Важные биологические компоненты аквапоники

Как описано в главе 1, аквапоника является формой комплексного сельского хозяйства, сочетающей в себе два основных метода: аквакультуру и гидропонику. В одном постоянно рециркулирующем агрегате культурная вода выходит из аквариума, содержащего метаболические отходы рыбы. Вода сначала проходит через механический фильтр, который улавливает твердые отходы, а затем проходит через биофильтр, который окисляет аммиак до нитрата. Затем вода проходит через растительные клумбы, где растения поглощают питательные вещества, и, наконец, вода возвращается, очищенная, в аквариум (рис. 2.1). Биофильтр обеспечивает среду обитания бактерий для превращения рыбных отходов в доступные питательные вещества для растений. Эти питательные вещества, которые растворяются в воде, затем поглощаются растениями. Этот процесс удаления питательных веществ очищает воду, предотвращая токсичность воды с вредными формами азота (аммиака и нитрита), и позволяет рыбе, растениям и бактериям процветать симбиотически. Таким образом, все организмы работают вместе для создания здоровой окружающей среды друг для друга, при условии, что система должным образом сбалансирована.

Цикл азота

Наиболее важным биологическим процессом в аквапонике является процесс нитрификации, который является важным компонентом общего азотного цикла, наблюдаемого в природе. Азот (N) является химическим элементом и важным строительным блоком для всех форм жизни. Он присутствует во всех аминокислотах, которые составляют все белки, которые необходимы для многих ключевых

биологические процессы для животных, такие как регуляция ферментов, клеточная сигнализация и построение структур. Азот является самым важным неорганическим питательным веществом для всех растений. Азот, в виде газа, на самом деле является наиболее распространенным элементом, присутствующим в атмосфере Земли, составляющим около 78 процентов, при этом кислород составляет всего 21 процент. Тем не менее, несмотря на такое изобилие азота, он присутствует в атмосфере только в виде молекулярного азота (N₂), который является очень стабильной тройной связью атомов азота и недоступен для растений. Поэтому азот в его виде N₂ должен быть изменен до того, как растения используют его для роста. Этот процесс называется азотфиксацией. Он является частью азотного цикла (рис. 2.2), наблюдаемого по всей природе (рис. 2.3). Азотификсация облегчается бактериями, которые химически изменяют N₂ путем добавления других элементов, таких как водород или кислород, создавая таким образом новые химические соединения, такие как аммиак (NH₃ ) и нитрат (NO₃ ^-), которые растения могут легко использовать. Кроме того, атмосферный азот можно фиксировать с помощью энергоемкого производственного процесса, известного как Haber Process, который используется для производства синтетических удобрений.

Животное, представленное на рис. 2.3, производит отходы (фекалии и мочи), которые в основном состоят из аммиака (NH₃). Другие разлагающиеся органические вещества, найденные в природе, такие как мертвые растения или животные, разбиваются грибами и различными бактериальными группами на аммиак. Этот аммиак метаболизируется определенной группой бактерий, что очень важно для аквапоники, называемых нитрифицирующими бактериями. Эти бактерии сначала преобразуют аммиак в соединения нитритов (NO₂^-), а затем, наконец, в нитратные соединения (NO₃^-). Растения могут использовать аммиак и нитраты для выполнения процессов роста, но нитраты легче усваиваются своими корнями.

Нитрифицирующие бактерии, живущие в различных средах, таких как почва, песок, вода и воздух, являются важным компонентом процесса нитрификации, который превращает растительные и животные отходы в доступные питательные вещества для растений. На рис. 2.4 показан тот же процесс, что и на рис. 2.3, но содержит более сложную схему, показывающую все этапы азотного цикла.

Этот естественный процесс нитрификации бактериями, который происходит в почве, также происходит в воде таким же образом. Для аквапоники отходы животных представляют собой рыбные экскременты, высвобождаемые в резервуарах культуры. Те же нитрифицирующие бактерии, которые живут на суше, также естественным образом установятся в воде или на каждой влажной поверхности, превращая аммиак из рыбных отходов в легко усваиваемую нитрат для растений. Нитрификация в аквапонных системах обеспечивает питательные вещества для растений и устраняет токсичные аммиак и нитриты (рис. 2.5).

• Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *