Десять принципов работы с системами аквапоники

Аквапоника Университета Виргинских островов (UVI) (илл. wrongwayhome.com)
Аквапоника Университета Виргинских островов (UVI) (илл. wrongwayhome.com)

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 коэффициент
В 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 стабильно
Для 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.

Схема аквапоники в Университете Виргинских островов (UVI)
В системе аквапоники в Университете Виргинских островов (UVI) четыре контейнера для разведения тиляпии. Бассейны (х4): диаметр — 3 м, высота — 1.2 м, объем — 7800 л, каждый. Отстойник: диаметр — 1.2 м, высота цилиндра — 0.9 м, высота конуса — 1.1, угол — 45, объем — 3785 л. Фильтр и емкости для дегазации: длина 1.82 м, ширина — 0,76 м, высота — 0.61 м, объем — 700 л. Гидропоника: длина — 30 м, ширина — 1.22 м, высота — 0,25 м, объем — 11356 л, площадь — 214 м2. Самп: диаметр — 1,22 м, высота — 0,9 м, объем — 606 л. Дополнительный основной бассейн (рядом с сампом): диаметр — 0,61 м, высота — 0,9 м, объем — 190 л. Общий объем системы — 111196 л. Скорость водного потока — 378 л/мин. Помпа — 1/2 hp. Компрессоры — 1/2 hp (рыба) и 1 hp (растения). Общая площадь под аквапонику — 506 м2.

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 железо
Для 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 аэрацию
Чтобы 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 корма
Примерно 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 наполнителями
Такие 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 размеров
Чтобы 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 контроль
Для 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 биофильтрацию
После 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 pH
pH 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.

Элемент/pH4.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.0
Азот035810101010108530
Фосфор012341010105361010
Калий0358101010101010101010
Сера0358101010101010101010
Кальций02346810101010740
Магний02346810101010740
Железо10998876543210
Марганец05101010108643210
Бор051010101010643101010
Медь и цинк05101010108643210
Молибден02467810101010101010

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 преимущество
Как-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.

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Десять принципов работы с системами аквапоники: 4 комментария

  1. В таблице Thomas M Losordo (http://aquavitro.org/2016/01/07/elektronnaya-tablica-vychisleniya-balansa-mass-dlya-uzv/) используется допущение, что из корма выделяется 2,5% аммонийного азота и в формуле используется коэффициент 0,065.

    С другой стороны, в другой статье (arizona.openrepository.com/arizona/bitstream/10150/193835/1/azu_etd_10779_sip1_m.pdf), на 1 килограмм корма, вносимого в систему получается около 59,7 граммов азота. Т.е. образуется 5,97% азота.

    Не могу понять различие. Может быть это связано с тем, что из УЗВ для выращивания рыбы рыбовод стремится удалить загрязнения так быстро, как это возможно. А в аквапонике загрязнения из отстойника и механического фильтра направляют в перегниватель, а затем воду из него направляют обратно в аквапонику. Т.е. в аквапонике стремятся использовать весь азот.

  2. Поступили вопросы.

    >>Здравствуйте. Не поможите ли вы мне? Я пишу проэкт на тему аквапоника: Выращивание рыбы тилапия паралельно с овощами. У меня к вам несколько вопросов: — необходимо выращивание 500кг тилапии в неделю, сколько получится паралельно вырастить например салата (по моему мнению его проще выращивать)? Не могли бы вы подсказать мне как сделать необходимые правильные расчёты для этого?
    За ранее благодарю!

    —-
    Мои теоретические соображения . Главное, сколько корма вносится в систему и сколько в нем белка.
    —-

    1. Корм для тиляпии — 38% белка; кормим — 2% от всей биомассы рыбы в день ( чтобы прокормить 500 кг рыбы нужно 10 кг корма в день). Количество образующегося TAN в день — 0,065*0,38*10 = 0,247 кг/день. Т.е. получаем — (0,247*16)/18 = 0.219 кг/день (16 — мол.масса азота, 18 — мол.масса NH4). Про коэффициент — 0,065 — и эти расчеты — читаем http://aquavitro.org/2016/01/07/elektronnaya-tablica-vychisleniya-balansa-mass-dlya-uzv/

    Естественно, кол-во белка и норма кормления внесет изменение в уравнение.

