Десять принципов работы с системами аквапоники. Растения для аквапоники

Аквапоника своими руками с использованием еврокубов

В статье приведены системы аквапоники, выполненные из еврокубов. Еврокубом называется пластиковая емкость кубической формы или IBC (Intermediate Bulk Container — контейнер средней вместимости) объемом 1000 литра. Этот контейнер помещен в жесткий алюминиевый каркас и стоит на пластиковом или деревянном поддоне. Хотя существует множество схем аквапоники с использованием еврокубов, наиболее распространенная состоит из двух контейнеров, полученных путем разрезания еврокуба и металлического каркаса по верхней четверти его высоты. Верхняя часть или гидропонный модуль (250 литров) располагается на стойке поверх нижней и предназначена для выращивания растений. В центре неё находится сифон для периодического сливания всей воды в емкость с гидробионтами.

Сифон обеспечивает осушение субстрата и, следовательно, снабжение растений кислородом.

Распространение получили два типа автоматических сифонов.Первый тип состоит из внешней перфорированной ПВХ-трубы, предотвращающей утечку субстрата. Внутри неё располагается сливной стояк, заключенный в трубу большего диаметра с воздушным инжектором. Труба, покрывающая сливной стояк, наглухо закрыта сверху. Механизм действия этого сифона заключается в периодическом создании воздушной пробки на входе сливного стояка. К его недостаткам можно отнести загрязнение трубки инжектора, что приводит к ухудшению работы сифона.

Второй тип работает также, но не имеет отдельного воздушного инжектора. В трубе, закрывающей сливной стояк, проделаны прорези в основании. Через эти прорези засасывается воздух и образуется воздушная пробка, препятствующая дальнейшему сливу воды. Для создания эффективного сифона существуют некоторые хитрости. В частности, верхнюю часть сливного стояка можно сделать в виде воронки для более быстрого осушения гидропонного модуля.

Эффект Бернулли приводит к раннему началу и более быстрому сливу воды, а также скорому прерыванию водного потока. Начало сливания воды инициируется сильным начальным потоком за счет принципа Бернулли и удлинением трубы сливного стояка. Прерывание слива и создание воздушной пробки инициируется сильным остаточным водным потоком за счет принципа Бернулли, несбалансированной формой столба воды снаружи сливного стояка (воронка шире и ближе подходит к покрывающей трубе, поэтому столб воды в месте стыка тоньше), удлинением трубы сливного стояка. В общем случае, чем шире будет воронка и больше длина трубы сливного стояка, тем проще будет происходить прерывания водного потока. В нижнем контейнере находится помпа, которая качает воду в гидропонный модуль.

На сегодняшний день аквапоника получила распространение, главным образом, в виде хозяйств по разведению гидробионтов. Интеграция выращивания рыбы и других водных организмов с гидропоникой позволяет снизить расходы на очистку воды. Растения активно используют для своего роста загрязнения, выделяемые водными животными, в частности, нитраты. В настоящий момент отсутствуют эффективные методы перевода нитратов в молекулярный азот. Реакторы для денитрификации дороги и сложны в обслуживании, и самым коротким путем снижения концентрации нитратов в системе с рециркуляцией воды являются водные подмены.

Распространению аквапоники с использованием еврокубов способствовали широкая доступность и дешевизна этих емкостей, возможность создания модульных конструкций. Тем не менее, еврокубы имеют недостатки, к их числу относится чувствительность в УФ-излучению и солнечному свету, тонкие стенки и необходимость тщательной промывки емкости.

Расположение и запуск аквапоники

Для быстрого развития растениям необходимо 4-6 часов находиться под солнцем. С другой стороны, рыбам солнечный свет не нужен и лучше, чтобы он вообще отсутствовал. Находящиеся на открытом воздухе еврокубы следует покрыть облицовочным материалом для защиты от солнца.

Наилучшим субстратом для гидропонного модуля является садовый или строительный керамзит с диаметром частиц 8-16 мм. Слишком мелкий керамзит препятствует поступлению кислорода, а слишком крупный дает маленькую площадь поверхности для роста бактерий. Кроме того, в грунте со слишком крупными частицами растениям сложно укорениться.

К любому участку емкости должен быть доступ. При этом в расчет берется будущий рост растений. Между отдельными кубами лучше оставлять промежуток в 70 см. Доступ должен быть и к рыбам.

Аквапоника на открытом воздухе должна находиться вдали от деревьев и кустарников во избежание загрязнения культуры.

Растения можно высаживать в виде ростков, углубляя в грунт, или семян, распределяя по поверхности. Корни ростков лучше промыть от почвы. Саженцы томата, огурцов, клубники будут прорастать и удлиняться, поэтому рекомендуется использовать различные опоры (вкапывать трубы, сетку).

Какие растения выращивать в аквапонике ?

В любой системе будут расти следующие виды: листовой салат, репа, кудрявая капуста, свекла, руккола, базилик, мята, жеруха обыкновенная, лук скорода, большинство домашних декоративных растений.

Растения, предъявляющие повышенные требования к питанию и развивающиеся только в системе с высокой плотностью посадки рыбы, т.е. высокой органической нагрузкой: томат (помидорчики), перец, огурцы, горох, бобы, тыква, броколли, цветная капуста, кочанная капуста.

Интересное исследование провели американские специалисты из Гавайского университета в Маноас. Они выращивали по отдельности репу и томат в двух одинаковых системах аквапоники (www2.hawaii.edu/~khanal/aquaponics/design.html). В течение 140 дней регистрировалась и оценивалась степень утилизации NO2, NO3 и общего аммонийного азота (TAN). Каждая система имела овальный бассейн объемом 314 литра для выращивания Нильской тиляпии (Oreochromis niloticus) (плотность посадки 15-25 г/л; изначально в каждой системе 6 кг рыбы, в конце — 10.5 кг для томата и 9 кг для репы). Вода в бассейнах аэрировалась.

Гидропонный модуль каждой системы имел объем 370 литров. Растения располагались на плавучем плотике, покрывающим всю площадь контейнера. Корни растений постоянно находились в воде. Наполнитель и механизм периодического наполнения и слива не использовался. Перед попаданием к растениям вода проходила очистку от взвешенных твердых частиц в фильтре механической очистки (18.5 литровое, закрытое ведро с бионаполнителем).

На основе полученных результатов исследователи пришли к следующим выводам:(1) Аквапоника повышает эффективность утилизации азота.(2) В качестве гидропонной культуры лучше использовать томат, чем репу.(3) Аквапоника имеет более низкую концентрацию нитратов, главным образом, благодаря впитывания их растениями.

Возможно, при использовании наполнителя в гидропонике можно было бы добиться лучших показателей утилизации азотсодержащих соединений.

Плотность посадки рыб

На 500 литров гидропонного модуля рекомендуется выращивать 20-25 особей (тиляпия, карп). Таким образом, в системе из одного еврокуба, включающей 250 литров гидропоники, могут развиваться 10-12 особей.

Тем не менее, точная плотность посадки зависит от кормления, доступности кислорода, температуры и вида рыб.

Неприятности

Не лишне будет отметить важность аэрации емкости с рыбой и наличия генератора на случай отключения электричества.

В редких случаях, при использовании рыбьих кормов, отличных от коммерческих, растения ощущают недостаток питательных веществ (подробнее http://aquavitro.org/2014/02/28/desyat-principov-raboty-s-sistemami-akvaponiki/). Как правило, отмечается нехватка Fe, Ca, Zn, Mg и Mn. Недостаток зависит от источника воды, pH в системе и может быть восполнено без ущерба рыб и бактерий. Проблему можно решить добавлением экстракта морских водорослей.

Адекватный pH системы представляет собой компромисс между запросами растений и бактерий. Растения предпочитают низкое значение pH, тогда как нитрифицирующие бактерии pH около 7.5. В большинстве систем аквапоники pH составляет 6.8-7.2.

При дыхании растений и рыб увеличивается содержание углекислого газа и повышается кислотность. В среду можно регулировать внесением KOH, CaOH, лимонной и азотной кислоты в зависимости от необходимого уровня pH.

aquavitro.org

Аквапоника своими руками

Если гидропоника довольно хорошо известна и давно используется для выращивания некоторых культур, то аквапоника — жизнедеятельность рыб и растений в едином цикле — ещё не нашла столь широкого применения в условиях жилой квартиры или дома. Тем не менее некоторые хозяева таких систем уже накопили солидный опыт самостоятельного изготовления аквапонических установок без грунта, которые успешно работают и приносят реальные результаты.

В чём состоит смысл и основная идея систем аквапоники?

Рыбы в процессе своей жизни выделяют аммиак, который находится в аквариумной воде. В процессе биофильтрации аквы это опасное для водной живности вещество перерабатывается в нитриты, а затем в нитратные соединения.

Нитраты в разумных дозах нужны для роста растений. Они потребляют их непосредственно из воды через корневую систему, оставляя рыбкам очищенную акву.

Получается некий живой замкнутый цикл, при котором принудительное внесение химикатов, способствующих развитию растительности, не требуется.

