9.3.1 Solubilisation

Solubilisation ina kuvunja kwa molekuli tata hai kutengeneza taka ya samaki na kulisha mabaki katika virutubisho kwa njia ya madini ionic ambayo mimea inaweza kunyonya (Goddek et al. 2015; Somerville et al. 2014). Katika ufugaji wa maji (Sugita et al. 2005; Turcios na Papenbrock 2014) na aquaponics, umumunyifu unafanywa hasa na bakteria ya heterotrophic (van Rijn 2013; Chap. 6) ambayo bado haijatambuliwa kikamilifu (Goddek et al. 2015). Baadhi ya tafiti zimeanza kufafanua utata wa jamii hizi za bakteria (Schmautz et al. 2017). Katika aquaculture ya sasa, bakteria ya kawaida aliona ni Rhizobium sp., Flavobacterium sp., Sphingobacterium sp., Acinetobacter sp., Aeromonas sp. na Pseudomonas sp. (Munguia-Fragozo et al. 2015; Sugita et al. 2005). Mfano wa jukumu kubwa la bakteria katika aquaponics inaweza kuwa mabadiliko ya phytates isiyokuwa na fosforasi (P) yaliyopatikana kwa matumizi ya mimea kupitia uzalishaji wa phytases ambazo zipo hasa katika γ-proteobacteria (Jorquera et al. 2008). (Utafiti zaidi unahitaji kufanywa katika eneo hili). Virutubisho vingine zaidi ya P vinaweza pia kuingizwa kama yabisi na kuhamishwa kutoka kwenye mfumo na sludge. Juhudi ni hivyo kuwa alifanya remineralise sludge hii na mitambo UASB-EGSB ili kuingiza virutubisho katika mfumo wa aquaponic (Delaide 2017; Goddek et al. 2016; [Chap. 10](/jamiii/makala/sura 10-aerobic na-anaerobic matibabu-kwa-aquaponic-kupunguza-kuzua-na-kuzua-mineralisation))). Zaidi ya hayo, madini mbalimbali si iliyotolewa kwa kiwango sawa, kulingana na muundo wa malisho (LetelierGordo et al. 2015), hivyo kusababisha ufuatiliaji ngumu zaidi ya mkusanyiko wao katika ufumbuzi aquaponic (Seawright et al. 1998).

9.3.2 Nitrification

Chanzo kikuu cha nitrojeni katika mfumo wa aquaponic ni kulisha samaki na protini zilizo na (Goddek et al. 2015; Ru et al. 2017; Wongkiew et al. 2017; Yildiz et al. 2017). Kwa kweli, 100% ya chakula hiki inapaswa kuliwa na samaki. Hata hivyo, imezingatiwa kuwa samaki hutumia tu 30% ya nitrojeni zilizomo katika malisho yaliyopewa (Rafiee na Saad 2005). Chakula kilichomeza hutumiwa kwa ufanisi na kimetaboliki (Wongkiew et al. 2017), wakati wengine hupunguzwa kwa njia ya gills au kama mkojo na nyasi (Ru et al. 2017). Nitrojeni ambayo hupunguzwa kupitia gills ni hasa katika mfumo wa amonia, NHsub3/sub (Wongkiew et al. 2017; Yildiz et al. 2017), wakati mkojo na nyasi zinajumuisha nitrojeni hai (Wongkiew et al. 2017) ambayo hubadilishwa kuwa amonia na proteases na deaminasi (Sugita et al. 2005). Kwa ujumla, samaki hutoa nitrojeni chini ya fomu ya TAN, i.e. nHsub3/sub na NHsub4/subsup+/Sup. Uwiano kati ya NHsub3/sub na NHsub4/subsup+/Sup inategemea zaidi pH na joto. Amonia ni taka kubwa inayozalishwa na catabolism ya samaki ya protini za kulisha (Yildiz et al. 2017).

Nitrification ni mchakato wa hatua mbili wakati ambao amonia NHsub3/sub au amonia NHsub4/subsupu+/Sup excreted na samaki ni kubadilishwa kwanza katika nitriti nosub2/subsup-/sup na kisha katika nitrate nosub3/subsupu-/sup na maalum aerobic chemosynthetic autotrophic bakteria. Upatikanaji wa juu wa oksijeni iliyoharibika inahitajika kama nitrification inatumia oksijeni (Carsiotis na Khanna 1989; Madigan na Martinko 2007; Shoda 2014). Hatua ya kwanza ya mabadiliko haya inafanywa na bakteria ya amonia iliyooksidishwa (AOB) kama vile Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus na Nitrosovibrio. Hatua ya pili inafanywa na bakteria ya nitrite-oxidising (NOB) kama vile Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira na Nitrospina (Rurangwa na Verdegem 2013; Timmons na Ebeling 2013; Wongkiew et al. 2017). Nitrospira sasa inatokana kuwa nitrifier kamili, i.e. kushiriki katika uzalishaji wa nitriti na nitrati (Daims et al. 2015). Bakteria hiyo inaweza kupatikana wote katika mifumo ya maji na maji ya maji (Wongkiew et al. 2017). Bakteria hizi hupatikana hasa katika biofilms zilizowekwa kwa vyombo vya habari vinavyotunga biofilter lakini pia zinaweza kuzingatiwa katika compartments nyingine za mfumo (Timmons na Ebeling 2013).

Nitrification ni ya umuhimu mkuu katika aquaponics kama amonia na nitriti ni sumu kabisa kwa samaki: 0.02—0.07 mg/L ya amonia—nitrojeni inatosha kuchunguza uharibifu katika samaki maji ya joto, na nitrite-nitrojeni inapaswa kuwekwa chini ya 1 mg/L (Losordo et al. 1998; Timmons na Ebeling 2013). Amonia huathiri mfumo mkuu wa neva wa samaki (Randall na Tsui 2002; Timmons na Ebeling 2013), wakati nitriti induces matatizo na kuwabainishia oksijeni (Losordo et al. 1998). Nitrate— nitrojeni ni, hata hivyo, kuvumiliwa na samaki hadi 150—300 mg/L (Goddek et al. 2015; Graber na Junge 2009; Yildiz et al. 2017).

Nitrification zaidi hufanyika katika biofilters (Losordo et al. 1998; Timmons na Ebeling 2013). Kwa hiyo, wakati wa kuanzisha mfumo, inashauriwa kuendesha mfumo bila samaki ili kuruhusu idadi ya polepole ya bakteria ya nitrifying kuanzisha (Timmons na Ebeling 2013; Wongkiew et al. 2017). Pia ni muhimu kuepuka, iwezekanavyo, kuwepo kwa viumbe hai katika biofilters ili kuzuia ukuaji wa bakteria yenye ushindani wa heterotrophic (Timmons na Ebeling 2013). Vinginevyo, mchanganyiko wa kibiashara wa bakteria ya nitrifying unaweza kuongezwa kwenye mfumo, kabla ya kuhifadhi, ili kuharakisha mchakato wa ukoloni (Kuhn et al. 2010). Hata hivyo, mifumo ndogo ya aquaponic bila biofilter pia iko. Katika mifumo hii, bakteria ya nitrifying huunda biofilms ya nyuso zilizopo (kwa mfano kuta za compartment za hydroponic, vyombo vya habari vya inert wakati wa kutumia mbinu ya kitanda cha vyombo vya habari) (Somerville et al. 2014).