UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV

Facultatea de Alimentatie si Turism

Specilizarea : Dezvoltatea si Optimizarea Sistemelor Tehnice si Tehnologice Agroalimentare si Turistice

Cresterea plantelor in

sistem acvaponic

-Studiu de caz-

Masterandă: Epure Ștefania

-2015-

Cuprins Introducere..................................................................................................................................2

Acvaponia ca și metodă de epurare a apelor uzate din acvacultură............................................5

Tipuri de sisteme acvaponice și caracteristicile constructive ale acestora.................................8

2.1. Tehnica peliculei de nutrienți...........................................................................................8

2.2 Cultura în sistem plutitor (DWC)...................................................................................11

2.3 Cultivarea plantelor în substrat......................................................................................13

Componente auxiliare necesare acvaponiei..............................................................................18

3.1. Pompe de apă de tip „Airlift″.........................................................................................18

3.2. Decantorul......................................................................................................................18

3.3. Sifonul clopot.................................................................................................................19

3.4. Corpuri de iluminat........................................................................................................19

STUDIU DE CAZ: CREȘTEREA SALATEI ÎN SISTEM ACVAPONIC.............................21

CONCLUZII.............................................................................................................................22

Introducere

În sectorul producției de hrană de origine animală se știe că acvacultura este sectorul

care se dezvoltă cel mai rapid. Sute de specii diferite de pești, crustacee, și plante acvatice

sunt crescute într-o varietate mare de medii de cultură și sisteme de producție. Impactul

asupra mediului al acvaculturii depinde de specia crescută și de sistemul de producție.

Sistemele acvacole recirculante constituie o alternativă importantă la acvacultura

tradiţională, în care producția se realizează în heleşteie. Ca urmare a tratării apei şi reutilizării

acesteia, sistemele recirculante necesită o cantitate mult mai mică de apă decât un heleşteu

pentru a realiza o producţie similară. De asemenea, sistemele recirculante folosesc în mod

obişnuit diferite tipuri de bazine, dens populate pentru obţinerea produsului de cultură, iar

cerinţa privind necesarul suprafeței de teren este mult mai redusă decât în cazul acvaculturii

clasice.

Horticultura este un complex de științe biologice aplicate, care studiază cultura și

ameliorarea pomilor și arbuștilor fructiferi, viței de vie, legumelor și florilor precum și

vinificarea strugurilor și tehnologia prelucrării produselor horticole.

Hidroponia este un termen folosit pentru a descrie producția de plante fără sol.

Rădăcinile plantelor se dezvoltă într-o soluție cu elemente nutritive, cu sau fără un mediu

artificial pentru suportul mecanic. Acest tip de cultură este considerată ca fiind nu doar

destinată experimentelor ci chiar și pentru producții comericiale.

Acvaponia reprezintă integrarea culturilor hidroponice în acvacultură şi beneficiază de

interes din partea pasionaților de bioproducţie alimentară, constituind practica optimă privind

obținerea de producţii superioare cantitativ și calitativ prin folosirea deșeurilor de la pești ca

fertilizant natural pentru plante, plantele redând peștilor apa filtrată și condiționată.

Sistemele acvaponice pot combina o mare varietate de plante şi peşti în funcţie de

locaţie şi condiţii.

Sistemele acvaponice de cultivare au fost folosite încă din perioada aztecilor, care

creșteau plantele pe insulițe scufundate în apă (la adâncime foarte mică, adecvată acestui tip

de cultivare a plantelor).

De asemenea, populațiile din sudul Chinei, Thailanda și Indonesia cultivă de multe

secole orez pe câmpuri inundate. Simultan cu plantarea orezului, pe aceleași câmpuri sunt

crescuți și pești, țipari de mlaștină sau melci.

În zilele noastre, cultivarea plantelor în sistem acvaponic câștigă teren, punându-se

bazele unor institute de cercetare cum este ”New Alchemy Institute” din Canada sau

”Whispering Roots” din statul american Nebraska.

În ultima perioadă, sistemele acvaponice au început să fie utilizate și în agricultura din

spațiile închise. În orașe precum Chicago, mulți antreprenori utilizează structuri pe verticală

în care cultivă alimente în sistem acvaponic pe toată perioada anului.

