5.4 Источники воды
Вода является ключевой средой, используемой в аквапонных системах, потому что она разделена между двумя основными компонентами системы (рыба и растительные компоненты), она является основным носителем питательных ресурсов внутри системы и определяет общую химическую среду, в которой выращиваются рыбы и растения. Таким образом, это жизненно важный ингредиент, который может оказывать существенное влияние на систему.
В аквапонной системе основное влияние на систему оказывают водные условия, источник воды и то, что в этом источнике содержится химически, физически и биологически, поскольку она устанавливает исходные условия для того, что требуется добавить в систему различными входами системы. Эти факторы, в свою очередь, влияют на окружающую среду, в которой выращиваются рыбы и растения. Например, некоторые из основных факторов, вносящих питательные вещества в любую аквапонную систему, включают, но не ограничиваясь ими, корм для рыбы (основной питательный ресурс для системы), применяемые буферы (которые помогают контролировать и устанавливать значения pH, связанные как с рыбой, так и с растительными компонентами) и любые внешние питательные добавки или добавки, необходимые для удовлетворения потребностей рыб и растений в питательных веществах (Lennard 2017).
Рыбные корма предназначены для обеспечения питания, необходимого для роста и здоровья рыб, и поэтому содержат питательные смеси и количества, главным образом для содействия выращиванию рыбы (Timmons et al. 2002; Rakocy et al. 2006). С другой стороны, растения имеют различные потребности в питательных веществах к рыбе, а корма для рыб редко, если когда-либо, удовлетворяют общим потребностям растений в питательных веществах (Rakocy et al. 2006). Из-за этого аквапонные системы, которые выращивают рыбу и растения исключительно с использованием питательных веществ, получаемых из корма, могут эффективно и оптимально вырабатывать рыбу, но редко делают это для растений. Лучшие конструкции аквапонной системы признают, что конечным результатом является производство как рыбы, так и растений при оптимальных и эффективных темпах роста, и поэтому также признают, что для удовлетворения общих потребностей в питательных веществах растений требуется определенная форма дополнительного питания (Rakocy et al. 2006; Suhl et al. 2016).
Классические, полностью рециркулирующие аквапонные системы, как правило, полагаются на рыбные корма (после того, как рыба потребляет этот корм, метаболизирует его и использует питательные вещества внутри него) в качестве основного источника питательных веществ для растений и дополняет любые недостающие питательные вещества, необходимые растениям, с помощью определенного режима буферизации ( Rakocy et al. 2006) или путем добавления дополнительных питательных веществ (например, путем добавления хелатных форм питательных веществ непосредственно в культурную воду или путем добавления питательных веществ через лиственные спреи) (Roosta and Hamidpour 2011).
Лучшим примером этого классического рециркулирующего аквапонического подхода является аквапоническая система UVI (Университет Виргинских островов), разработанная д-ром Джеймсом Ракочи и его командой UVI (Rakocy and Hargreaves 1993; Rakocy et al. 2006). Конструкция UVI в основном добавляет питательные вещества как для рыб, так и для растений с помощью кормов для рыб. Однако корма для рыб не содержат достаточного количества кальция (casup+/SUP) и калия (KSUP+/SUP) для оптимальной культуры растений. Бактериоопосредованное преобразование растворенного аммиака в нитрат вызывает общесистемное производство ионов водорода в водной толще, а пролиферация этих ионов водорода приводит к постоянному падению рН воды системы в сторону кислоты. Используемый режим буферизации добавляет недостающий кальций и калий путем добавления основных солей (часто соли на основе карбонатных, бикарбонатных или гидроксильных ионов в сочетании с кальцием или калием) в систему, которая помогает контролировать рН воды системы на уровне, который отвечает как общим экологическим требованиям pH рыбу и растения, обеспечивая при этом дополнительный кальций и калий, которые необходимы растениям (Rakocy et al. 2006). Кроме того, система UVI добавляет еще один важный питательный элемент для роста растений, который не доступен в стандартных кормах для рыб, железо (Fe), через регулярные и контролируемые добавки хелата железа. Таким образом, калий, кальций и железо, которые необходимы растениям и которые не содержатся в кормах для рыб, доступны через эти два дополнительных механизма подачи питательных веществ (Rakocy et al. 2006).
Развязанные аквапонные конструкции используют подход к культуре рыб и растений таким образом, что вода используется рыбой, а питательные вещества из рыбных отходов поступают на растения без рециркуляции воды обратно в рыбу (Karimanzira et al. 2016). Таким образом, развязанные конструкции обеспечивают большую гибкость в настройке химического состава воды после использования рыбы для оптимизации производства растений, поскольку добавление питательных веществ, отсутствующих в кормах для рыб (и рыбных отходах), может быть достигнуто без каких-либо проблем, связанных с возвращением воды в рыбу (Goddek et al. 2016). Это означает, что развязанные конструкции потенциально могут применять более требовательные смеси питательных веществ и сильные стороны к культуре воды, после использования рыбы, для культуры растений, и это может быть достигнуто за счет более требовательных и интенсивных добавок питательных веществ.
В обоих случаях (рециркулирующая и развязанная аквапонная система) понимание химического качества исходной воды имеет жизненно важное значение для достижения оптимальных концентраций питательных веществ для растений. Если, например, исходная вода содержит кальций (часто встречающийся случай, когда используются ресурсы грунтовых вод), это повлияет на режим буферизации, применяемый к рециркулирующим аквапонным конструкциям, и на степень добавки питательных веществ, применяемой к развязанной конструкции, поскольку кальций присутствует в источник воды компенсирует любые необходимые добавки, необходимые для нужд растений кальция (Lennard 2017). Или, если исходная вода содержит повышенные концентрации натрия (NASUP+/SUP) (опять же, часто замеченные с ресурсами грунтовых вод и питательных растений не используют и которые могут накапливаться в системных водах), важно знать, сколько присутствует, поэтому методы управления могут быть применены, чтобы избежать потенциальных растений токсичность питательных веществ (Rakocy et al. 2006). Таким образом, химическая природа исходной воды имеет жизненно важное значение для общего состояния аквапонной системы и управления ею.
В конечном счете, поскольку химия источника воды может повлиять на управление питательными веществами аквапонной системы и потому, что операторы аквапоники любят иметь возможность в значительной степени манипулировать химией аквапонной воды и питательных веществ, источник воды с небольшим, если таковой имеется, химическим составом воды является весьма желательным (Леннард 2017). В этом смысле дождевая вода или вода, очищенная для химического удаления (например, обратный осмос), является лучшим источником воды для аквапоники в контексте химического состава воды (Rakocy et al. 2004a, b; Lennard 2017). Подземные воды также пригодны, однако необходимо обеспечить, чтобы они не содержали химикатов или солей в концентрациях, которые слишком высоки, чтобы быть практичными (например, высокие концентрации магния или железа) или содержали химические виды, которые не используются рыбой или растениями (например, высокие концентрации натрия) (Lennard 2017). Речные воды могут также использоваться в качестве водных источников аквапонии, однако, как и в случае других водных источников, их следует проверить на химическое присутствие и концентрацию. Городские источники воды (т.е. вода ретикулируется и поставляется для бытовых и бытовых целей) широко применяются в аквапонике (Love et al. 2015a, b) и являются приемлемыми, если они содержат приемлемые концентрации питательных веществ, соли или химических веществ. Что касается водных ресурсов, предоставляемых городским муниципалитетом, то следует отметить, что многие запасы имеют определенную форму стерилизации, применяемую для того, чтобы сделать воду питьевой для людей. Если этот источник воды будет использоваться для аквапоники, то важно обеспечить, чтобы любые химические вещества, которые могут быть применены для стерилизации (например, хлор, хлорамин и т.д.), не присутствовали в концентрациях, которые могут нанести вред рыбе, растениям или микроорганизмам в аквапонной системе (Lennard 2017).
Химический состав, связанный с исходной водой, не является единственным фактором, который необходимо учитывать при снабжении исходной водой для использования в аквапонике. Многие природные воды могут также содержать микробные и другие микроорганизмы, которые могут влиять на общее экологическое здоровье аквапонной системы или представлять ощутимый риск для здоровья человека. Дождевые воды редко содержат сами микробы; однако сосуды или резервуары, в которых может храниться дождевая вода, могут содержать или допускать размножение микробов. Грунтовые воды, как правило, хороши с точки зрения микробного присутствия, но могут также содержать высокие микробные нагрузки, особенно если они поступают из районов, связанных с животноводством или обработкой отходов. Речные воды могут также содержать высокие микробные нагрузки из-за оттоков сельскохозяйственных отходов или отходов переработки отходов, и их следует проверить с помощью подробного микробного анализа (Lennard 2017).
Поскольку химический и микробный характер исходной воды, используемой в аквапонных системах, может оказывать потенциальное влияние на химическую и микробиологию системы, рекомендуется стерилизовать и обработать любой применяемый источник воды для химического удаления (например, обратный осмос, дистилляция и т.д.) перед использованием. в аквапонной системе (Леннард 2017). Если стерилизация применяется повсеместно, вероятность введения в систему любых посторонних и нежелательных микробов значительно снижается. При применении очистки и фильтрации воды любые химические вещества, соли, нежелательные питательные вещества, пестициды, гербициды и т.д. будут удалены и, следовательно, не могут негативно сказаться на работе системы.
Источник чистой воды, свободный от микробов, солей, питательных веществ и других химических веществ, позволяет оператору аквапоник манипулировать системной водой, чтобы содержать питательную смесь и необходимую им силу, не опасаясь, что любые внешние воздействия могут повлиять на работу системы или здоровье и прочность рыбы и растений и является жизненно важным требованием для любой коммерческой аквапонной операции.