 500 g alla dimensione del raccolto e 50 g alla dimensione dello stoccaggio.

| Densità di calza di pesce | | — | | 10-20 kg di pesce per 1 000 litri di acqua |

Requisiti di filtrazione - biofiltro e separatore meccanico

La quantità di biofiltrazione necessaria in acquaponica è determinata dalla quantità di mangime che entra quotidianamente nel sistema. La considerazione principale è il tipo di materiale biofiltrante e la superficie di quel mezzo. Più grande è la superficie, più grande è la colonia batterica che può essere ospitata e più velocemente l’ammoniaca viene convertita in nitrato. Sono previsti due rapporti, uno per la ghiaia vulcanica trovata nei letti mediali e uno per le Bioballs® presenti nelle unità NFT e DWC. Questo calcolo dovrebbe essere considerato un minimo, e l’eccesso di biofiltrazione non danneggia il sistema, ma rende il sistema più resistente contro i picchi di ammoniaca e nitriti. I biofiltri devono essere sovradimensionati se si sospetta che le basse temperature possano influire sull’attività batterica. L’appendice 4 contiene ulteriori informazioni sul dimensionamento dei biofiltri e sul calcolo del volume richiesto.

| Materiale biofiltrore | **Superficie specifica (m²/m³) ** | **Volume richiesto (litri/g di mangime) ** | | — | — | — | | Ghiaia vulcanica | 300 | 1 | | Bioballs® | 600 | 0.5 |

Il separatore meccanico deve essere dimensionato in base al volume d’acqua. Generalmente, il separatore meccanico dovrebbe avere un volume di 10-30 percento delle dimensioni dell’acquario. I filtri meccanici sono necessari sia per i sistemi NFT che per quelli DWC, sia per i sistemi a letto media ad alta densità di stoccaggio (\ > 20 kg/1 000 litri).

Riepilogo dei calcoli dei componenti

• Il rapporto di velocità di avanzamento fornisce un modo per bilanciare i componenti di un sistema acquaponico e per calcolare l’area di semina, l’alimentazione dei pesci e la biomassa ittica.

• Rapporto velocità di avanzamento per acquaponica:

• 40-50 grammi di mangime giornaliero per metro quadrato (verdi a foglia);

• 50-80 grammi di mangime giornaliero per metro quadrato (ortaggi da frutto).

• Tasso di alimentazione dei pesci: 1-2 per cento del loro peso corporeo al giorno.

• Densità della calza di pesce: 10-20 kg/1 000 litri.

• Volume di biofiltrazione:

• 1 litro per grammo di mangime giornaliero (cenere nei letti multimediali)

• ½ litro per grammo di mangime giornaliero (Bioballs® in NFT e DWC)

La tabella 8.1 riassume le cifre e i rapporti chiave per la progettazione di unità media su piccola scala, NFT e DWC. È importante essere consapevoli del fatto che le cifre sono solo guide in quanto altri fattori esterni (ad esempio condizioni climatiche, accesso a una fornitura costante di energia elettrica) possono cambiare il progetto sul terreno. Si prega di notare le note sotto la tabella che spiegano le cifre e l’applicabilità di ciascuna colonna per metodo aquaponico.

TABELLA 8.1

Guida pratica alla progettazione del sistema per unità acquaponiche su piccola scala

Note:

^1. La densità di pesce raccomandata si basa su una densità massima di stoccaggio di 20 kg/1 000 litri. Maggiore densità sono possibili con ulteriore aerazione e filtrazione meccanica, ma questo non è raccomandato per i principianti.

^2. Il tasso di alimentazione raccomandato è l'1% del peso corporeo al giorno per i pesci di oltre 100 g di massa corporea. Il rapporto di alimentazione è: 40-50 g/m² per i verdi a foglia; e 50-80 g/m² per le verdure a frutto.

^3. I volumi per il separatore meccanico e il biofiltro dovrebbero essere del 10-30 percento del volume totale degli acquari. In realtà, la scelta dei contenitori dipende dalle loro dimensioni, costo e disponibilità. I biofiltri sono necessari solo per le unità NFT e DWC; i separatori meccanici sono applicabili per le unità NFT, DWC e le unità media con una densità di pesce superiore a 20 kg/1 000 litri.

^4. Queste cifre presuppongono che i batteri siano sempre in condizioni ottimali. In caso contrario, per un certo periodo (inverno), potrebbe essere necessario aggiungere altri mezzi di filtrazione come tampone. Vengono forniti valori diversi per i due mezzi biofiltranti più comuni in base alla rispettiva superficie specifica.

^5. Le cifre per lo spazio di coltivazione delle piante includono solo verdi a foglia verde. Fruttificazione verdure avrebbe una superficie leggermente inferiore.

*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. *