Componentele sistemelor acvaponice sunt:

Bazinul de creștere a animalelor;

Bazinul de decantare, folosite pentru preluarea resturilor;

Biofiltrul, folosit pentru convertirea amoniacului în nitrati de către bacteriile de

nitrificare

Subsistemul hidroponic: partea sistemului în care sunt crescute plantele, care absorb

excesul de nutrienți din apă;

Bazinul de colectare, reprezentând punctul inferior al sistemului în care se scurge apa

care la rândul ei este pompată din nou în bazinul de creștere a animalelor.

Acvaponia ca i metodă de epurare a apelor uzate din acvaculturăș

În tratarea apelor uzate prin terenuri umede, cel mai des este folosit procesul de

asimilare a substanțelor toxice de către plante.

În sectorul producției de hrană de origine animală se știe ca acvacultura este sectorul

care se dezvoltă cel mai rapid. Sute de specii diferite de pești, crustacee, și plante acvatice

sunt crescute într-o varietate mare de medii de cultură și sisteme de producție. Impactul

asupra mediului al acvaculturii depinde de specia crescută și de sistemul de producție .

Acvaponia reprezintă o combinație a acvaculturii și a hidroponiei.

Acvacultura se ocupă cu creșterea, reproducerea și ameliorarea organismelor acvatice

care prezintă importanță economică, în bazine acvatice naturale sau artificiale .

Hidroponia este un termen folosit pentru a descrie producția de plante fără sol.

Rădăcinile plantelor se dezvoltă într-o soluție cu elemente nutritive, cu sau fără un mediu

artificial pentru suportul mecanic . Acest tip de cultură este considerată ca fiind nu doar

destinată experimentelor ci chiar și pentru producții comericale .

Acvaponia reprezintă o combinație între acvacultură și sistemele hidroponice, prin care

apa reziduală bogată în nutrienți din sistemul de acvacultură este introdusă într-un sistem

hidroponic. Plantele absorb nutrienții din apa reziduală și astfel îmbunătățesc sau purifică apa

din sistemul acvacol. Această metodă oferă un sistem ecologic și durabil de producție pentru

sectorul agricol .

Combinarea celor două discipline, tratarea apelor uzate și producția vegetală, necesită

mutarea atenției de la optimizarea degradării, nitrificării, denitrificării și ratele de absorbție la

maximizarea ratelor de reciclare a fosforului și a azotului și la îndeplinirea condițiilor de

calitate a produselor rezultate cum ar fi biomasa vegetală și apa ca și efluent .

În acvaponie,prin integrarea plantelor în sistemele acvacole recirculante de creștere a

peștilor sau a unor nevertebrate, se realizează transformarea agriculturii moderne avansate

într-o agricultură sustenabilă .Metodele biologice de combatere a bolilor și dăunătorilor sunt

singurele metode acceptate.

Pe măsură ce se adaugă hrană continuu într-un sistem de creștere a peștilor, apele uzate

se acumulează în cantități periculoase. Cele mai comune probleme de calitate a apei dintr-un

sistem acvacol recirculant, sunt epuizarea oxigenului și acumularea de materie organică, azot

anorganic, în special de amoniac, precum și de CO₂ , aceste probleme fiind eliminate în mod

tradițional prin înlocuirea zilnică a unei anumite cantități de apă din sistemul recirculant cu

apă proaspătă .

Efluenții formați din apele uzate sunt bogați în substanțe nutritive, deoarece cuprind, în

principal materii fecale, furaje neconsumate și biomasă bacteriană . Descompunerea hranei

produce amoniac, deasemenea peștii în procesul metabolic de creștere excretă amoniac la

nivelul branhilor.

Într-un sistem recirculant cu un biofiltru funcțional, amoniacul este oxidat în nitrit pe

urmă în nitrat, care este mai puțin toxic pentru pești. Acest proces se realizează în două etape

de către două tipuri de bacterii care apar în mod natural într-un sistem recirculant :

Nitrosomonas sp.și Nitrobacter sp.