Нужно только кормить рыбок обычным кормом.

Индивидуальные аквапонические мини-установки имеются в продаже. Их предлагают некоторые американские и европейские производители. В то же время такую систему можно разработать и реализовать самостоятельно в собственном доме и даже в городской квартире.

Аквапоника в домашних условиях

Условия частного дома очень хорошо подходят для изготовления собственной аквапонической фермы. Помещением для неё могут быть, например, утеплённая веранда или отапливаемая хозяйственная постройка.

В самом начале нужно определить, каких рыб можно содержать для системы аквапоники. Если ёмкость позволяет, то это могут быть небольшие особи карпов. Существует опыт разведения и некоторых видов осетровых.

Необходимо иметь две ёмкости: для рыб и для выращивания растений. Хорошо для этих целей подходит так называемый еврокуб.

Это пластмассовый контейнер кубической формы ёмкостью 1000 литров, установленный в металлическую решётку. Разрезав контейнер пополам, можно получить две ёмкости высотой 55 сантиметров, шириной 50 сантиметров и длиной 60 см. Металлическую решётку необходимо тоже разрезать, пластмассовые ванны установить рядом в полученные каркасы.

Питомник для рыб устраивается по принципу аквариума. На дно можно насыпать щебень или гравий и положить несколько керамических трубок для размножения биологически активных микроорганизмов.

Принцип устройства

Внизу резервуара делается отверстие под соединительную муфту, к которой затем крепится подающая помпа со шлангом.

Выходное отверстие должно быть типа душевой лейки для обеспечения аэрации. Водяной насос подбирается из расчёта его производительности 1000 литров в час и высоты подачи воды не менее 1 метра. Такие помпы с встроенным фильтром механической очистки имеются в продаже.

В ёмкости для растений прорезается два отверстия: одно сверху (для подачи аквы) и одно в дне резервуара (для слива воды обратно в аквариум). Подающий шланг может подходить и сверху, а для слива воды желательно соорудить сифон.

Его можно сделать из пластиковых труб. На более тонкую трубу, присоединённую к шлангу обратной подачи, надевается более толстая труба, играющая роль сифона. Вся эта конструкция заключается в отрезок широкой канализационной трубы со множеством отверстий, и служит препятствием частичкам твёрдого наполнителя резервуара для растительности. В качестве такого наполнителя тоже можно использовать гравий.

Принцип действия прост: вода постепенно поднимается до уровня крышки сифона, затем в течение 1-2 минут через тонкую трубку по обратной линии сливается в рыбий питомник. Фитоёмкость снова постепенно наполняется аквой.

Вверху данной ёмкости устанавливаются кассеты с рассадой. Основанием для них может быть толстая фанера с вырезанными отверстиями под обыкновенные пластиковые стаканчики. В донышке этих стаканов делается несколько дырочек для развития корневой системы растений. Уровень воды в резервуаре должен быть немного ниже крайней нижней точки стаканчиков. В процессе роста рассады её корни постепенно опускаются в воду, из которой растительность получает все необходимые вещества для своего развития.

Нельзя забывать и об освещении растений. Для этого подойдёт светодиодная фитолампа, которую можно без проблем купить в магазине.

В такой небольшой акваферме можно круглый год выращивать, например, клубнику, небольшие помидоры, салат, лук и даже цветную капусту.

Аквапоника в городской квартире

Сделать аквапоническую систему своими руками можно в обычной городской квартире, где хозяева содержат аквариумных декоративных рыбок. Причём такая гидроустановка не займёт много места, если разместить ёмкость для растений прямо на крышке аквариума. Для неё подойдёт обыкновенный пластиковый вазон прямоугольной формы.

Порядок изготовления

В верхней части вазона вырезается круглое отверстие, монтируется соединительный фитинг для подсоединения заливного шланга. С другой стороны в нижней части делается то же самое для слива воды. Разумеется, все стыки надо надёжно загерметизировать. Сливное отверстие с краником, шланг от которого идёт в аквариум, необходимо оснастить сеткой для механической очистки аквы.

После того как данная конструкция готова, её надо испытать на герметичность в ванной комнате. Нелишним будет сделать в верхней части вазона ещё одно отверстие с фитингом для аварийного слива воды, если забьётся основной.

В ёмкость для растительности засыпается грунт, аналогичный аквариумному. На него можно поставить пластмассовые горшочки с отверстиями для растений. Но лучше изготовить конструкцию из фанеры и пластиковых стаканчиков, о которой говорилось ранее. В этом случае корневая система будет получать больше воздуха.

Подача воды в вазон должна осуществляться с помощью внутреннего или внешнего аквариумного фильтра. 

Необходимое условие: помпа фильтра должна быть регулируемой. Этим достигается поддержание необходимого уровня воды в резервуаре для растений, который устанавливается опытным путём.

В принципе, домашняя аквапонная система, имеющая замкнутый цикл работы, готова.

По желанию в дальнейшем можно добавлять фитоёмкости, поставить рядом с аквариумом или прикрепить к стене. В такой установке хорошо растут травянистые декоративные растения или цветы, а также зелень (салат или лук).

Для аквариумных питомцев режим содержания и кормления остаётся неизменным.

Изготовив своими руками домашнюю аквапонную систему, можно увидеть её очевидные достоинства:

• единый постоянный процесс роста и развития водной живности и комнатной флоры;
• получение питательных для растительности веществ от остатков жизнедеятельности рыб;
• создание благоприятной водной среды в аквариуме.

Видео-пример того, что создать аквапонику своими руками в условиях квартиры вполне реально:

aquariumguide.ru

Схема аквапоники

В статье изложены 10 аспектов ведения хозяйства, основанного на системе аквапоники. Ни один из них не является доминантным или более важным, все из них играют критическую роль в работе системы.

1. В расчетах используйте кормовой коэффициентВ правильно спроектированной и сбалансированной системе аквапоники соотношение между количеством рыб и растений основано на кормовом коэффициенте. Кормовой коэффициент — это отношение количества корма, которым вы кормите рыб каждый день, к площади участка для выращивания растений. Для raft-системы гидропоники оптимальное соотношение варьирует от 60 до 100 граммов корма к 1 м2 участка в день. Например, если средний объем корма для рыб составляет 1 кг в день, то для кормового коэффициента в 60 г/м2 в день площадь участка гидропоники должна составлять 16,7 м2. И наоборот, если для выращивания растений выделяется участок до 200 м2 и необходим кормовой коэффициент на уровне 100 г/м2 в день, то объем контейнеров для рыб и, собственно, количество самих рыб и график их разведения должны рассчитываться таким образом, чтобы ежедневно подавалось 20 кг корма. Оптимальный кормовой коэффициент зависит от множества факторов, например, от конструкции гидропоники, культивируемых растений, химического состава воды и процента оседания воды в почве. Оптимальный кормовой коэффициент для гидропоники, в которых используется пленка с питательным раствором, составляет примерно 25% от того объема, который применяется в raft-системах.

2. Корм должен подаваться относительно стабильноДля относительно стабильной подачи корма в систему аквапоники есть два способа. Первый способ подразумевает использование нескольких контейнеров для разведения рыб и установок, расположенных в шахматном порядке. В системе аквапонки в Университете Виргинских островов (UVI) четыре контейнера для разведения тиляпии. Полный цикл разведения составляет 6 месяцев. Тиляпия содержится в разных контейнерах в соответствии со стадией своего развития. Таким образом, собирать «урожай» можно каждые полтора месяца. После вылова взрослой рыбы и ее замены на мальков, общее количество корма в системе падает на 25 — 30% и затем постепенно возрастает до максимального значения за полтора месяца. Количество корма и уровень питательных веществ колеблется, но уровень таких колебаний средний. Если в аквапонике будет только один контейнер для разведения рыбы, то после вылова взрослых особей и их замены на мальков количество поступаемого корма снизится на 90% и будет медленно увеличиваться до максимума на протяжении 24 недель (6 месяцев). Уровень содержания питательных веществ будет низким сразу после запуска мальков и слишком высоким при содержании взрослых особей, что может негативно сказаться на росте растений.

Второй способ для поддержания относительно постоянной подачи корма заключается в разведении рыбы различных размеров в одном контейнере. Как показывает пример 6-месячного разведения тиляпии, в контейнере должны содержаться рыбы, которые разделены по размерам на 6 групп. Сортировка и вылов крупных особей производится каждый месяц с использованием специальной сортировочной системы. После каждого вылова запускается такое же количество мальков. Количество корма будет меняться умеренно в течение каждого месячного цикла. Данная система очень экономит место и сокращает капитальные затраты. Однако имеется два недостатка. Ежемесячная сортировка всей рыбы — довольно трудоемкий процесс. К тому же, погибает незначительная часть особей. Некоторые взрослые рыбы вырываются и остаются в системе на протяжении длительного времени, в результате чего корм тратиться впустую.

3. Добавляйте кальций, калий и железоДля роста растениям необходимо 13 питательных веществ, но из контейнера с рыбами в достаточном объеме поступает лишь 10. Вместе с тем, в аквапонике уровень кальция, калия и железа, как правило, слишком низок для хорошего роста растений, поэтому эти минералы нужно добавлять самим. В системе UVI кальций и калий добавляют в виде основных соединений (гидроксид кальция и калия гидроокись), чтобы контролировать уровень pH. Железо добавляют в виде хелатного соединения, т.е. соединения, где железо находится в органической структуре, которая не дает ему выделяться из раствора.

4. Обеспечьте хорошую аэрациюЧтобы рыба, растения и бактерии были здоровыми и росли максимально быстро на аквапонике, им нужен адекватный уровень растворенного кислорода (DO). Как в контейнерах для рыбы, так и в воде, которая находится у корней растений, должен поддерживаться уровень растворенного кислорода 5 мг/л или выше. Соответствующий уровень DO также необходим для поддержания полезных нитрифицирующих бактерий, которые преобразуют токсичный аммиак и нитрит в относительно нетоксичные ионы нитратов. В процессе жизнедеятельности рыбы выделяют аммиак, главным образом, через жабры. Один род бактерий (Nitrosomonas) преобразует аммиак в нитриты, а другой род бактерий (Nitrobacter) преобразует нитриты в нитраты. Для этого процесса химических преобразований, известного как нитрификация, необходим кислород.

5. Убирайте излишки кормаПримерно 25% корма, который дают рыбе, оседает на дно. При контакте с водой масса таких отходов существенно увеличивается. Рекомендуется использовать фильтры или специальные поддоны с тем, чтобы отходы не попадали в гидропонный узел. Если отходы не убирать, они попадут на корни растений, тем самым снижая уровень содержания кислорода. Это повлияет на поглощение воды и питательных веществ. Излишки корма также негативно сказываются на нитрифицирующих бактериях. К тому же, по мере разложения корма потребляется кислород и вырабатывается аммиак.

6. Будьте осторожны с наполнителямиТакие наполнители, как гравий, песок и перлит отлично подходят для выращивания растений в системах гидропоники. Однако твердые органические вещества в аквапонике могут засорить наполнитель, и вода начнет двигаться только в определенном направлении. Т.е. вода по засоренным участкам течь не будет, и, соответственно, те участки также лишаться доступа к кислороду. По мере разложения разложения органических веществ будут погибать корни растений. Даже в том случае, если твердые частицы органических веществ уберут из потока до того, как они попадут в гидропонный узел, в аквапонике все равно содержится достаточное количество растворенного органического вещества, которое будет способствовать росту бактерий и других организмов. Также бактерии размножаются в ходе процесса нитрификации. Скопление мертвых и живых бактерий может засорить наполнители. При использовании наполнителей необходимо, по большей части, сократить численность рыбы и корма.

7. Трубы больших размеровЧтобы снизить негативные последствия от распада органических веществ, используйте трубы крупного диаметра. К трубам можно применить тот же принцип, что и к наполнителю. Высокое содержание растворенных органических веществ в аквапонике способствует росту нитчатых бактерий внутри труб, что отрицательно сказывается на способности пропускать воду. Тонкие трубы для подачи воды к отдельным растениям, скорее всего, забьются, и вода перестанет поступать на эти участки. Даже 4-дюймовые сливные трубы, которые ведут от контейнеров для рыбы, могут засориться, в результате чего уровень воды в контейнере поднимется. В системе UVI некоторые тиляпии, содержащиеся в отстойнике, могут заплывать в сливные трубы и очищать их от органического мусора, проплывая сквозь него и поедая бактерии. Трубы, которые расположены ниже компонентов для вывода органического мусора и биофильтров, забиваются не так часто, поскольку фильтры очищают часть или все растворенные органические вещества. Количество органического мусора сокращается с понижением температуры воды.

8. Проводите биологический контрольДля контроля над насекомыми и растениями в аквапонике нельзя использовать пестициды, так как многие из них токсичны для рыбы и ни один пестицид не был одобрен для использования в корме для рыб. Точно также нельзя использовать большую часть средств для лечения рыб от паразитов и болезней, поскольку эти средства могут погубить полезные бактерии, а растения впитывают и накапливают их. Методы биологического контроля являются единственным вариантом контроля за насекомыми и болезнями. К счастью, биологический контроль является предметом интенсивных исследований. Также появляются новые методы. Разведение выносливых рыб, например, тиляпии, а также применение передовых технологий предотвращает появление у рыб болезней и паразитов.

9. Обеспечьте надлежащую биофильтрациюПосле фильтрации твердых веществ следующим этапом в процессе обработки системы рециркуляции является биофильтрация или окисление аммиака и его преобразование в нитрат с помощью нитрифицирующих бактерий. В системе UVI надлежащая биофильтрация проводится в гидропонном узле. В частности, если поддерживается оптимальный уровень подачи корма, то лишняя вода также может быть отфильтрована. В системах аквапоники, в которых используется пленка с питательными веществами, поверхность гидропонного узла, куда могут прикрепиться нитрифицирующие бактерии, меньше, следовательно, возникает необходимость в использовании биофильтра. Также биофильтры используют в аквапонике с рыбой, которой требуется вода высокого качества. Биофильтры — это, своего рода, дополнительный фактор безопасности для различных видов, менее выносливых, нежели тиляпия.

10. Контроль pHpH часто называют основным показателем, поскольку другие значения, по которым определяется качество воды, во многом зависят от уровня pH. Процесс нитрификации является одним из самых важных для воды. Нитрификация происходит эффективней при pH 7,5 или выше и практически прекращается при pH ниже 6,0. Нитрификация — это процесс выработки кислоты, при котором уровень pН постоянно снижается. Поэтому pH нужно измерять каждый день. Также для нейтрализации кислоты необходимо добавлять нуклеотиды (гидроксид кальция и гидроксид калия). Оптимальный уровень pH — 6,5 или чуть ниже. Нужно добиться среднего значения между процессами нитрификации и растворимости питательных веществ. Таким образом, в системах аквапоники рекомендован уровень pH 7,0. Если происходит защелачивание, питательные вещества выпадают в осадок, и растениям их будет не хватать. Соответственно, сократятся темпы роста и урожайности. При низком уровне pH аммиак накапливается до точки, когда он становится токсичным для рыбы. Некоторые питательные вещества исчезают, что также негативно сказывается на росте и урожайности растений. Таким образом, контроль над уровнем pH — неотъемлемая часть работы с системами аквапоники.

Таблица. Зависимость доступности элементов для растения от pH среды (0 — растение не может усваивать элемент; 10 — высокая биологическая доступность). Видно, что в оптимальном промежутке pH 6.5-7.0 — лимитирующим элементом является железо (Fe).

Дополнительное преимуществоКак-то раз один мудрый человек сказал, что в системах аквакультуры должен быть только один насос. Его слова были: «Один Бог, одна страна, один насос». Этим человеком был Дин Фэррелл, бывший владелец компании Seagreenbio в Палм-Спрингс в штате Калифорния. На всей его рыбной ферме, где он выращивал несколько сотен тысяч килограмм тиляпии, был всего лишь один насос 13-hp. Точно так же в система аквапоники должна иметь всего один насос. Перекачивайте воду из нижней точки в системе до самой высокой точки, устанавливайте эти точки недалеко друг от друга, и пусть вода течет по остальной части системы самотеком. Используя один насос, Вы сэкономите и деньги, и силы.

Статья подверглась 1 проверке читателем (16.07.2014)

——Оригинал статьи: James Rakocy. Ten Guidelines for Aquaponic Systems. 2007.Д-р Джеймс Ракоши — директор экспериментальной сельскохозяйственной станции при Университете Виргинских островов. Проводит исследования в области аквапоники более 25 лет.

aquavitro.org

сравнение с гидропоникой и почвенной культурой. Вкусовые качества томата

Статья будет полезна читателям, которые хотят лучше разобраться в химизме процессов, происходящих в аквапонике. Состав большинства кормов для рыб не обеспечивает в полной мере потребности огородных растений, культивируемых на гидропонном модуле. Понимание этого — ключ к созданию работающей аквапоники.

Биологические фильтры используются для осуществления процессов нитрификации и снижения уровня биологического потребления кислорода. Их продуктивность зависит от общей площади поверхности наполнителя, обеспечивающего развитие бактериальной массы. Каждый тип субстрата имеет свое соотношение площади к объему, а производительность выражается как биомасса, удаленная в определенном объеме за определенное время.

К сожалению, традиционные капельные фильтры не подвергают вещества рециклингу, а лишь трансформируют их в нетоксичную (h3O, NO3) или газообразную (CO2, N2) формы.

