5.7 Источники питательных веществ
Основным источником для любой аквапонной системы являются добавляемые питательные вещества, поскольку аквапонные системы предназначены для эффективного разделения питательных веществ, добавляемых к ним в три важные формы жизни: рыбу и растения (которые являются основными продуктами системы) и микрофлору (которые помогают сделать добавлены питательные вещества, доступные рыбе и растениям) (Леннард 2017).
В классических, полностью рециркулирующих аквапонных конструкциях одним из ключевых факторов проектирования является максимально эффективное использование основного источника питательных веществ, корма для рыбы, и поэтому полностью рециркулирующие конструкции стремятся поставлять как можно больше питательных веществ, необходимых для растений из корма для рыбы (Lennard 2017). Развязанные конструкции, с другой стороны, делают акцент на оптимизацию роста растений путем прямого сравнения смесей питательных веществ и сильных сторон, применяемых в стандартной гидропонике и культуре субстрата, и пытаются воспроизвести их в аквапонии и, следовательно, не стремятся поставлять столько питательные вещества, необходимые для растений из корма для рыбы, и использовать значительные внешние питательные добавки для достижения требуемых темпов роста растений (Delaide et al. 2016). Это означает, что на основе технического подхода особое внимание уделяется происхождению добавляемых питательных веществ, что, следовательно, влияет на основной источник питательных веществ в аквапонной системе; для полностью рециркулирующих конструкций основным источником питательных веществ является корм для рыб (через отходы рыбы) ), а для развязанных конструкций основным источником питания растений являются внешние добавки (например, питательные соли) (Lennard 2017).
Полностью рециркулирующие аквапонные конструкции, такие как модель аквапонной системы UVI, полагаются на корм рыбы как основной источник питательных веществ для системы (Rakocy et al. 2006). Корм для рыбы добавляется в рыбу, которая едят ее, метаболизируют и используют питательные вещества из нее по мере необходимости, а затем образуют поток отходов (как твердые, так и растворенные). Этот поток отходов из рыбы становится основным источником питательных веществ для растений, и, следовательно, корм для рыб является основным источником питательных веществ для растений. Система UVI обеспечивает около 80% или более питательных веществ, необходимых для выращивания растений только из корма для рыб (Lennard 2017). Остальные питательные вещества, необходимые для роста растений, поскольку корм для рыбы не содержит их в требуемом количестве, добавляются с помощью метода добавления питательных веществ, который обеспечивает двойную роль в дополнении дополнительных питательных веществ и контроле уровня рН воды системы (Rakocy et al. 2006). Этот подход, предусматривающий двойную роль, называется «буферизацией», а дополнение именуется «буфером». Для модели UVI двумя важными питательными веществами растений, которые, как было установлено, не хватает кормов для рыб и требуют добавок, являются калий (K) и кальций (Ca) и ежедневно дополняются режимом буферизации. Кроме того, в корме для рыбы отсутствует требуемое растение железо (Fe) и добавляется в хелатной форме путем прямого добавления в системную воду с частотой, измеряемой в неделях (т.е. каждые 2—4 недели на основе еженедельного анализа водного железа) (Rakocy et al. 2006).
Другие полностью рециркулирующие подходы или методы аквапонии делают еще больший акцент на обеспечение питательных веществ через корм для рыб. Леннард (2017) разработал метод полностью рециркуляционных систем, который обеспечивает более 90% питательных веществ, необходимых для роста растений, из добавленного корма для рыбы. Повышение эффективности питательных веществ, поставляемых через корм для рыб данного метода по сравнению с методом UVI, заключается в том, что такой подход реминерализирует твердые рыбные отходы (через внешнее, бактериоопосредованное биопищеварение) и добавляет эти питательные вещества обратно в аквапонную систему для использования растений, в то время как Метод UVI отправляет большинство твердых рыбных отходов во внешний поток отходов (Rakocy et al. 2006; Lennard 2017). Этот подход также добавляет дефицит питательных веществ в кормах для рыб для роста растений через режим буферизации; однако этот режим является гораздо более требовательным и позволяет более эффективно манипулировать питательными веществами и смесями, чем подход UVI (Lennard 2017).
