7.3 Связанная аквапоника: общая конструкция системы

Принцип совмещенной аквапоники объединяет три класса организмов: (1) водные организмы, (2) бактерии и (3) растения, которые извлекают пользу друг от друга в замкнутом рециркулируемом водоеме. Вода служит средой переноса питательных веществ, главным образом из растворенных рыбных отходов, которые превращаются в питательные вещества для роста растений бактериями. Эти бактерии (например, Nitrosomonas spec., Nitrobacter spec.) окисляют аммоний до нитрита и, наконец, нитрата. Поэтому необходимо, чтобы бактерии получали значительное количество аммония и нитрита, чтобы стабилизировать рост колонии и количество производства нитратов. Следовательно, в соединенной аквапонной системе объемы имеют решающее значение: i) аквакультура в соответствии с принципами рециркулирующих систем аквакультуры (РАС), ii) субстрат бактериального роста и iii) пространство для растений и количество растений, подлежащих культивированию. Вместе они образуют блок аквапоники (рис. 7.2).

Рис. 7.2 Принцип сопряженной аквапонной системы с рыбой, бактериями и растениями в полностью закрытой рециркуляции воды

Специфические биологически-химические компоненты технологической воды имеют особое значение для связанных аквапонных систем. С пищевыми или несъеденными частицами корма, органическими рыбными отходами и бактериями внутри технологической воды эмульсия питательных веществ в сочетании с ферментами и пищеварительными бактериями поддерживает рост рыб и растений. Имеются данные о том, что по сравнению с автономными системами, такими как аквакультура (рыба) и гидропоника (растения), рост водных организмов и сельскохозяйственных культур в сочетании аквапоники может быть аналогичным или даже более высоким. Rakocy (1989) описывает несколько более высокую урожайность тилапии (Tilapia nilotica, 46,8 кг) в сочетании аквапоники в отличие от самостоятельной рыбной культуры (41,6 кг) и незначительное увеличение урожайности салата Summer Bibb (385,1 кг) по сравнению с растительным гидропонным производством (380,1 кг). Knaus et al. (2018b) зафиксировали, что аквапоника увеличила рост биомассы O. basilicum, по-видимому, из-за увеличения генерации листьев растений (3550 листьев в аквапонике) по сравнению с обычной гидропоникой (2393 листьев). Delaide et al. (2016) показали, что аквапоническая и гидропонная обработка салата демонстрировала схожий рост растений, в то время как вес дополнительного аквапонного раствора с питательными веществами был лучше всего. Аналогичные замечания были сделаны Goddek and Vermeulen (2018). Lehmonen и Sireeni (2017) наблюдали увеличение веса корня, площади листьев и цвета листьев в салате Batavia (Lactuca sativa var. capitata) и салат айсберг (L. sativa) с аквапоники технологической водой из C. gariepinus в сочетании с дополнительными удобрениями. Некоторые растения, такие как салат (Lactuca sativa), огурцы (Cucumis sativus) или помидоры (Solanum lycopersicum), могут потреблять питательные вещества быстрее, в результате чего цветок раньше в аквапонике по сравнению с гидропоникой (Savidov 2005). Кроме того, Saha et al. (2016) сообщили о более высокой урожайности биомассы растений в O. basilicum в сочетании с раками Procambarus spp. и низком стартовом удобрении аквапонной системы.

Базовая система сопряженной аквапоники состоит из одного или нескольких емкостей для рыбы, отсадочного блока или осветлителя, субстратов для роста бактерий или подходящих биофильтров и гидропонного блока для роста растений (рис. 7.3). Эти блоки соединены трубами, чтобы сформировать замкнутый водный цикл. Часто после механической фильтрации и биофильтра используется отстойник насоса (один насос или одна петлевая система), который, будучи самой глубокой точкой системы, перекачивает воду обратно в резервуары для рыбы, откуда она течет силой тяжести в гидропонный агрегат.

Рис. 7.3 Базовая техническая система соединенной аквапонной системы с аквариумом, седиментером, биофильтром, гидропонным блоком и отстойником, в котором вода перекачивается или поднимается по воздуху обратно в резервуары для рыбы и течет по компонентам

Спаренные аквапонные системы используются в различных масштабах. Принцип замкнутого цикла может быть использован в бытовых системах (мини/хобби/бэкворд-соединенных), демонстрационных единицах (например, соединенных жилыми стенами), коммерческих аквапоник и аквапоника (с почвой), варьирующихся от мелко/полукоммерческих до крупномасштабных (Palm et al. 2018). Одним из последних изменений в аквапонике стало частичное оплодотворение, которое зависит от толерантности видов рыб. Это, однако, может привести к кратковременному пику питательных веществ в системе, но может быть компенсировано удержанием питательных веществ растениями. При сочетании аквапоники необходимо обеспечить оптимальное соотношение площади производства (или объемов рыбы) аквакультуры с полученным спросом на корм, а также достаточное количество растений, подлежащих культивированию в гидропонной установке (в зоне производства растений). (Обсуждение роли эвапотранспирации и солнечной радиации в рамках систем см. в главах 8 и 11). Для гравийной аквапоники Rakocy (2012) в качестве первой попытки предложил «принципы соотношения компонентов» с объемом выращивания рыбы 1 мсуп3/суп объема аквариума до 2 мсуп3/суп гидропонной среды размером от 3 до 6 см гравия гороха. В конечном счете, количество рыбы определяет урожайность сельскохозяйственных культур в сочетании аквапоники. Кроме того, технические условия рыбоводческой установки должны быть адаптированы в соответствии с потребностями культивируемых водных видов.