В данной статье представлены результаты исследовательской работы Андреаса Грабера (Andreas Graber) и Ранка Джунге (Ranka Junge) — «Aquaponic Systems: Nutrient recycling from fish wastewater by vegetable production. Desalination», в которой изучалась возможность совместить обработку сточных вод в искусственных болотах с выращиванием культур растений. Идея состояла в использовании поверхности капельного фильтра в качестве субстрата для растений с целью совмещения процессов трансформации нутриентов (преимущественно, нитрификации) с их вторичным использованием. Изначально, концепция разработана рыбоводами для аквапоники. Они добились впечатляющих результатов по совместному выращиванию рыб и культуры растений. На каждый килограмм рыбы можно вырастить до 7 кг растительной биомассы.

На стыке двух дисциплин, обработки загрязнений и выращивания растений, требуется обратить внимание не столько на оптимизацию разложения, нитрификации, денитрификации и абсорбции, сколько на максимизацию вторичного использования фосфора и азота и удовлетворения нормам качества получаемой пищевой культуры и чистоты сточных вод.

С другой стороны, бактериальное разложение, усвоение нутриентов растениями ограничено площадью поверхности, потому что фотосинтетическая активность зависит от солнечной энергии. Поэтому, для достижения максимального уровня рециклинга питательных веществ, капельный фильтр должен иметь большую площадь поверхности. Это позволит растениям развить большую биомассу и, соответственно, активизирует фотосинтез. Теоретически, растительный капельный фильтр будет иметь удвоенную продуктивность, если его высота уменьшится вдвое, а площадь, напротив, увеличится вдвое.

Эта концепция не входит в классическое понимание обработки сточных вод, где занятие бо’льшей площади рассматривается как недостаток системы. Скорее, она относится к сфере сельскохозяйственного землепользования. Другими словами, идея заключается не в смене технологий обработки муниципальных сточных вод, а вовлечение в этот процесс производителей гидропонных культур, как реципиентов и потребителей богатых питательными веществами стоков.

Таким образом, предлагается интегрировать в единую производственную систему обособленные монокультурные хозяйства.

В данной статье рассматривается одна из точек приложения данной концепции: растительный капельный фильтр адаптирован для обеспечения нитрификации в установке замкнутого водоснабжения, где проводится выращивание рыбы. Авторы работы сосредоточились на выборе наиболее продуктивных культур растений, обладающих высокой степенью усвоения азота. Для определения пригодности аквапоники исследователи сравнили её продуктивность с традиционной гидропонной культурой.

В литературе, посвященной аквапонике, не рассматривается микробиологическое загрязнение целевых растений, потому что культура контактирует корневой системой только с водой, поступающей от рыб. Тем не менее, авторы работы путем чашечного метода подсчета гетеротрофных бактерий определили схожую концентрацию бактерий на выходе из фильтра лососевой фермы (105 КОЕ/мл) и обработанном муниципальной стоке (106 КОЕ/мл). Для гидропоники, используемой для усвоения нутриентов из муниципальных сточных вод, эти данные имеют особое значение. В этом случае после прохождения растительных песочных фильтров необходима УФ-стерилизация. Метод уже был опробован для городских стоков, где питательные вещества удалялись культурами салата и перца [B. Boyden and A. Rababah, Recycling nutrients from municipal wastewater, Desalination, 106(1996), 241–246.].

АквапоникаАквапоника является разновидностью систем с рециркуляцией воды, предусматривающей поликультуру. Она включает аквакультуру (гидробионты) и культуру растения (гидропонику), использующих одну воду. Аквапоника предусматривает вторичное использование загрязнений, выделяемых рыбами, для развития растений.

В большинстве систем с рециркуляцией воды фекалии рыб фильтруются и удаляются так быстро, насколько это возможно. Фекалии повышают уровень биологического потребления кислорода, ухудшает процессы нитрификации и вызывает слипание корней растений, что приводит к ухудшению урожайности.

Авторы исследования построили аквапонику в Веденсвили, Швейцарии. В качестве наполнителя для растительного капельного фильтра они использовали керамзит. Этот материал обеспечивает хорошую опору для корней растений и может применяться в помещении и на открытом воздухе. Керамзит засыпался в стандартные ящики (0.4 x 0.6 x 0.4 м, зеленый ПВХ), расположенные в три ряда в парнике. Всего 74 ящика вмещало 3 м3 керамзита.

Первостепенная задача заключалась в испытании полностью замкнутой системы, в которой также происходила бы переработка фекалий. Стекловолоконные емкости с рыбой имеют размеры 2 на 2 метра, глубину 0.65 метра и объем 2.5 квадратных метра. Из отверстия в центральной части дна бассейнов с помощью специальной ирригационной системы вода поступает в ящики с керамзитом со скоростью 10-15 м3/час. Для достижения гомогенной загрузки ящиков загрязнениями использовались обычные канализационные трубы (диаметр = 0.11 метра, оранжевый ПВХ). Труба располагалась горизонтально над ящиками, и над каждым из них в трубе проделывались отверстия диаметром 6 см. Обновление воды в системе на свежую не производилось, т.е. она была полностью замкнутой. Восполнялись лишь потери от испарения.

В качестве аквакультуры выступали нильские тиляпии (Oreochromis niloticus) в 2004 году и европейский окунь (Perca fluviatilis) в поздних экспериментах с томатом и огурцами. Тиляпии были дикими и вылавливались в в озере Туркана, Кении, окунь приобретен швейцарской компании Percitech S.A.. Рыбу кормили ad libitum (вволю) плавучим гранулированным кормом (Trouvit Tilapia Starter 3 мм, 45% сырого белка).

В качестве контроля были установлены 29 ящиков с гидропоникой, включающие 1.2 м3 керамзита. Водопроводная вода выкачивалась из 0.3 м3 резервуара со скоростью 5 м3/час. Концентрация удобрения восполнялась 2-3 раза в неделю, при этом электропроводность составляла 2.5 мкСм/см. Подобная концентрация солей является верхней границей нормы для развития овощных культур. Испарившаяся вода восполнялась постоянно. В ходе экспериментов с томатом вторая контрольная группа растений высаживалась почву той же теплицы. Почвенная культура поливалась каждые несколько дней водой из бассейнов с рыбой, согласно запросам томата в поливе.

Составление питательной смеси

Так как весь объем воды в системе проходил через капельный фильтр каждые 20 минут, концентрация веществ варьировала в поступающей и выходящей из фильтра воды. Поэтому образцы воды забирались только из основного водного резервуара (бассейн с рыбой или резервуар с водой). Поступление и удаление веществ рассчитывалось по балансу масс через специфические временные интервалы. Питательные вещества вносились с рыбьим кормом, утилизировались в форме плодов и растительной биомассы. Принимались во внимание изменения запаса веществ в воде и их потери при прохождения цикла обработки.

Обычно поступление питательных веществ рассчитывается исходя из их концентрации в рыбьих кормах и приросте биомассы рыб, т.е. в форме поглощения. В данной работе поступление веществ рассчитывалось с использованием коэффициента удобрения кормом, который определялся в экспериментах с двумя повторениями. Тиляпии (25 особей массой 1330 граммов и 31 особь массой 1730 граммов) помещали в 220 литровый стеклянный аквариум, оборудованный ящиком с керамзитом в качестве биологического фильтра. Рыба питалась кормами для тиляпии и выделяла нутриенты (Nh5, NO2, NO3, PO4, K), которые измерялись спустя 14 дней.

Электропроводность, pH, редокс-потенциал и концентрация растворенного кислорода измерялись непрерывно и записывались каждые 15 минут с помощью датчика SC1000 (Hach Lange sc-sensors 3798-S, phD-S, 1200-S, LDO), либо измерялись ежедневно с помощью ручного многоэлектродного метра (WTW Multiline 350i). Концентрация растворенных ионов определялась с помощью фотометра (Hach Lange LCK tests, Cadas30).

Развитие растений и сбор фруктов производился еженедельно, согласно критериям, установленным в продуктивном садоводстве [A. Graber and R. Junge-Berberovic, Wastewaterfed aquaculture otelfingen, Switzerland: Influence of system design and operation parameters on the efficiency of nutrient incorporation into plant biomass. In: J. Vymazal (Ed.), Wastewater Treatment, Plant Dynamics and Management in Constructed and Natural Wetlands, Springer Verlag, 2008, 299–310.]. Растительная биомасса полностью собиралась в конце эксперимента, и определялись сырая масса, сухая масса и в некоторых случаях элементный состав биомассы (Углерод, Азот, Фосфор). Анализ биомассы томата выполнялась в лаборатория почвы и экологического анализа в Цюрихе, с использованием метода Кьельдаля, фотометрии, атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS) или индуктивно-связанной плазмы (ICP). Для огурцов и баклажанов содержание азота, фосфора и калия в сухой массе бралось из литературы.

РезультатыТиляпия в аквариуме поедали 30 и 436 граммов корма, соответственно. В воду с 1 кг корма выделялось 46 + 4 граммов азота, 6.0 + 0.8 граммов фосфора и 1.0 + 0.4 граммов калия.

Качество водыКапельный фильтр является эффективной альтернативой традиционным биологическим фильтрам. Все параметры воды имели удовлетворительное значение, за исключением нитрита , уровень которого при культивировании тиляпии иногда превышал 0.2 мг N/л. Во время выращивания окуня, поступление корма было почти в два раза ниже, что решало проблему нитрита. В общем, эффективность нитрификации капельного фильтра составляла 0.26 кг рыбного корма /м3 керамзита в день.