Таким образом, основными путями добавления питательных веществ для наиболее полностью рециркулирующей аквапонной системы являются корм для рыб (основной маршрут), буферная внешняя добавка для добавления калия и кальция (малый маршрут) и прямая добавка хелата железа (малый маршрут).
Конструкции развязанной аквапонной системы, подобные тем, которые широко применяются в настоящее время в Европе, опираются на смесь питательных веществ для корма рыб и активных внешних добавок для обеспечения питательных веществ, необходимых для роста растений (Suhl et al. 2016). Поскольку развязанные конструкции не возвращают воду из растительного компонента в рыбный компонент, можно настроить профиль питательных веществ в воде в соответствии с требованиями растений (Goddek et al. 2016). Таким образом, развязанные аквапонные конструкции почти всегда опираются на значительные внешние питательные вещества для удовлетворения потребностей растений и уделяют гораздо меньше внимания обеспечению как можно большего количества питательных веществ для растений из рыбных отходов. Кроме того, количество внешних добавок является значительным по сравнению с полностью рециркулирующими подходами (Lennard 2017) с внешними фракциями регулярно 50% или более от общей потребности растений в питательных веществах или больше (Goddek 2017). Внешние питательные вещества, дополняемые развязанными аквапонными системами, чаще всего представляют собой гидропонные биогенные аналоги или производные (Delaide et al. 2016; Karimanzira et al. 2016). Такая зависимость от источника существенных дополнительных питательных веществ, помимо тех, которые возникают из рыбных отходов (кормов для рыб), являющихся гидропонной солью по своему характеру, для обеспечения растительного запаса в рамках европейского развязанного подхода, даже непосредственно повлияла на определение аквапоники, которое в настоящее время европейское сообщество аквапоники применяется, с ЕС COST, ЕС Aquaponics Hub, определяя аквапонику как «… производственную систему водных организмов и растений, в которой большинство (\ > 50%) питательных веществ, поддерживающих растения, получают из отходов, происходящих из кормления водных организмов» (Goddek 2017; COST FA 1305, 2017) по сравнению с Леннардом ( 2017), который определяет аквапонику как требующую не менее 80% поставок питательных веществ из рыбных отходов. Некоторые также утверждают, является ли метод, который опирается на 50% питательных веществ, необходимых для роста растений из внешних источников, отличных от кормов для рыб, на самом деле аквапоник в природе или, скорее, гидропонный метод с интегрированной или добавленной частью рыбы (Lennard 2017)?
Еще одним предлагаемым источником поставок питательных веществ в аквапонные системы является внешняя добавка питательных веществ путем применения лиственных растительных спреев (Tyson et al. 2008; Roosta and Hamidpour 2011; Roosta and Hamidpour 2013; Roosta 2014). Эти лиственные спреи снова представляют собой водную доставку стандартных гидропонных питательных солей или производных. Разница заключается в том, что в приведенных выше примерах питательные соли добавляются непосредственно в культурную воду и, следовательно, получают доступ к растениям через поглощение корней (Resh 2013), в то время как лиственные спреи, как следует из названия, добавляют растворенные питательные соли в листья растений и поглощение достигается через растение доступ к устьям листьев или кутикулы (Fernandez et al. 2013).
Таким образом, в аквапонике используется несколько основных источников питательных веществ: корма для рыб, буферные системы (с помощью базовых, корректирующих pH видов соли, добавляемых в толщу воды), добавки питательных веществ (гидропонные питательные соли, добавляемые к водной толще) и лиственные спреи (гидропонные питательные соли, добавляемые к листу поверхности). Все они поставляют питательные вещества в аквапонную систему для здоровья и роста рыб и растений, которые культивируются.