Figura 1. Principiul de funcționare al acvaponiei

Aceste procese de oxidare sunt un lucru benefic pentru fermieri, deoarece rezultatul lor

este nitratul, acesta fiind elementul principal din nutriția plantelor. De asemenea, peștii pot

tolera un nivel mult mai ridicat de nitrat comparativ cu amoniacul sau nitritul .În producția de

plante din sere hidroponice care se alimentează cu apă uzată din acvacultură , a constatat că

diferențele între îndepărtarea azotului și a fosforului sunt dependente de numărul de plante și

de debitul efluenților. Dacă numărul plantelor este crescut prea mult, concentrația nutrienților

poate scădea până la nivele care nu pot susține creșterea plantelor. Curățirea apelor uzate

prin acvaponie reduce costurile cu curățirea apelor, iar acest fapt în sine poate fi un factor

major pentru integrarea hidroponiei cu acvacultura .

În sistemele acvacole recirculante, au fost integrate module hidroponice cu un design

experimental diferit, atât în zonele cu climă moderată cât și caldă, pentru a atenua acumularea

de nutrienți în special compușii cu azot .Sistemul cu un ciurcuit închis mimează un sistem

natural, peștii consumă hrană, iar deșeurile produse de ei sunt convertite natural în nitrat și

alți nutrienți, apoi acești nutrienți sunt preluați din apă de către plante. Peștii suplimentează

plantele cu elementele necasare acestora, iar plantele funcționează ca un filtru natural pentru

apă, o situație câștig/câstig .

Acvaponia se integrează foarte bine în definiția agriculturii sustenabile:

- „un sistem integrat de activități pentru producții vegetale și animale″, folosind plante

împreună cu specii acvacole,

- „are o aplicare specifică unui anumit loc″, în sere ca și unități de producție,

- „pe termen lung, satisface nevoile alimentare umane" și "îmbunătățește calitatea

mediului", prin producerea de recolte folosind practici ecologice care reduc la minimum

consumul de apă și evacuările de ape uzate în mediul înconjurător,

- „utilizează cel mai bine resursele neregenerabile″, prin conservarea îngrășămintelor pe

bază de azot, produse din resurse neregenerabile,

- „integrează ciclurile biologice naturale ", utilizând bacteriile nitrificatoare în procesul

de nitrificare pentru a converti amoniacul dăunător provenit din deșeurile de la pești în azot

utilizabil și sigur sub formă de nitrat pentru plante,

- „susține viabilitatea economică a activităților agricole" și „îmbunătățirea calității vieții

pentru agricultori ... și a societății în ansamblu", prin producerea de alimente printr-o metodă

de producție agricolă durabilă și într-un mod ecologic rațional, fără deversări de deșeuri în

natură

Folosirea acvaponiei ca și acoperiș verde poate fi o soluție pentru familiile fără teren din

zonele urbane .

Beneficile utiizării acvaponiei față de agricultura tradițională:

- rată de creștere rapidă, maturizarea culturilor și randament,

- consistența și calitatea culturilor,

- reducerea drastică a consumului de apă și substanțe nutritive comparativ cu culturile

crescute pe sol,

- recoltele pot fi obținute în locuri în care horticultura tradițională și acvacultura sunt

imposibil de practicat datorită unui sol sărac în elemente nutritive sau a unei ape poluate,

- suprafață de cultivare redusă,

- sistemele pot fi instalate la o înălțime de lucru confortabilă, excelentă pentru

persoanele care sunt în vârstă sau au dizabilități,

- libertate relativă față de bolile și dăunătorii de sol,

- buruienile sunt practic inexistente,

- stresul provocat de secetă este redus în condiții de căldură excesivă,

- sunt necesare mai puține lucrări de întreținerea culturilor,

- perfectă pentru folosirea pe proprietăți închiriate, toată infrastructura poate fi mutată .

Această inovație în agricultură poate fi de asemenea utilizată pentru producția de hrană

ca și acoperiș verde în mediile urbane folosind acvacultura intensivă în subsoluri și hidroponie

organică în sere hidroponice pe acoperișul caselor

Tipuri de sisteme acvaponice i caracteristicile constructive aleș

acestora

Sistemele acvacole recirculante par să fie cele mai recomandate sisteme acvacole pentru

integrarea cu acvaponia, deoarece nutrienții din apă pot fi menținuți la concentrații optime atât

pentru pești cât și pentru culturile acvaponice .

Caracteristicile constructive ale sistemelor acvaponice sunt într-o strânsă corelație cu

volumul de apă din bazin, densitatea peștilor per m³ de apă, cantitatea de hrană administrată

zilnic, cantitatea dejecților produsă de pești, caracteristicile biologice ale peștilor,

dimensiunea culturii hidroponice și caracteristicile biologice ale plantelor care pot asigura

epurarea efluenților.

În principal un sistem acvaponic este format dintr-un sistem acvacol recirculant racordat

la un sistem hidroponic adaptat pentru creșterea plantelor pe apa uzată din bazinele cu pești.

Componentele principale ale unui sistem acvaponic sunt:

- sistem acvacol recirculant la care se adaugă componente specifice pentru cultivarea

plantelor, în funcție de metoda de cultivare, cum ar fi:

- suporți pentru cultivarea plantelor sau canale pentru curgerea continuă a peliculei

de nutrienți (NFT),

- mediul de cultură,

- pompe de apă,

- încălzitoare de apă (dacă este necesar),

- aeratoare,

- decantoare,

- ghivece pentru suportul plantelor,

- iluminare (pentru spațiile închise) (www.ecolifefoundation.org).

În general există 3 metode de cultivare a plantelor în sisteme acvaponice:

Tehnica peliculei de nutrienți (NFT),

Cultura în sistem plutitor (DWC),

Cultivarea plantelor în substrat.

2.1. Tehnica peliculei de nutrien iț Această metodă este prezentată ca fiind cea mai populară metodă de cultivare a

plantelor în sistem acvaponic. Această metodă de cultivare scurtează perioada de vegetație în

special în cazul plantelor utilizate pentru frunze.

Allan Cooper în anii 1970 a introdus în hidroponie o nouă metodă de cultivare a

plantelor şi anume tehnica peliculei de nutrienți (NFT), care a schimbat conceptul de bază al

creşterii plantelor în sistem hidroponic, deoarece nu este nevoie de mediu de creştere pentru

rădăcini. Această tehnică a fost realizată de dr. Allan Cooper la Institutul de Cercetare

Glasshouse Crops din Marea Britanie .

Tehnica peliculei de nutrienți este o metodă în care plantele sunt crescute în canale lungi

şi înguste. Este cea mai răspândită metodă de creştere a plantelor într-un sistem de recirculare

continuă a soluţiei nutritive . O peliculă subţire de apă curge continuu pe partea de jos a

fiecărui canal, aprovizionând rădăcinile plantelor cu apă, nutrienţi şi oxigen , fără a se utiliza

un mediu de cultivare solid .

Plantele sunt introduse prin găuri făcute în lungul unor ţevi de plastic (ex:PVC), tuburi

sau jgheaburi închise astfel încât doar rădăcinile plantelor să se dezvolte în interior. Alegerea

sistemului de jgheaburi și materialul din care să fie confecționate acestea se bazează adesea pe

preferința cultivatorului, disponibilitate și costuri . În interiorul ţevilor curge constant o

peliculă subţire de soluţie nutritivă peste rădăcinile plantelor. Suporturile de creştere sunt

plasate usor înclinat, în general la înălţimea unei bănci. Soluţia nutritivă este introdusă la

capătul superior al suporturilor curgând datorită gravitaţiei spre partea cea mai joasă unde este

colectată şi recirculată .

Pentru a evita acumularea de toxine, deficiențe minerale, anomalii de nutriție, sau

răspândirea boliilor, producătorii care folosesc tehnica peliculei de nutrienți (NFT) periodic

golesc bazinele cu nutrienți sau le lasă să se usuce atunci când se spală sau se curăță sistemul .

Cooper, prezintă elementele cheie necesare aplicării tehnicii peliculei de efluenţi:

- asigurarea că partea de jos pe care curge apa este uniformă şi nu are mici depresiuni,

nici măcar de câţiva milimetri,

- debitul de alimentarea să nu fie prea mare,

- lățimea canalelor în care se dezvoltă rădăcinile trebuie să fie adecvată pentru a evita

orice îndiguire a nutrienților de către rizosfera plantelor. Dacă lăţimea canalelor este

inadecvată, este de așteptat ca randamentul să fie direct proporțional cu lățimea canalului.

- baza canalului trebuie să fie plată şi nu curbată deoarece va fi o adâncime

considerabilă a apei în centrul canalului în cazul celor curbate.

Figura 2. Tehnica peliculei de nutrienți

Această tehnică este relativ ieftină de instalat şi întreţinut, şi este destul de precisă în

ceea ce priveşte controlul mediului cu nutrienţi în care cresc rădăcinile plantelor .

Benton Jones , spune că prima mare aplicaţie a acestei tehnici a fost pentru cultivarea de

tomate în mediu controlat. Un cub mic de vată de sticlă, în care o plantă mică de tomate a

germinat, a fost introdus într-un canal în care curgea o peliculă de soluţie cu nutrienţi. În acest

fel s-a descoperit că această tehnică are un defect major, deoarce pe masură ce rădăcinile

plantelor s-au dezvoltat au umplut jgheaburile, curgerea peliculei de soluţie nutritivă a fost

împiedicată, aceasta curgând pe lângă sau pe deasupra masei de rădăcini în loc să treacă prin

masa de rădăcini, ducând la moartea rădăcinilor.

Meade, concluzionează faptul că tehnica NFT nu este potrivită pentru culturile care

necesită utilizarea pe termen lung a acestui tip de sistem, cum ar fi tomatele, dar a fost

catalogată ca metodă potrivită pentru cele pe care au o perioadă de vegetație scurtă, cum ar fi

salata verde, care este gata pentru recoltare înainte ca rădăcinile plantelor să umple suportul

de creștere.

În cazul producției de salată verde, ar putea fi obținute chiar 8-10 recolte pe an .

Monneta și colab, au folosit această tehincă pentru creșterea tufelor de trandafir

utilizând ca și soluție nutritivă apa uzată din gospodării. Trandafirii produși cu apă uzată ca și

soluție nutritivă au fost calitativ și cantitativ similari cu cei produși în mod tradițional și pot fi

comercializabili.

În tehnica peliculei de nutrienți pentru producție vegetală, utilizarea unei soluții

nutritive cu o concentrație scăzută poate duce la un grad scăzut al concentrației în nutrienți a

soluției pe lungimea suportului de creștere ceea ce poate determina o creștere neuniformă a

plantelor .

Lennard, prezintă câteva dintre dezavantajele acestei tehnici în comparație cu cultivarea

plantelor pe suporți plutitori, datorită cărora se pare că cercetătorii din acvaponie nu prea

preferă această metodă:

- cultura pe suporți plutitori permite utilizarea unei cantități mai mari de apă în sistem,

ceea ce duce la o mai bună manipulare,

- tehnica peliculei de nutrienți necesită o filtrare adițională sau componente de filtrare

mult mai eficiente. De obicei o filtrare mai bună a solidelor și adăugarea unui biofiltru

separat, ceea ce determină creșterea costurilor,

- tuburile de alimentare cu apă au un diamteru mic ceea ce duce la blocajul acestora prea

ușor crescând costurile de întreținere.

În ceea ce privește starea fitosanitară, în hidroponie cât și în acvaponie plantele sunt

ferite de bolile care provin din sol, totuși Koohakan și colab,au descoperit că unele boli totuși

apar. Cum ar fi: putrezirea rădăcinilor, putregaiul bacterian, cercosporioza.

2.2 Cultura în sistem plutitor (DWC)Cultivarea plantelor în sistem plutitor folosește ca suport pentru plante plăci din

polistiren cu găuri așezate deasupra apei bogate în nutrienți. Aceasta este o metodă extrem de

productivă, dar necesită o filtrare biologică și mecanică intensivă pentru a menține apa curată

(www.ecolifefoundation.org).

Rajeev și Changfoot, 2012, spun că această metodă a fost dezvoltată la Universitatea din

Arizona la sfârșitul anilor 70 și adaptată la o producție comercială de către HydroNov la

sfârșitul anilor 1990. În 1976, a fost dezvoltată o metodă de creștere a salatei verzi și a altor

legume pentru frunze pe suporți plutitori din plastic expandat de către cercetătorii de la

Universitatea din Arizona și Universitatea din Pisa, Italia .

Diferența majoră între cultivarea plantelor folosind tehnica peliculei de nutrienți și

cultivarea plantelor în sistem plutitor, este cantitatea de apă .