В течение трех экспериментов свежая вода вносилась в емкости с рыбой в объеме 0.445, 1.233 и 0.275 м3/день или 15, 41 и 9% объема в день. Во время экспериментов с томатом, для полива почвенной культуры потребовалось 49.17 м3 или 0.734 м3/день воды из бассейнов с рыбой, что объясняет высокие расходы воды во втором эксперименте. Первый и третий эксперимент потребовал внесение свежей воды лишь для восполнения испарений. Более низкий расход воды на выращивание огурцов обусловлен периодом их культивирования – поздняя осень. С другой стороны, баклажаны выращивали летом.

Допустимые концентрации химических веществ при выращивании рыбы и диапазон колебаний параметров воды во время выращивания тиляпии и окуня

Утилизация питательных веществСистема гидропоники имела одинаковые характеристики во всех трех эксперимента, а различия степени использования нутриентов определялись лишь специфическими запросами видов растений. Повышенное потребление нутриентов при сборе плодов наблюдалось при выращивании томата: за трехмесячный период культивирования утилизировано в гидропонике 0.52, 0.11 0.8 грамма/м2 в день для N, P и K, а для аквапоники — 0.43, 0.07, 0.4 граммов/м2 в день N, P и K. Летом 2005 года практически треть утилизации N, P и K пришлось на гидропонную культуру томата (плоды). В случае аквапоники, утилизация азота на 69% приходилась на томат. Для фосфора, процент было значение в процентах более 100, потому что при поливе почвы водой из бассейнов с рыбой наблюдается потеря питательных веществ. И их невозможно точно измерить. Томат продемонстрировал более высокую эффективность утилизации питательных веществ по сравнению с баклажанами и огурцами. Для баклажанов приток нутриентов был выше на 78%, благодаря высокому поступлению корма. Однако урожайность томатов была на 201% выше. Огурцы имеют низкую эффективность утилизации нутриентов, а урожайность оставалась умеренной, так как культивирование началось в конце года.

Среди баклажанов урожайность преимущественно зависела скорее от сорта, чем от системы культивирования. Сорта «Gilo Brasil» и «Red Egg» были наилучшими и давали 28.9 и 25.9 кг, составляющие 69% из 78.9 кг всех собранных плодов при занятии всего 1/3 площади.

Эффективность утилизации питательных веществ предусматривает только урожайность и сбор плодов для последующей продажи. Остальная вегетативная часть (корни, стебель и листья) не рассматривалась. Общая эффективность утилизации нутриентов, включая зеленую биомассу, оценивалась в культуре огурцов. К конце выращивания вегетативная часть в аквапонике достигала 68 кг а в гидропонике — 24 кг, либо 141% и 95% относительно массы плодов огурца. На основе этих данных можно заключить, что эффективность утилизации нутриентов растительной биомассой вдвое больше, фосфора около 100% в гидропонике (как и предполагалось с внесением удобрений) и 50% в аквапонике.

Выращивание овощей

В отличие от гидропоники, вода в аквапонике содержит в 3 (азот), а в некоторых случаях в 10 (фосфор) раз раза меньше элементов. Не смотря на это, томаты имели практически идентичную урожайность для гидропоники, аквапоники и почвенной культуры. Существенным недостатком воды в аквапоники является нехватка калия, которая в 45 раз ниже, чем в гидропонике. Это приводит ухудшению качества томатов в аквапонике по сравнению с гидропонной культурой. Концентрация калия, полученная при анализе плодов, составила: 22.0 г/кг от сухой массы в аквапонике и 40.8 г/кг от сухой массы в гидропонике.

В экспериментах, проведенных в 2003 году, авторы работы провели аналогичное исследование с томатами. Все сорта, выращенные в условиях аквапоники, имели более высокую урожайность. Это частично объяснялось более высокой температурой в аквапонике и, соответственно, ускоренным начальным ростом, которое приводило к раннему дозреванию. Урожайность томата была изначально низкой, потому что в 2003 году, вследствие высокой температуры, растения испытали температурный стресс. Оценка вкусовых качеств томата сорта «Grappella» показала, что 15% людей предпочитают помидоры, выращенные в аквапонике, 21% — в гидропонике, 41% — выращенные на почве и 17% не почувствовали различий.

Обсуждение

Качество и эффективность выращивания рыбы (тиляпии и окуня) в условиях аквапоники не отличается от традиционной аквакультуры. Однако качество аквапонных томатов хуже, потому что в воде мало калия. Так как калий не нужен рыбам, он не вносится в рыбные корма и, таким образом, его недостаточно для растений. В последующих экспериментах калий вводился в виде KOH для стабилизации pH и процессов нитрификации. Урожайность томатов сопоставима с урожайностью традиционной почвенной культуры, но значительно ниже интенсивного выращивания в гидропонике. С точки зрения утилизации питательных веществ аквапоника, тем не менее, пригодна для выращивания овощных культур. Компьютерное моделирование показало, что совмещение аквакультуры с выращиванием растений повышает продуктивность и снижает расходы. В Австралии несколько компаний уже внедрили эту технологию для удовлетворения потребностей рынка.

Степень утилизации питательных веществ

Авторы исследования получили значения для утилизации нутриентов, аналогичные для искусственных болотных угодий, в которых обрабатываются городские сточные воды. В последнем случае значения составляли: 250–630 г/м2 для азота, 45–75 г/м2 для фосфора.

Согласно работе с аквапоникой, растения удаляют 100-200 г/м2 азота и 10-20 г/м2 фосфора. Таким образом, достигается утилизация 32-40% общего азота и 22-27% общего фосфора.

Недостатком искусственных болотных угодий является невозможность удаления большого количества общего азота в одноуровневом исполнении системы. Это связано с тем, что нельзя совместить в одном типовом акте аэробные и анаэробные процессы. В свою очередь, в условиях аквапоники аэробный процесс нитрификации протекает в капельном фильтре, тогда как нитраты потребляются растениями для развития.

Компромисс между объемом фильтра и площадью

Удаление загрязнений определяется объемом наполнителя фильтра, тогда как захват питательных веществ растениями – его площадью и интенсивностью солнечного света. Отношение объема к площади определяет максимальную производительность системы. При её проектировании достигается высокая степень удаления загрязнений в минимальном объеме и высокий потенциал утилизации питательных веществ, требующий большой площади. Является ли рециклинг нутриентов роскошью, доступной только для сельской местности, где маленькое пространство не проблема? Когда прирост площади сопровождается возрастанием производства и утилизацией отходов, затраты больше не рассматриваются как роскошь. Эксперименты продемонстрировали, что использование аквапоники оправдано, потому что томаты имеют практически такую же урожайность, как и почвенная культура, в которую вносятся минеральные удобрения. Удивительно, но овощи не имеют специфического рыбного запаха и привкуса.

Работы с искусственными болотными угодьями показали, что увеличение глубины более 0.5 метров не повышает очистку стоков. Резервуар глубиной 0.27 метра позволяет снизить уровень химического (COD) и биологического (BOD5) потребления кислорода, повысить усвоение аммония и растворенного фосфора больше, чем при глубине 0.5 метра. Эти результаты направят работы на создание мелководных резервуаров, откуда растения смогут быстрее утилизировать питательные вещества.

——Andreas Graber, Ranka Junge. Aquaponic Systems: Nutrient recycling from fish wastewater by vegetable production. Desalination 246 (2009) 147–156

aquavitro.org

Аквапоника с длинными фанерными лотками

Аквапоника – способ ведения сельского хозяйства, цель которого – симбиотическое выращивание растений и рыб. Рыбы поедают растения и выделяют отходы, которые затем перерабатываются бактериями, после чего переработанные продукты оседают в грунте и питают растения. Аквапоника подходит для регионов, испытывающих нехватку плодородной почвы и воды, поскольку таким способом можно добиться шестикратного увеличения урожая овощных культур по сравнению с традиционной аквакультурой (Resh 2004), при этом затраты водных ресурсов составляют не более 1% от количества, употребляемого при выращивании традиционными методами (Rakocy 1989).

Первое описание установки для аквапоники было опубликовано в 1975 году. Вода с отходами жизнедеятельности рыб направлялась в лотки с растениями. Принцип работы системы заключался в том, чтобы питательные элементы, содержащиеся в сточной воде, играли роль удобрения. Отработанная вода подвергалась очистке и выпускалась в окружающую среду. В течение месяца у растений обнаружились признаки недостатка питательных веществ. Это происходило по нескольким причинам. Выяснилось, что в 1970-х годах концентрация азота в азотных удобрениях была в 150 раз ниже, чем в современных препаратах. Примерно в то же время, доктор наук Джон Тодд и Нэнси Джек Тодд провели похожее исследование в институте New Alchemy Institute и разработали систему очистки сточных вод под названием “живая машина”.

В 1978 г., группа исследователей во главе с Льюисом сосредоточились на решении проблемы недостатка азота. Они работали с первой системой аквапоники плотного зарыбления. Хотя идея была правильная, концентрация азота оставалась низкой (6-10 мг/л), поэтому для поддержания роста томатов приходилось использовать дополнительное удобрение. Согласно общепринятому правилу, содержание нитратов в системе должно составлять около 46 мг/л. Низкое содержание нитратов при плотном зарыблении приводило к выраженному азотному голоданию растений, при этом значительная часть азота испарялась в окружающую среду.

В 1986 году, Цвейг разработал простую и эффективную аквапонную установку, определив, с одной стороны, соотношение между количеством потребляемого рыбой корма и биомассы рыбы, а с другой — объём азота, потребляемого растительностью. Недостаток железа устранялся путём замены 20% корма для рыб кормом для кроликов. Хотя этот шаг и стал важной вехой в развитии технологии аквапоники, его роль осталась незамеченной.

В 1985 году, учёные Университета Виргинских островов во главе с Нэйром (назовём ее «системой УВО»), разработали рециркуляционную аквапонную систему. Как и система Льюиса (1978), она имела довольно сложную структуру, и работа с ней требовала немалых вложений: выращивание 1 кг тиляпии обходилось в 3,18$ (по ценам 1985 г.). Несмотря на то, что объём азота, производимого рыбой, в десять раз превышал объём, необходимый для нормального роста томатов, они по-прежнему росли плохо. К сожалению, в то время мало что было известно о способах предотвращения денитрификации. В системе происходило накопление солей, которые препятствовали росту некоторых растений (Jones 2005). Средний уровень содержания железа составлял 0,1 мг/л при минимально допустимом уровне 1-2 мг/л (Jones 2005). Учёные Государственного Университета Северной Каролины – Марк Макмёртри, Дуглас Нельсон и Пол Нельсон, разработали собственную систему аквапоники. Они высаживали растения в гравиевый наполнитель, который играл роль внутреннего биофильтра.

В 1993 году Ракоши и Харгривс, изучив доступные научные данные по аквапонике, пришли к выводу, что для выработки критериев построения системы необходимо проанализировать объёмы потребляемых растениями питательных веществ и отследить их круговорот в системе. Группа исследователей во главе с Ракоши (1993 г.) попыталась отследить движение питательных элементов в системах, созданных в Университете Виргинских Островов (усл. назв УВО), и сравнить показатели, полученные при хорошем или плохом росте культуры растений. К сожалению, все системы дали разные результаты, и каких-либо общих тенденций выявить не удалось.

В дальнейшем было проведено исследование с целью определения оптимального соотношения между количеством рыб и площадью, занимаемой растениями. Сегодня можно предположить, что количество питательных веществ, произведённых рыбой, превышало показатели, необходимые для нормального роста растений во всех экспериментах. Все выращенные головки салата имели одинаковую массу, независимо от количества рыб в системе. Овощи, выросшие на аквапонике, имели меньший размер, чем овощи, выращенные на гидропонике (172-248 г, Kratky 2005), что свидетельствует о недостатке питательных веществ. После усовершенствования удалось вырастить головки несколько большей массы (181-344 г, Rakocy et. al. 1997). Через несколько лет система УВО доказала свою эффективность и долговечность (Rakocy et. al. 2004). К тому времени она состояла из четырёх бассейнов с рыбой, шести лотков для растений, очистной емкости, емкостей с фильтрами-экранами, ёмкости для очистки воды от газов, сборника сточных вод, ёмкости с грунтом, водяного насоса, двух компрессоров и более 200 аэраторов. Управлять такой системой могли только квалифицированные специалисты. Ракоши был первым, кому удалось разработать многофункциональную систему, поэтому его называют «крёстным отцом» аквапоники.

Как правило, овощи выращивались в воде на плавающих пластмассовых поддонах (Rakocy 1989). Вода тщательно аэрировалась, чтобы корни растений питались кислородом, к тому же требовалось поддерживать необходимый азотный баланс. Kratky (2005) использовал систему, в которой корни растений не погружались в воду, а обдавались насыщенным влагой воздухом. Такой метод назывался «питательная плёнка». Леннард и Леонард (2006) протестировали системы трёх типов, некоторые из которых нашли применение в дальнейшем. Были проверены следующие способы: заливка гравиевого грунта водой, техника «питательной плёнки», при которой корни не погружались в воду, а обдавались влажным воздухом, и только кончики корней слегка касались поверхности воды; а также системы с плавающими поддонами. Системы, в которых использовался залитый водой гравий, оказались наиболее эффективными. Ако протестировал следующие способы: капельно-гравийное орошение, систему «прилив-отлив», позволявшую заливать и обнажать  поверхность гравиевого слоя, выращивание растений на плавающих поддонах с отверстиями, а также обычные поддоны. Первые два метода он оценил как лучшие, при этом первый, по его мнению, оказался наименее затратным.

С тех пор как Ракоши усовершенствовал эту технологию, прошло уже более 20 лет, однако на данный момент нет ни одного примера успешного использования аквапонных систем на основе его метода. Данная статья была написана и опубликована с целью исправить это положение. Однако, справедливости ради стоит отметить, что с экономической точки зрения аквапоника довольно трудноосуществима, так как ввиду низких цен на овощи, сравнительно небольшой отдачи, высоких капиталовложений и эксплуатационных расходов, заниматься ей не слишком выгодно (Tokunaga et. al.). Поскольку овощи, выращенные в некоторых регионах Океании, транспортируются в основном по воздуху, они имеют очень высокую себестоимость. Преимущество аквапоники заключается в том, что она даёт уникальные по вкусовым качествам продукты, так как они выращиваются исключительно на органических материалах без использования пестицидов. Исходя из вышесказанного, задача исследователей – представить систему, которая не требовала бы больших капитальных вложений, и в основе работы и управления которой лежали бы сугубо биологические и химические факторы. Работа аквапоники должна определяться устойчивым круговоротом химических веществ, и на случай возникновения химического дисбаланса под рукой необходимо постоянно иметь средства его предотвращения.

КонструкцияСовременные системы аквапоники смоделированы на основе очень дешёвых систем Kratky (2005). Он использовал простые деревянные ящики. В роли лотков для овощей (Рис. 1) выступают неглубокие деревянные ящики, дно которых изготовлено из фанеры (толщиной 1,9 см, длиной 121,92 см  и шириной 243,84 см), крепящейся на двух боковых планках (5,8×10,16х253,84 см), а также передней и задней планках (5,8×10,16х121,92см). Изготовить такой лоток можно очень быстро и без значительных финансовых затрат (около $84). В каждом лотке можно вырастить по 48 головок салата. Некоторые овощи, например китайская капуста (пак-чой или Brassica juncea), уже через 5 недель весят более 2 кг.

Отметьте места отверстий для шурупов по периметру днища на расстоянии примерно 41 см друг от друга. Используйте шурупы из нержавеющей стали 5,1 см/0,44 см или 5,1 см/0,52 см (Рис. 2). На фото (Рис. 3) – днище лотка для овощей и стенки готовые к стяжке. Собирать ящики рекомендуется в перевёрнутом положении.

Застелите дно и внутренние стенки ящика полиэтиленовой плёнкой и закрепите её (Рис. 4).

Как правило, лотки крепятся друг к другу таким образом, что их днища находились на одном уровне. На рис. 5 показаны соединённые между собой лотки для овощей. Как правило, канал состоит из 8 лотков, исходя из того, что стандартная длина рулона полиэтиленовой плёнки составляет 30,48 м. Очень важно, чтобы днище лотков занимали строго горизонтальное положение, иначе вода от рыб будет стекаться в лужи. Лотки устанавливаются на силикатных блоках с двумя отверстиями (Рис. 5).

На фото изображена первая аквапонная ферма, в которой используется система Ако и Бэйкера (2009 г.). Лотки эксплуатируются уже около 5 лет и до сих пор находятся в отличном состоянии, поскольку конструкция исключает контакт ящиков с водой.

Крышки лотковРастения помещаются в небольшие сетчатые горшочки, устанавливаемые на пенопластовых поддонах, как показано на рис. 6. Лотки наполняются водой до тех пор, пока поверхность воды не коснётся низа сетчатых горшочков, таким образом, чтобы корни были в воде и могли получать питательные вещества. Между поддоном и поверхностью воды остаётся зазор шириной около 5 см, что способствует хорошему проветриванию грунта.

Недавно исследователи обнаружили, что выращивание растений на вулканическом пепле, находящемся под слоем воды толщиной в 1,5 см, даёт устойчивый и очень хороший урожай. Эту конструкцию назвали системой капельно-гравийного орошения (используются капельные фильтры). Система «прилив-отлив», в которой задействованы колокольные сифоны, также эффективна, но авторы работы предпочли использовать капельные системы, поскольку они создают хорошие условия для червей, которые перерабатывают отходы жизнедеятельности рыб. На снимке ниже (Рис. 7) показана система «прилив-отлив».