    2. Азот является одним из лимитирующим ресурсов для роста растений в аквапонике. Второй это фосфор. Кальций, железо, магний — вы должны добавлять искусственно, потому что корм для рыб их не обеспечивает.

    ——
    В расчетах пункта 1 ошибка — на 1 килограмм корма, вносимого в систему получается около 59,7 граммов азота.

    Кроме того, чтобы еженедельно выращивать 500 килограмм тиляпии, нужен производственный цикл с интервалом каждую неделю. На основе таблицы 1 (ag.arizona.edu/azaqua/extension/Classroom/pdffiles/282fs.pdf) у меня получился следующий цикл с интервалами в 30 дней:

    Цикл с интервалами в 30 дней — 1200 особей (если взять 80% выживаемость) — до 50 граммов, 50-100 г, 100-175 г , 176-220 г, 221-270 г, 271-360 г и от 360 до 450 граммов. Второй аналогичный цикл запускаем ровно через неделю, затем третий и четвертый.

    С другой стороны, плотность посадки тиляпии в бассейне варьирует от 0 до 60 кг/м3. Поэтому, начиная с плотности 15 кг/м3, можно доводить плотность посадки до 60 кг/м3 в каждом бассейне и ограничиться 7-ю емкостями.

    Общая биомасса рыбы в системе с еженедельным производством 500 килограммов тиляпии достигает 6600 килограмм. Ежедневно требуется — 198 кг корма. Образуется — 11,82 кг азота. Согласно работе (arizona.openrepository.com/arizona/bitstream/10150/193835/1/azu_etd_10779_sip1_m.pdf) — 1,128 кг латука усваивают 38,13 граммов азота. Получаем — (1,128 кг*11,82 кг)/0,038 кг = 349,7 кг латука в день или 2447 кг в неделю.

  3. В статье (learnenglish.britishcouncil.org/sites/podcasts/files/6214b.pdf) приводится оптимальный химический состав раствора для выращивания салата латука — NH4+: 15 мг/л; NO3-: 165 мг/л; Ca: 180-200 мг/л; Mg: 40-50 мг/л; K: 210 мг/л; P: 50 мг/л; Fe: 3-5 мг/л; Mn: 0.5 мг/л; Cu: 0.1 мг/л; Zn: 0.1 мг/л; B: 0.5 мг/л; Mo: 0.05 мг/л (Resh, H.M. 2006. April 2006 — Hydroponic Culture of Lettuce).

  4. Небольшое дополнение к статье.
    Отходы рыб дают растениям практически все макро- и микронутриенты, за исключением Fe, Ca, K.

    Чаще всего кальций и калий вводят еженедельно, прежде всего, для регуляции pH (подкормка имеет вспомогательное значение). Железо вводится раз в один или два месяца, в зависимости от pH системы. Если pH ниже 7 (6.0-6.5), тогда железо вводится только один раз в месяц, потому что маловероятно, что этот ион выпадет в осадок из раствора. С другой стороны, в системах интенсивного выращивания рыб, где вносится много корма, выделяется большое количество аммония, и высокое значение pH (более 7) предпочтительнее для нитрификации.

    В большинстве систем аквапоники pH составляет 6.8-7.2. Чаще всего железосодержащим удобрением служит хелатное железо.

    В некоторых случаях источник воды имеет высокую концентрацию Fe, Ca, K, поэтому их вносить не нужно.

    Измерить уровень нутриентов в воде косвенно можно с помощью солеметра (TDS-метр) и кондуктометра (EC-метр). Эти приборы покажут относительное содержание ионов. Тем не менее, они ничего не скажут о специфической концентрации отдельных элементов. Органические питательные вещества также не будут измерены. В аквапонике общая концентрация растворенных частиц (TDS) должна варьировать от 200 до 2000 мг/л, а электропроводность — от 0.3 до 3.0 мкСм/см. Лучше, чтобы значения были на нижней границе диапазона, потому что питательные вещества постоянно образуются в системе.

    Для точного определения питательных веществ в растениях требуется анализ тканей.

    Иллюстрация доступности ионов в зависимости от pH раствора.

    pHChart

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *