6.5 Majukumu ya bakteria katika Baiskeli ya Nutrient na

Utafiti mkubwa umefanywa ili kuashiria bakteria ya heterotrophic na autotrophic katika mifumo ya RAS na kuelewa vizuri majukumu yao katika kudumisha ubora wa maji na baiskeli ya virutubisho (kwa kitaalam, angalia Blancheton et al. (2013); Schreier et al. (2010). Heterotrophs zisizo za pathogenic, ambazo zinaongozwa na Alpuproteobacteria na Gammaproteobacteria, huwa na kustawi katika biofilters, na michango yao katika mabadiliko ya nitrojeni ni haki vizuri kueleweka kwa sababu baiskeli nitrojeni (NC) imekuwa na umuhimu mkubwa katika kuendeleza utamaduni recirculating mifumo (Timmons na Ebeling 2013). Imejulikana kwa muda mrefu kuwa mabadiliko ya bakteria ya amonia yaliyotengwa na samaki katika mfumo wa RAS yanapaswa kuendana na viwango vya excretion, kwa sababu amonia ya ziada inakuwa sumu kwa samaki (angalia Chap. 9). Kwa hiyo katika maji safi na baharini RAS, majukumu ya kazi ya jamii microbial katika mienendo ya NC — nitrification, denitrification, ammonification, oxidation anaerobic amonia na dissimilatory nitrate kupunguza — wamepokea utafiti mkubwa makini na ni vizuri ilivyoelezwa katika mapitio ya hivi karibuni (Rurangwa na Verdegem 2015; Schreier et al. 2010). Kuna tafiti mbali wachache wa mabadiliko ya nitrojeni katika aquaponics, lakini mapitio ya hivi karibuni (Wongkiew et al. 2017) hutoa muhtasari pamoja na majadiliano ya ufanisi wa matumizi ya nitrojeni, ambayo ni kuzingatia mkuu kwa ukuaji wa mimea katika hydroponics.

Baada ya nitrojeni, macronutrient ya pili muhimu katika aquaponics ni fosforasi, ambayo sio sababu ya kuzuia samaki ambayo hupata kutoka kwa malisho, lakini ni muhimu kwa mimea katika hydroponics. Hata hivyo, aina ya phosphate katika taka za samaki sio mara moja bioavailable kwa mimea. Mimea lazima iwe na kiasi cha kutosha cha orthophosphate ionic isokaboni (Hsub2/subposub4/subsup-/sup na HPosub4/subsup2-/sup = Pi) (Becquer et al. 2014), kama hii ni tu bioavailable fomu kwa ajili ya matumizi na assimilation. Inorganic phosphate kumfunga kwa calcium juu pH 7.0, hivyo aquaponics mfumo lazima kuwa makini kudumisha hali ya pH karibu pH 7.0. Kama maadili pH kupanda juu 7.0, aina mbalimbali hakuna ya kalsiamu phosphate unaweza kuishia kama precipitates katika sludge (Becquer et al. 2014; Siebielec et al. 2014). Hivyo, hasara za RAS za P ni hasa kupitia kuondolewa kwa sludge kutoka kwenye mfumo (Van Rijn 2013). Hata hivyo, mahali fulani katika mfumo wa aquaponics, suala la chembechembe lazima liweke na kuruhusiwa kuimarisha ili kutoa vifaa vya kutosha vya virutubisho vinavyotumika kwa mazao katika kitengo cha hydroponics. Hatua ya mineralization pia itatoa macro-na micronutrients nyingine ili kuwa na upungufu mdogo, hivyo kupunguza haja ya kuongeza katika compartment hydroponics. Kutokana na kwamba vifaa vya dunia vya mbolea za phosphate vinapungua na kuongezea kwa P inazidi kuwa na gharama kubwa, jitihada zinafanywa ili kuongeza upya wa P kutoka sludge ya RAS (Goddek et al. 2016b; Monsees et al. 2017).

Bioavailability ya jumla na micronutrients sasa haijulikani vizuri. Utafiti uliopita (Cerozi na Fitzsimmons 2016a) unaonyesha kwamba upatikanaji wa virutubisho unaathiriwa kwani pH imepungua chini ya 7.0 na imesababisha mfumo wa hidroponiki wa pamoja kwa wiki za majani kuendeshwa karibu na pH 6.0. Hata hivyo, utafiti wa hivi karibuni kulinganisha hali ya aquaponic na pH 7.0 kwa hali ya hydroponic ya pH 5.8 haukuonyesha tofauti katika tija (Anderson et al. 2017a, b). Katika masomo haya, hali ya hydroponic katika pH 7.0 kupunguzwa tija na\ ~ 22% ikilinganishwa na hydroponic pH 5.8. Awali, hypothesis ni kwamba tofauti katika tija inaweza kuhusishwa na microbiota ya maji ya aquaponic, lakini utafiti uliofuata ulifukuza nadharia hiyo (Wielgosz et al. 2017).

Katika RAS ambapo uwiano wa C:N huongezeka kutokana na upatikanaji wa vitu vya kikaboni, kunyoosha bakteria, hasa Pseudomonas sp., tumia kaboni kama wafadhili wa elektroni katika hali ya anoxic, kuzalisha Nsub2/sub kwa gharama ya nitrate (Schreier et al. 2010; Wongkiew et al. 2017). Mifumo ya Biofloc wakati mwingine hutumiwa kuongeza chakula kwa samaki (Crab et al. 2012; Martínez-Córdova et al. 2015), na biofloc inazidi kutumiwa katika mfumo wa aquaponics, hasa katika Asia (Feng et al. 2016; Kim et al. 2017; Li et al. 2018). Wakati biofloc hutumiwa katika aquaponics (da Rocha et al. 2017; Pinho et al. 2017), baiskeli virutubisho inakuwa ngumu zaidi kutokana na kwamba DO, joto na pH ushawishi kama heterotrophic (carbon-kutumia) jamii microbial predominant juu ya denitrifiers autotrophic ambayo ni uwezo wa kupunguza sulfidi sulphate (Schreier et al. 2010). Heterotrophs huwa na kiwango cha juu cha ukuaji kuliko autotrophs mbele ya vyanzo vya kutosha vya kaboni (Michaud et al. 2009); Kwa hiyo, kuendesha aina ya malisho au serikali, au kuongeza chanzo kikaboni moja kwa moja, wakati ufuatiliaji kufutwa viwango vya oksijeni, inaweza kusaidia kuweka wakazi kusawazishwa wakati bado hutoa hydroponics na N katika fomu inayoweza kutumika (Vilbergsson et al. 2016a).

Katika mfumo wa hydroponics, baiskeli virutubisho imekuwa chini vizuri alisoma tangu misombo isokaboni zenye uwiano required ya virutubisho ni kawaida aliongeza ili kuhakikisha ukuaji sahihi kupanda. Hata hivyo, viwango vya juu vya virutubisho, hasa katika mazingira ya baridi ya joto kama vile greenhouses, huwezesha urahisi ukuaji wa jamii za microbial, hasa phytopathogens kama vile fungi (Fusarium) na oomycota (Phytophthora, Pythium sp.), ambayo inaweza haraka sead katika maji zinazozunguka na inaweza kusababisha kufa- awamu ya pili (Lee na Lee 2015). Jitihada za hivi karibuni za kuelewa vizuri rhizobacteria ya hydroponic na madhara yao ya manufaa katika kukuza ukuaji wa mimea (lakini pia kwa kuzuia uenezi wa pathogen) zimetumia mbinu mbalimbali za ‘omics’ kuchambua jamii za microbial na ushirikiano wao na mifumo ya mizizi (Lee na Lee 2015).

Kwa mfano, wakati bakteria za probiotic kama vile Bacillus, zipo, zilionyeshwa kuimarisha upatikanaji wa P na pia zinaonekana kuwa na ukuaji wa mmea ulioongezwa wa athari katika mfumo wa lettuce ya tilapia-lettuce (Cerozi na Fitzsimmons 2016b). Katika mfumo wa aquaponics, kuongeza kwa probiotics kwa kulisha samaki na maji ya RAS, pamoja na maji ya hydroponic, inastahili majaribio zaidi, kwa kuwa jamii za microbial zinaweza kuwa na athari nyingi za modulatory kwenye fiziolojia ya mimea. Kwa mfano, jamii za microbial (bakteria, fungi, oomycetes) za mazao manne ya chakula zilichambuliwa na utaratibu wa metagenomic wakati wa kudumishwa katika mfumo wa mara kwa mara wa virutubisho filamu hydroponics ambapo viwango vya pH na virutubisho viliruhusiwa kubadilika kwa kawaida katika mzunguko wa maisha ya mimea (Sheridan et al. 2017). Waandishi walihitimisha kuwa matibabu na mchanganyiko wa kibiashara wa vijidudu vya kukuza ukuaji wa mimea (PGPMs), katika kesi hii bakteria, mycorrhizae na fungi, walionekana kutoa utulivu mkubwa na kufanana katika utungaji wa jamii baada ya wiki 12—14 kuliko katika udhibiti. Wao zinaonyesha kwamba hii inaweza kuhusishwa na exudates mizizi, ambayo kwa makusudi neema na hata kudhibiti maendeleo ya jamii microbial sahihi kwa hatua mfululizo kupanda maendeleo. Kutokana na madhara inayojulikana ya PGPMs katika uzalishaji wa mazao ya udongo, na masomo machache ambayo inapatikana kwa mifumo isiyo na udongo, uchunguzi zaidi unatakiwa kuamua jinsi ya kuongeza PGPMs na kuboresha madhara yao katika mfumo wa aquaponics (Bartelme et al. 2018). Ikiwa tamaduni za hydroponic ni imara zaidi na ukuaji wa mimea ni imara zaidi na PGPM, basi lengo linapaswa kuwa na sifa za jamii za microbial katika aquaponics kupitia metagenomics na kuziunganisha na upatikanaji bora wa jumla na micronutrient kupitia metabolomics na proteomics.