Вода перекачивается из бассейна с рыбой и питает растения, после чего, по специальному стояку с перемычкой, возвращается в резервуар с рыбой.

В процессе развития проекта появилась идея установить поддоны для рассады. Они похожи на пенопластовые поддоны, только имеют гораздо больше отверстий и вмещают 98 небольших ростков (до тех пор, пока позволяет размер растений). Поддоны для рассады ставятся на стенки лотков, и, чтобы не допустить провисания поддонов, в каждый лоток можно поместить по три 10-сантиметровых пластиковых цветочных горшка. Большинство аквапонистов используют ящики для семенной рассады, состоящие из нескольких изолированных ячеек, наполняемых грунтом. Грунт служит источником органического материала в системе. В течение примерно трёх недель в ящиках для семенной рассады необходимо поддерживать высокую влажность, после чего культуру можно высаживать в большие лотки. Большинство растений дают урожай, который можно реализовывать уже через три недели после высадки в лотки.

Значительная часть фермеров предпочитают автоматизировать посадку семян, поскольку закладка семян в ячейки вручную – очень нудный и долгий процесс. Аквапоника – крайне трудоёмкий вид деятельности, поэтому без автоматизации здесь не обойтись.

При выращивании салатов в тропических регионах, например на Гавайях или островах Океании, необходимо обеспечить частичное затенение (Wolff and Coltman 1990).  Во время исследований в Гавайском Университете Маноа салат демонстрировал рост при 50% затенении. На рис. 5 показаны системы с затенением.

Изначально аквапонный метод был применён при выращивании краснолистного салата. Обнаружилось, что он хорошо приживается. То же можно сказать и о других видах салата, например Manoa или рыхлокачанном «ромейне», капусте пак-чой и бок-чой (Brassica juncea), а также базилике. Другие фермеры помимо салатов выращивают свёклу, огурцы, помидоры, бруснику, клубнику и водяной кресс.

Одной из наиболее распространённых проблем, с которыми сталкиваются специалисты, использующие системы с плавающими поддонами, являются комары, поскольку вода нередко застаивается в лотках. Популяцию комаров можно контролировать, если держать в каждом лотке по три самца гуппи,  так как они питаются личинками комаров. Не следует держать в лотках разнополые особи, поскольку они начинают размножаться и поедают корни растений.

Оптимальные соотношения системыАвторы работы рекомендуют схему циркуляции питательных веществ, в которой сбалансировано количество потребляемого корма (гранулы Silver Cup в объёме 42 гр в день с 42% содержанием белка) и количество поступающих в систему метаболитов. Эти метаболиты необходимо восстанавливать и очищать при посредничестве гравийного ложа или 16-литрового глубинного биофильтра при объёме емкости с рыбой 321 л (Рис. 8).  Фильтр представляет собой сетчатый цилиндр размером 25х32см, изготовленный из экструдированного пластика и наполненный фрагментами из ПВХ. Для аэрации можно использовать насос мощностью 25 Ватт и три распылителя воздуха (15,24 см). Объём воды в емкости должен составлять около 200 л. Первоначальная плотность посадки — 2,5 кг. Для предотвращения разрастания микроводорослей рекомендуется затенять емкости с рыбой.

Начинать кормление необходимо с небольших порций, постепенно увеличивая количество, чтобы через две недели ежедневная порция составляла 6,5 столовых ложек (42 г) корма ежедневно. Это лишь приблизительный объём, так как рыба сама определяет приемлемое для себя количество пищи. Постепенное увеличение порций способствует размножению бактерий, которые заносятся в систему из окружающей среды и участвуют в процессе очищения воды от вредных примесей.

Кормление следует проводить два раза в день: утром, когда вода только начинает прогреваться, и вечером. Определять требуемое количество корма лучше всего, поместив в ёмкость рекомендуемую порцию, затем выждать 10 минут и посчитать количество оставшегося корма. Если через 10 минут от порции останется 5-10% корма, можно сохранить текущую дозу. Если остаётся более 10% корма от первоначальной дозы, порцию необходимо уменьшить. Если остаток менее 5%, увеличьте порцию. Каждую неделю необходимо добавлять в лотки удобрение — хелатное железо.

Два раза в неделю необходимо проверять качество воды. Эта процедура позволяет отслеживать содержание ядовитых веществ, таких как аммиак и нитриты, и следить за тем, чтобы их уровень снижался по мере роста микрофлоры биофильтра. Авторы работы используют измеритель кислорода YSI 55. Несмотря на дороговизну, этот прибор необходим для аквапоники. Для полноценного питания рыбы необходимо поддерживать уровень растворенного кислорода в бассейне с ней не ниже 5 мг/л и не ниже 2 мг/л в других ёмкостях, чтобы не допустить денитрификации.  Исследователи используют портативные pH-метры для измерения концентрации ионов водорода (Pinpoint, American Marine Inc, Ridgefield, CT, USA) и стараются поддерживать уровень не ниже 6.0. Если рН падает ниже допустимого уровня, для восстановления оптимального уровня в воду вносится карбонат калия в соотношении 1 чайная ложка на 80 чайных ложек корма. Снижение рН приводит к ухудшению или исчезновению аппетита у рыб. Уровень аммиака и нитритов можно измерить с помощью недорогих систем Tetra или API, хотя Hach и LaMotte являются более точными и соответствуют золотым стандартам качества. Преобразование общего аммиака в деионизированый аммиак выражается с помощью уравнения Гендерсона-Гассельбаха:

pH = pKa + log (деионизированный аммиак/общий аммиак)

Уровень рН измеряется прибором, при этом уровень pKa для аммиака составляет 9,25. Уровень общего аммиака (или общего аммиачного азота) измеряется с помощью приборов. После подсчёта уровня неионизированного аммиака следует учитывать, что концентрация 1,46 мг/л смертельна для тиляпии (Evans et. al. 2006). Чтобы подсчитать уровень нитритного азота, нужно умножить текущий показатель уровня нитритов на 0,31. Концентрация нитритного азота 16 мг/л смертельна для тиляпии (Lewis et. al, 1986). Её можно измерить с помощью приборов Salifert, хотя приборы Lamotte имеют большую точность, но менее надёжны. Показатель в 47 мг/л является оптимальным, однако промывка системы приводит к его снижению. Авторы работы провели успешное испытание системы для аквапоники при концентрации нитратного азота 15 мг/л. Популяция восстанавливающей микрофлоры и оптимальная концентрация питательных веществ стабилизируются примерно через месяц. Содержание токсинов должно быть минимальным.

1. Растения находятся на солнце? Растениям требуется освещение 30000 люкс. Авторы работы использовали фотометр.2. Затемнен ли бассейн с рыбой? Если бассейн не затемнен, начнут расти водоросли3. Рыба питается до насыщения? Проверка поедания корма за 10 минут позволит определить насыщение рыб. Если корма мало, уровень нитрата для растений будет низким.4. Какой уровень нитрата? Если концентрация составляет 5. Капельно-гравийное орошение наиболее эффективно.——Harry Ako, Ph.D. How to Build and Operate a Simple Small — to — Large Scale Aquaponics System. College of Tropical Agriculture and Human Resources (CTAHR) University of Hawaii at Manoa, Honolulu, Hawaii. CTSAюwww.ctsa.org/files/publications/CTSA_aquaponicsHowTo.pdf

aquavitro.org

Аквапоника или симбиоз рыб и растений

Аквапоника

Самым простым определением Аквапоники является сочетание аквакультуры (выращивание рыбы) и гидропоники (выращивание растений без почвы), в которой рыба и растения выращиваются вместе, в одной интегрированной системе. Рыбные отходы обеспечивают органический источник пищи для растений, а растения естественным образом фильтруют воду для рыбы.

Третьи участники всего этого действия являются микробы (нитрифицирующие бактерии). Эти бактерии превращают аммиак из рыбных отходов сначала в нитриты, а затем в нитраты. Нитраты-это форма азота, которую растения могут поглощать и использовать для роста. Твердые рыбные отходы превращаются в вермикомпост, который также действует как пища для растений.

Сочетая в себе как гидропонные, так и аквакультурные системы, аквапоника использует свои преимущества и устраняет недостатки каждого из них.

Ниже мы расскажем о проблемах различных способов выращивания и как аквапоника поможет их решить:

Проблемы выращивания в почве

• Использование пестицидов и других искусственных питательных веществ
• Сорняки, вредители и почвенные насекомые
• Требуется для полива большое количество воды
• Трудности посадки для здоровья человека
• Нужен необходимый багаж знаний чтобы знать, когда поливать, как и когда удобрять
• Расположение сада

Все вышеперечисленные проблемы с легкостью решаются при помощи гидропоники, но и у гидропоники есть свои недостатки, ниже мы поведаем о недостатках гидропоники и сразу же расскажем, как эти проблемы решает Аквапоника:

• Гидропонные системы полагаются на тщательное применение дорогостоящих искусственных питательных веществ, полученных путем смешивания химических составов, солей и микроэлементов. Используя аквапонику, вы просто кормите свою рыбу.
• Необходим контроль за вашей гидропонной системой, также необходимо регулярно отслеживать уровень pH и количество растворенных твердых вещества (TDS). В Аквапонике вы внимательно следите за своей системой в течении первого месяца, но как только ваша система будет установлена, вам нужно только проверить уровень pH и аммиака раз в неделю, или в случае каких-то проблем.
• Питательный раствор в гидропонике, должен периодически меняться, так как соли и химикаты накапливаются в воде, становясь токсичными для растений. В Аквапонике вам е нужно менять вашу воду, только накрывать ее в случае испарения.
• Гидропонные системы порой склонны к болезням под названием «Pythium» или корневой гнили. В Аквапонике это заболевание практически не существует.

Проблемы с рециркуляционной аквакультурой

• Вода в резервуаре загрязняется стоками из рыбы, выделяя высокие концентрации аммиака. Вода должна ежедневно выпускаться в объеме порядка 10-20% от общего объема. В Аквапонике вам никогда не нужно выгружать воду.
• Эта вода часто закачивается в открытые потоки, где она загрязняет и разрушает водные пути
• Из-за этой нездоровой среды, рыба подвержена заболеваниям и часто лечится лекарствами, в том числе антибиотиками. В Аквапонике, болезнь рыб встречается крайне редко.

Выгоды от использования Аквапоники

• Не используются вредные химические вещества, пестициды или гербициды. Это естественная экологическая система.
• Аквапоника использует только 1/10 часть воды если брать в сравнение почвенное садоводство, также использует меньше воды чем гидропоника или рециркуляционная аквакультура.
• Аквапоника полагается на рециркуляцию богатой питательными веществами воды непрерывно. В Аквапонике отутствуют токсические стоки от гидропоники.
• Используя Аквапонику вас никогда не побеспокоят надоедливые сорняки и у вас никогда не будет болеть спина от их регулярного выдергивания.
• Аквапоника это красиво и органично, по сути 2 в 1. И рыбки и свежие овощи.
• Садоводческие проблемы сокращаются во много раз. Вы можете сосредоточиться на таких задачах как кормить рыбу и ухаживать за растениями.
• Системы Аквапоники можно разместить где угодно, используя их на открытом воздухе, в теплице, в вашей квартире или где бы то ни было.
• Аквапонические системы также могут быть масштабируемыми.

Вместо использования грязи и различных химических растворов, для выращивания растений Аквапоника использует сильно питательные рыбные стоки, которые содержат все необходимые питательные вещества для оптимального роста растений. Вместо того чтобы выливать и заменять воду, аквапоника использует растения, природные бактерии и среду в которой они растут, чтобы очистить воду, после чего она возвращается в резервуар для рыб. Эта вода может быть использована повторно, неограниченное количество раз, и ее нужно будет только менять, когда она теряется за счет транспирации с растениями и испарений. Существует несколько основных методов аквапонического выращивания, широко используемых сегодня:

Глубоководная культура (DWC)

Или выращивание на основе плота.

Медиа систама аквапоники

Рост носителей включает выращивание растений в инертных осадках, таких как керамзит или сланец

Система Harmony (медиа кровати)

Техника питательной пленки (NFT)

Системы NFT работают путем подачи богатой питательными веществами воды через узкий прогиб, такой как труба ПВХ.

Вертикальная система аквапоники

Одним из главных аспектов аквапоники является его способность выращивать невероятное количество пищи в очень маленьком пространстве.

В общем друзья аквапоника по своей сути это то же самое что и гидропоника, но только вместо внесения различных удобрений, в аквапонике используются натуральный продукт в виде продуктов жизнедеятельности рыб. К тому же если вы уже стали гуру в таких методах выращивания как гидропоника и аэропоника, вас возможно заинтересует именно этот вид выращивания аквапоника. До новых встреч друзья и больших вам урожаев.

Сохраните, чтобы не потерять!

siberian-grower.ru

Аквапоника - совместное разведении рыб и растений

Затрагивая тему сельскохозяйственного бизнеса, мы неоднократно рассказывали о выращивании различных видов растений и разведении животных с целью получения дальнейшей материальной выгоды. Сегодня мы расскажем вам об аквапонике – уникальном процессе, позволяющем одновременно выращивать всевозможные виды растений и различные виды рыб. Причем, благодаря совмещению этих двух процессов, удастся добиться впечатляющих результатов, которых при раздельном разведении рыб и выращивании растений добиться практически невозможно.

В чем заключается суть аквапоники?

Для начала давайте разберемся, что же такое аквапоника и за счет чего достигается впечатляющий результат от использования данной технологии в рыбоводстве и садоводстве.

Говоря простыми словами, аквапоника – это процесс совместного выращивания рыб и растений. Для осуществления этого процесса используется две емкости. Одна емкость для рыб – она располагается ниже. Вторая емкость для растений – она располагается непосредственно над резервуаром с рыбами.

Рыбы, как и любые другие живые существа, оставляют после себя продукты жизнедеятельности, которые для них самих являются токсичными. Именно поэтому, в водоемах с непроточной грязной водой рыбы болеют и гибнут чаще всего. Итак, что мы имеем. Мы имеем резервуар, наполненный водой, где обитают рыбы. И эта вода постоянно загрязняется. Воду нужно очистить. Но в тоже время, продукты жизнедеятельности рыб являются идеальным удобрением для роста различных растений – будь то цветы, травы или даже овощи. На этой особенности и основана аквапоника.

Вода из резервуара с рыбами при помощи насоса закачивается в верхнюю емкость с растениями. Таким образом, растения получают все необходимые питательные вещества, которые ускоряют их рост. Кроме того, доставляемая наверх вода очищается и отправляется обратно в водоем, где живут рыбы. То есть, растения живут за счет рыб, а рыбы за счет растений. Вот такой интересный симбиоз животного и растительного мира. Для нас же – это идеальный, практически безотходный, бизнес с минимальными вложениями.

Как организовать бизнес, основанный на аквапонике?

Первое, с чего стоит начинать – это определиться, какие растения и какие виды рыб вы хотите выращивать. Не стоит начинать с чего-то сложного. В качестве «идеальной рыбы» можно выбрать неприхотливых карповых (если вы имеете достаточный опыт, то можно попробовать разводить даже осетровые виды рыб). Что касается растений – то тут проще всего начать с выращивания каких-либо цветов или трав (петрушки, укропа, базилика). Кстати, вместо рыб (или даже вместе с рыбами) можно попробовать разводить съедобных лягушек или обыкновенных раков. Тут выбор за вами.

[direct]

Второй важный шаг – емкости для рыб и растений. Для небольшого домашнего «производства» достаточно одного резервуара для рыб и одной емкости для растений. Если же вы нацелены на большие объемы производства, то стоит задуматься об искусственном водоеме (бассейн или пруд) для рыб и нескольких емкостей для выращивания растений. В случае выбора второго способа, вложения окажутся довольно серьезными. Но и доход от продажи рыбы и цветов, трав и овощей существенно увеличится. Вы сможете одновременно выращивать несколько видов растений. А богатый ассортимент еще никогда не вредил бизнесу.

Третий шаг – установка водяного насоса, который будет перекачивать воду от рыб к цветам. Именно работа насоса (вернее – расход электроэнергии на его работу) и является самой существенной статьей ежемесячных расходов. Не стоит забывать и об уровне воды. Ведь со временем она испаряется и ее нужно «доливать». При больших объемах производства придется устанавливать соответствующее оборудование, так как проделывать все операции вручную – будет проблематично.

Четвертый шаг – наполнение емкости для растений грунтом. Ведь растения не растут просто в воде. В качестве наполнителя используют гравий, а также керамзит.

После того, как все построено и настроено, можно запускать рыб и высаживать растения. Все готово для запуска процесса аквапоники.

Чем еще выгодна данная технология?

Помимо удобства одновременного взаимозависимого выращивания растений и разведения рыб, аквапоника выделается еще и качеством готовых продуктов. Чистая вода, «обработанная» растениями, позволяет ускорить процесс разведения рыб. Кроме того, постоянная очистка воды естественным способом позволяет содержать большее количество рыб на один квадратный метр площади водоема. В свою очередь, овощи, выращенные с использованием «рыбных» удобрений, содержат в себе значительно меньше нитратов, чем их «сородичи», выращенные на обычном грунте.

То есть, в ваших способностях предложить рынку большое количество действительно экологически чистой и вкусной продукции. А в наш «век тепличных овощей» потребитель готов платить за дорогой, но качественный продукт.

biznesvbloge.ru

Смотрите также

• 
  Мухоловка растение уход
• 
  Классификация растений роза
• 
  Рисунок почки растения
• 
  Почки растения рисунок
• 
  Геотропизм у растений
• 
  Растение единый организм
• 
  Размножение растений отводками
• 
  Размножение отводками растений
• 
  Движение растений сообщение
• 
  Растения однодольные фото
• 
  Подкормка хвойных растений