Aquaponic Systems Utilize the Soil Food Web to Grow Healthy Crops

Брайан Филипович*, Сидни Шрамм, Джош Пайл, Кевин Сэвидж, Гари Деланой, Джанель Хагер и Эдди Бёерляйн

Краткое изложение исследований

1. Где почвенная пищевая сеть живет в биопонической системе?

• Микробы собираются на всех поверхностях биопонической системы и подвешиваются в толще воды.

• Корни — это горячая точка микробной активности как в биопонических системах, так и в почве.

• Микрониши в системах обеспечивают бактериям идеальные условия для роста.

• Различные компоненты системы обеспечивают уникальную среду и принимают различные микробные сообщества.

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

• Установлено, что биопонные системы содержат сопоставимое количество и разнообразие микроорганизмов с почвой, если не больше.

• Исследования USDA по гидропонной и квапонной целевой группе ¹ гидропонных томатов показали, что количество бактерий, грибов, простейших и нематод в системе превысило ожидаемые уровни в типичной органической почве.

3. Что делает почвенная пищевая сеть в биопонической системе?

• Микроорганизмы почвенной пищевой сети расщепляют твердые вещества и делают макро- и микропитательные вещества более доступными для растений.

• Микроорганизмы почвенной пищевой сети обеспечивают биоконтроль и подавление заболеваний, улучшая общее состояние и качество растений.

• Бактерии, населяющие ризосферу корней растений, улучшают клеточные процессы с растительной тканью.

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

Введение

Будь то потребитель, производитель, разработчик политики или владелец бизнеса, мы все принимаем решения, влияющие на то, где и как производятся наши продукты питания.

Наша продовольственная система быстро меняется в связи с совпадением актуальных глобальных проблем, включая изменение климата, ухудшение состояния окружающей среды, истощение воды, экономическую нестабильность, проблемы со здоровьем из-за плохого питания и загрязнения окружающей среды, а также быстрый рост населения и урбанизацию.

Когда мы формируем нашу новую продовольственную систему, важнейшим фактором является сохранение доступа к высококачественным свежим фруктам и овощам, особенно тем, которые выращиваются устойчиво.

Мы должны оценить, могут ли новые методы выращивания, такие как аквапоника, доставлять свежие фрукты и овощи, выращенные из семян, с тех же симбиотических биологических процессов, которые используются растениями с самого начала.

Aquaponics сочетает рециркуляционную рыбную культуру с гидропонным производством растений и обеспечивает продукцию, соответствующую плесени многих потребителей. Aquaponics — это устойчивый способ выращивания рыбы и растений, поскольку она сохраняет водные ресурсы, восстанавливает богатые питательными веществами выбросы аквакультуры, ограничивает использование химических добавок для рыб и растений и повышает темпы роста растений по сравнению с сельским хозяйством на почве.

Хотя динамика отличается, производство аквапоники зависит от тех же биологических процессов, которые используются растениями в почвенном сельском хозяйстве. Здоровая почва имеет чрезвычайно большую, разнообразную экосистему

микроорганизмы, которые сосуществуют в симбиотической связи с растениями. Микроорганизмы, такие как бактерии, грибы, простейшие, нематоды и другие, отвечают за целый ряд жизненно важных процессов для растений, таких как доставка питательных веществ, подавление заболеваний и регулирование окружающей среды. Термин для этого — почвенная сеть пищевых продуктов.

Несмотря на нехватку почвы, в аквапонных системах существует одно и то же разнообразное микробное сообщество. Этот информационный бюллетень содержит основанную на исследованиях информацию о том, как аквапонные системы используют почвенную продовольственную сеть для производства высококачественных сельскохозяйственных культур.

Исследования, приведенные в этом документе, основаны на аквапонных системах и биологически активных формах гидропонных систем. В отчете USDA по гидропонике и аквапонике 2016 года эти системы называются «биопонными».

1. Где живёт почвенная пищевая сеть в биопонической системе?

• В биопонных системах микроорганизмы почвенной пищевой сети собираются на твердые поверхности, такие как корни, стенки резервуаров, труб, плавающие частицы и особенно в «биофильтре», компоненте для конкретной цели содержания полезных бактерий.

• Некоторые микроорганизмы могут выделять гелеобразное вещество, которое позволяет им «флокировать» и оставаться взвешенным в толще воды. Микроорганизмы, такие как Pseudomonas sp. и Bacillus sp., выделяют внеклеточные полимерные вещества, которые позволяют микробам объединяться в толще воды (отчет HP/AP).

• Как и в почве, корни биопонических систем являются горячей точкой микробной активности ².

• Системы Aquaponic имеют микрониши, которые позволяют бактериям расти и процветать в районах, различающихся в зависимости от наличия кислорода, питательных веществ и других параметров роста. Микрониши могут повысить эффективность и функциональность некоторых бактерий, позволяя им процветать в средах, характерных для их идеальных параметров роста ³.

• Существенные различия в микробных сообществах были обнаружены в резервуарах рециркулирующих систем аквакультуры, фильтрах твердых частиц, биофильтрах и культурной воде, представляющих уникальные и сложные среды. Микробные сообщества будут различаться в зависимости от системы, отражая различные виды рыбной культуры, параметры качества воды, корма, pH или другие факторы ⁴.

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

• Исследования обнаружили от 1 000 000 до 10 000 000 колониеобразующих единиц на миллилитр бактерий и от 10 до 1000 кое/мл грибов в гидропонных системах ⁵. 10 000 000 000 кое/грамм корней были обнаружены в гидропонных системах ⁶.

• Исследования показывают, что биопонные системы обладают сопоставимым (если не большим) количеством и разнообразием микроорганизмов в виде компоста и почвы соответственно ⁷.

• Бактерии, грибы, простейшие и нематоды на растущих средах в гидропонных томатах выше ожидаемого уровня, чем в типичной органической почве, что свидетельствует о высокой способности к циклическому циклу питательных веществ. Циклирование питательных веществ организмами почвенной пищевой сети настолько эффективен в биопонных системах производства, что может усваивать 300 фунтов азота на акр (отчет HP/AP).

3. Что делает почвенная пищевая сеть в биопонической системе?

• Почвенная пищевая сеть активно использует 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 растений (отчет HP/AP).

• Микробы помогают хелатировать металлы для увеличения поглощения питательных веществ в корни растений (отчет HP/AP).

• Почвенная пищевая сеть выполняет биоконтроль, защищая растения от патогенных микроорганизмов. Относительно высокая доля образцов из корней салата аквапоники обнаружила штаммы бактерий, замешанные в биоконтроле, включая Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Spp. Spp., Sphingobium spp. или Flavobacterium spp. ⁸.

• Ризобактерии, способствующие росту растений в системах на водной основе, сигнализируют растениям о создании вторичных метаболитов, таких как флавоноиды и другие антиоксиданты, которые способствуют подавлению болезней растений, фиксации азота, регуляции клеток и цветовых свойств ⁷.

• Установлено, что микробы в аквапонических биофильтрах выполняют: нитрификацию, гетеротрофную и автотрофическую денитрификацию, восстановление нитратов до аммиака и анаэробное окисление аммония.

• Аквапонически выращенный салат имеет значительно меньшую концентрацию порчи и фекальных микроорганизмов по сравнению с салатом, выращенным в почве ⁹.

Заключение

Aquaponics — это устойчивый способ выращивания рыбы и растений, поскольку она сохраняет водные ресурсы, восстанавливает богатые питательными веществами выбросы аквакультуры, ограничивает использование химических добавок для рыб и растений и улучшает темпы роста растений по сравнению с сельским хозяйством на почве.

Исследования показывают, что биопонные системы, как и в почве, используют почвенную пищевую сеть для выполнения целого ряда жизненно важных функций. Все заинтересованные стороны могут считать биопонные системы отличным вариантом доставки здоровых натуральных культур растущему населению с минимальным воздействием на окружающую среду.

Участники

• *Автор-корреспондент: Брайан Филипович, директор по публичной политике Ассоциации аквапоники
• Сидни Шрамм и Джош Пайл, студенты-исследователи Христианской академии Цинциннати Хиллз
• Кевин Сэвидж и Гари Деланой, преподаватели Христианской академии Цинциннати Хиллз
• Джанель Хагер, научный сотрудник Университета штата Кентукки
• Эдди Бёерляйн, ООО «Блю Моджо Фарм»

Цитаты

Цитаты