Rakocy și colab. , în urma cercetărilor efectuate concluzionează faptul că cultura pe

suporți plutitori este cea mai convenabilă metodă de cultivare a plantelor împreună cu pești

pentru sistemele din aer liber de la tropice.

Acest sistem este foarte practic pentru cultivarea de salată verde, busuioc și alte plante

pentru frunze , în general pentru plantele care suportă bine umezeala la nivelul rădăcinilor.

Plantele îsi dezvoltă rădăcinile sub placa de polistiren iar partea vegetală verde deasupra

plăcilor .Este foarte economic deoarece se poate produce o cantitate mare de salată verde într-

un timp scurt .

Cel mai adesea, cultivarea plantelor se face într-un bazin separat față de cel în care se

cresc peștii. Apa curge încontinuu din bazinele peștilor, prin elementele de filtrare, prin

bazinele cu suporți plutitori pe care se cultivă plante după care se întoarce în bazinele cu pești.

Ramos găsește acest tip de cultură ca fiind foarte practică pentru creșterea

racilor,suporții plutitori pentru plante țin racii captivi în canalele de cultivare.

Martan consideră că folosind această metodă de cultivare a plantelor, se pot crește

specii de pești carnivori în același bazin cu plantele.

Hidroponia plutitoare poate oferi, de asemenea, o biofiltrare suficientă dacă zona de

cultivare a plantelor este destul de mare. Combinând biofiltrarea cu hidroponia se realizează

un scop important, deoarece eliminarea costurilor suplimentare pentru achiziționarea unui

biofiltru separat este unul dintre avantajele majore ale acvaponiei .

În acvaponie se întâlnește adesea folosirea acestor sisteme ca și bazine de decantare.

Datorită faptului că aceste canale pe care se cultivă plantele sunt lungi și înguste și conțin o

cantitate mare de apă, se comportă ca și decantoare. Acesta este un lucru bun atata timp cât

solidele sunt îndepărtate periodic și nu se acumulează. Totuși odată acoperite cu plăcile

plutitoare este dificil, se consumă mult timp și este o muncă laborioasă pentru îndepărtarea

solidelor de pe partea de jos a canalelor. Este mult mai bine ca solidele să fie sedimentate într-

un loc diferit față de cel de cultivare a plantelor pentru o îndepărtare ușoară și periodică a

acestora .

Hidroponia în pat plutitor de asemenea asigură spațiu suficient de nitrificare dacă

solidele sunt eliminate din efluenți înainte ca aceștia să ajungă în componenta hidroponică.

Plăcile pot fi suficient de mici pentru a susține o singură plantă sau suficient de mari

pentru mai multe plante. În apă se pompează aer pentru a asigura o cantitate de oxigen

suficientă pentru dezvoltarea sănătoasă a rădăcinilor plantelor.

Figura 3. Salată verde cultivată utilizând cultura pe suporți plutitori

Bazinele dreptunghiulare au două avantaje distincte: bazinele nutritive sunt sub formă

de benzi transportoare pentru plăcile în care se plantează și pentru cele de pe care se

recoltează, iar plantele sunt dispuse într-un plan orizontal unic, astfel încât interceptarea

luminii solare pe fiecare plantă este maximă.

Un dezavantaj al acestui tip de cultură este că rădăcinile plantelor sunt expuse unor

organisme dăunătoare asociate cu sistemul acvacol .

Rata optimă de hrănă adăugată în sistem este între 60 și 100 g de hrană pentru 1 m² de

salată pe zi .

Răsadurile poate fi produse în ghivece din afara sistemului iar după ce au germinat, sunt

plasate în găurile din suportul de polistiren sau pot fi produse în ghivece direct în sistem.

Acest sistem oferă expunere maximă a rădăcinilor la apa cu nutrienți .

Ghivecele sunt vase din material plastic, care sunt perforate pentru a permite accesul

fluxului de apă la rădăcini conținând substrat de creștere fără sol. Ghivecele sunt realizate în

diverse dimensiuni (www.ecolifefoundation.org).

