Skip to main content
FarmHub Logo
Sign Up
English Italiano Français Español Kiswahili Português عربى हिन्दी 中文
Аквапоника

Аквапонические системы используют пищевую сеть почвы для выращивания здоровых культур

Ассоциация аквапоники
7 min

Table of Contents

Брайан Филипович*, Сидни Шрамм, Джош Пайл, Кевин Сэвидж, Гэри Деланой, Жанель Хейгер и Эдди Бойрлейн

Резюме исследования

1. Где живет пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • Микробы накапливаются на всех поверхностях внутри биопонической системы и находятся в водной колонне.

  • Корни являются горячей точкой микробной активности как в биопонических системах, так и в почве.

  • Микрониши внутри систем обеспечивают бактериям идеальные условия для роста.

  • Разные компоненты системы создают уникальные среды и содержат различные микробные сообщества.

2. Насколько велика и разнообразна пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • В биопонических системах было обнаружено сопоставимое количество и разнообразие микроорганизмов с почвой, если не больше.

  • Исследование группы по гидропонике и аквапонике USDA1 по гидропонным томатам показало, что количество бактерий, грибов, простейших и нематод в системе было выше ожидаемых уровней, которые можно найти в типичной органической почве.

3. Что делает пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • Микроорганизмы пищевой сети почвы разлагают твердые вещества и делают макро- и микроэлементы более доступными для растений.

  • Микроорганизмы пищевой сети почвы обеспечивают биоконтроль и подавление болезней, улучшая общее здоровье и качество растений.

  • Бактерии, обитающие в ризосфере корней растений, улучшают клеточные процессы с растительной тканью.

  • Исследования показали, что порча урожая и фекальные микроорганизмы менее распространены в биопонических системах по сравнению с почвой.

Введение

Будь то потребитель, производитель, законодатель или владелец бизнеса, мы все принимаем решения, которые влияют на то, где и как производится наша еда.

Наша продовольственная система быстро меняется из-за слияния актуальных глобальных проблем, включая изменение климата; деградацию окружающей среды; истощение водных ресурсов; экономическую нестабильность; проблемы со здоровьем из-за неправильного питания и загрязнения; а также быстрое увеличение населения и урбанизацию.

Формируя нашу новую продовольственную систему, одной из критически важных задач является сохранение доступа к высококачественным свежим фруктам и овощам, особенно тем, которые выращиваются устойчивым образом.

Мы должны оценить, могут ли новые методы выращивания, такие как аквапоника, обеспечить свежие фрукты и овощи, выращенные из семян, с теми же симбиотическими биологическими процессами, которые использовались растениями с начала времен.

Аквапоника сочетает в себе рециркуляцию рыбной культуры с гидропонным производством растений и предоставляет продукцию, соответствующую многим требованиям потребителей. Аквапоника является устойчивым способом производства рыбы и растений, так как она сохраняет водные ресурсы, восстанавливает богатые питательными веществами сбросы аквакультуры, ограничивает использование химических добавок как для рыбы, так и для растений, и улучшает скорость роста растений по сравнению с сельским хозяйством на основе почвы.

Хотя динамика различна, аквапоническое производство зависит от тех же биологических процессов, которые используются растениями в сельском хозяйстве на основе почвы. Здоровая почва имеет чрезвычайно большую и разнообразную экосистему микроорганизмов, которые сосуществуют в симбиотических отношениях с растениями. Микроорганизмы, такие как бактерии, грибы, простейшие, нематоды и другие, отвечают за ряд жизненно важных процессов для растений, таких как доставка питательных веществ, подавление болезней и регуляция окружающей среды. Этот термин называется Пищевой сетью почвы.

Несмотря на отсутствие почвы, в аквапонических системах существует то же самое разнообразное микробное сообщество. Этот информационный лист передает основанную на исследованиях информацию о том, как аквапонические системы используют Пищевую сеть почвы для производства высококачественных сельскохозяйственных культур.

Исследования, упомянутые в этом документе, основаны на аквапонических системах и биологически активных формах гидропонных систем. Отчет группы по гидропонике и аквапонике USDA 2016 года относил эти системы к “биопоническим”.

1. Где живет Пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • В биопонических системах микроорганизмы пищевой сети почвы накапливаются на твердых поверхностях, таких как корни, стены резервуаров, трубы, плавающие частицы и особенно внутри “биофильтра”, компонента, предназначенного специально для размещения полезных бактерий.

  • Некоторые микроорганизмы могут выделять гелеобразное вещество, которое позволяет им “флокулировать” и оставаться в подвешенном состоянии в водной колонне. Микроорганизмы, такие как Pseudomonas sp. и Bacillus sp. выделяют экстрацеллюлярные полимерные вещества, которые позволяют микробам агрегироваться вместе в водной колонне (Отчет HP/AP).

  • Как и в почве, корни в биопонических системах являются горячей точкой микробной активности2.

  • Аквапонические системы имеют микрониши, которые позволяют бактериям расти и процветать в областях, которые различаются в зависимости от доступности кислорода, питательных веществ и других параметров роста. Микрониши могут улучшить эффективность и функциональность определенных бактерий, позволяя им процветать в средах, специфичных для их идеальных параметров роста3.

  • Значительные различия в микробных сообществах были обнаружены в резервуарах рециркулирующих аквакультурных систем, фильтрах твердых частиц, биофильтрах и культуре воды, представляя уникальные и сложные среды. Микробные сообщества будут различаться от системы к системе, отражая разные виды рыбной культуры, параметры качества воды, корм, pH или другие факторы4.

2. Насколько велика и разнообразна Пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • Исследования показали от 1,000,000 до 10,000,000 колониеобразующих единиц на миллилитр (cfu/ml) бактерий и от 10 до 1,000 cfu/ml грибов в гидропонных системах5. 10,000,000,000 cfu/грамм корней были найдены в гидропонных системах6.

  • Исследования показывают, что биопонические системы имеют сопоставимое - если не большее - количество и разнообразие микроорганизмов, чем компост и почва соответственно7.

  • Бактерии, грибы, простейшие и нематоды на растительных средах в гидропонных томатах превышают ожидаемые уровни, чем в типичной органической почве, что сигнализирует о высокой способности к циклированию питательных веществ. Циклирование питательных веществ микроорганизмами Пищевой сети почвы настолько эффективно в биопонических производственных системах, что оно может ассимилировать 300 фунтов азота на акр (Отчет HP/AP).

3. Что делает Пищевая сеть почвы в биопонической системе?

  • Пищевая сеть почвы активно циклирует питательные вещества в биопонических системах. Микробы выделяют ферменты, которые разлагают плавающие органические вещества, поглощают доступные питательные вещества и в конечном итоге делают эти питательные вещества доступными для других микробов или для растений (Отчет HP/AP).

  • Микробы помогают хелатировать металлы, чтобы увеличить поглощение питательных веществ корнями растений (Отчет HP/AP).

  • Пищевая сеть почвы выполняет биоконтроль, защищая растения от патогенов. Относительно высокая доля образцов корней аквапонической салата содержала штаммы бактерий, участвующих в биоконтроле, включая Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp. или Flavobacterium spp.8.

  • Бактерии, способствующие росту растений в водных системах, сигнализируют растениям создавать вторичные метаболиты, такие как флавоноиды и другие антиоксиданты, которые помогают подавлять болезни растений, фиксировать азот, регулировать клетки и свойства цвета7.

  • Микробы в аквапонических биофильтрах, как было установлено, выполняют: нитрификацию; гетеротрофную и автотрофную денитрификацию; восстановление нитратов до аммония; и анаэробное окисление аммония.

  • Аквапонически выращенный салат имеет значительно более низкую концентрацию микроорганизмов, вызывающих порчу и фекальные микроорганизмы, по сравнению с салатом, выращенным в почве9.

Заключение

Аквапоника является устойчивым способом производства рыбы и растений, так как она сохраняет водные ресурсы, восстанавливает богатые питательными веществами сбросы аквакультуры, ограничивает использование химических добавок как для рыбы, так и для растений, и улучшает скорость роста растений по сравнению с сельским хозяйством на основе почвы.

Исследования показывают, что, как и в почве, биопонические системы используют Пищевую сеть почвы для выполнения ряда жизненно важных функций. Все заинтересованные стороны могут рассматривать биопонические системы как отличный вариант для поставки здоровых, натуральных культур растущему населению с минимальным воздействием на окружающую среду.

Участники

  • *Автор для связи: Брайан Филипович, директор по общественной политике Ассоциации аквапоники
  • Сидни Шрамм и Джош Пайл, студенты-исследователи в христианской академии Синсиннати Хиллс
  • Кевин Сэвидж и Гэри Деланой, преподаватели в христианской академии Синсиннати Хиллс
  • Жанель Хейгер, научный сотрудник в Государственном университете Кентукки
  • Эдди Бойрлейн, Blue Mojo Farm, LLC

Цитаты

Цитаты

  1. Национальный органический стандартный совет. Отчет группы по гидропонике и аквапонике. USDA. 21 июля 2016 года. ↩︎

  2. Hrynkiewicz, K., и C. Baum. 2012. Потенциал микроорганизмов ризосферы для стимулирования роста растений в нарушенных почвах, стр. 89-100. В Стратегиях защиты окружающей среды для устойчивого развития. ↩︎

  3. Munguia-Fragozo, P., O. Alatorre-Jacome, E. Rico-Garcia, I. Torres-Pacheco, A. Cruz-Hernandez, R. Ocampo-Velazquez, J. Garcia-Trejo, и R. Guevara-Gonzalez, 2015, Перспективы аквапонических систем: “Омические” технологии для анализа микробных сообществ: Biomedical Research International, т. 2015, статья ID 480386, 10 стр., DOI 10.1155/2015/480386. ↩︎

  4. Schreier, H., N. Mirzoyan, и K. Saito, 2010, Микробное разнообразие биологических фильтров в рециркулирующих аквакультурных системах: Текущие мнения в биотехнологии, т. 21, стр. 318-325. ↩︎

  5. Waechter-Kristensen, B., S. Caspersen, S. Adalsteinsson, P. Sundin, и P. Jensén. 1999. Органические соединения и микроорганизмы в закрытой гидропонной культуре: Происхождение и влияние на рост растений и минеральное питание. Acta Hortic. 481:197-204. ↩︎

  6. Chave, M., P. Dabert, R. Brun, J. J. Godon, и C. Poncet. 2008. Динамика бактериальных сообществ ризопланы, подвергнутых физико-химическим обработкам в гидропонных культурах. Crop Prot. 27:418-426. ↩︎

  7. Taber, Sarah. 7 фактов, которые заставят вас переосмыслить “стерильность” гидропоники. Блог Bright Agrotech. 13 мая 2016 года. ↩︎ ↩︎

  8. Schmautz, Z., A. Graber, S. Jaenicke, A. Goesmann, R. Junge, и T.H.M. Smits, 2017, Микробное разнообразие в различных компартментах аквапонической системы: Archives of Microbiology, DOI 10.1007/s00203-016-1334-1, 8 стр. ↩︎

  9. Sirsat, S.A., и J.A. Neal, 2013, микробный профиль салата, выращенного без почвы и в почве, и методы вмешательства для борьбы с патогенными заменителями и микроорганизмами, вызывающими порчу на салате: Foods, т. 2, стр. 488-498, DOI 10.3390/foods2040488. ↩︎