Plăcile cu răsaduri se așeză la un capăt al sistemului, pe măsura creșterii plantelor,

plăcile se împing pe suprafața apei spre capătul opus al sistemului astfel încât în timp, la

capătul opus al sistemului vor fi plantele mature gata de recoltat O dată recoltate se

inlocuiesc cu răsaduri iar placa va fi pusă la capatul opus locului de recoltare .

Figura 4. Sistemul acvaponic realizat de dr. James Rakocy

Un sistem acvaponic foarte reprezentativ care folosește această metodă de cultivare a

plantelor este sistemul realizat de dr. James Rakocy, care este funcțional de mult timp. În

acest sistem au fost crescuți pești tilapia și au fost cultivate cu succes plante precum busuioc,

salată verde și altele .

2.3 Cultivarea plantelor în substratComponenta hidroponică a unui sistem acvaponic se clasifică într-o primă fază în

funcție dacă conține substrat de cultivare sau nu. Acesta este un lucru important deoarce

prezența unui substrat în care plantele să iși dezvolte rădăcinile, poate elimina nevoia

existenței unui decantor și a unui biofiltru separat .

Dacă sistemul nu are un substrat de creștere pentru plante iar rădăcinile plantelor sunt

expuse direct apei, atunci este nevoie de un biofiltru și un decantor pentru a menține calitatea

apei la un nivel la care peștii pot trăi .

Un sistem cu substrat de cultivare folosește un bazin sau un container care este umplut

cu , perlit , turbă sau o combinație între acestea sau alt mediu pentru cultivarea plantelor cum

ar fi: rumeguș din nucă de cocos, nisip, pietriș, vată minerală, zgură, bile ceramice, cioburi de

cărămidă și polistiren sau marmură .

Figura 5. Tipuri dimensionale de bile ceramice utilizate în hidroponie

Într-un sistem închis de cultivare, drenajul soluției de nutrienți rezultată din fertilizarea

în surplus este reciclată, aceasta reduce consumul de apă și limitează eliberarea fertilizanților

în mediul înconjurător .

Perlit este un termen generic pentru o rocă vulcanică naturală care este încălzită, iar în

urma încălzirii își mărește volumul de 4-20 de ori mai mult. Rezultatul este o rocă unghiulară,

albă perlată, care este adaptabilă pentru numeroase aplicații, inclusiv substrat de cultivare în

horticultură. Designul sistemelor care folosesc perlit este foarte diferit .

Vermiculita este numele geologic dat unui grup de minerale laminare hidratate care sunt

bogate în ioni de fier, magneziu și silicați, și care are aspect de mică - și poate fi găsit în

diverse părți ale lumii. Când este procesat pentru a fi folosită în horticultură, roca este supusă

unei încălziri intense, și se expandează în granule în formă de acordeon, cu multe straturi

subțiri în componență. Vermiculita utilizată în horticultură are excelenta proprietate de a

îmbunătăți aerația solului și a reține în același timp umiditatea și nutrienții, pentru a realiza un

stocaj tampon ce poate hrăni plantele în ritmul în care ele asimileaza apa și nutrienții,

conducând la creșteri maximale (www.hidroponica.ro).

Fibra din nucă de cocos este un pas înainte în ceea ce privește substraturile organice de

creștere fără sol. Combină retenția de apă a vermiculitului cu retenția de aer a perlitului. Fibra

din nucă de cocos tocată mărunt, sterilizată în prealabil, oferă plantelor un mediu ideal de

înrădăcinare care de asemenea oferă protecție împotriva bolilor și a ciupercilor. Deasemenea

fibra de cocos este o resursă regenerabilă .

Vata minerală este formată din rocă topită care este toarsă în fibre lungi. Aceste fibre

sunt presate în caramizi sau cuburi sau chiar sub formă de grămezi. De-a lungul timpului a

fost folosită pentru izolarea clădirilor ca și alternativă la fibra de sticlă, iar în ultimi 20 de ani

a fost folosită și ca substrat de creștere în hidroponie. Sisteme de cultivare a plantelor care

utilizează vata minerală ca și substrat au fost realizate inițial în Danemarca, această metodă a

fost repede preluată de olandezi și în cele din urmă s-a mutat în Marea Britanie și Franța. În

ultimul deceniu, metoda de creștere a plantelor pe substrat de vată minerală s-a extins spre

Europa, și mai departe spre Statele Unite ale Americii, Canada, Noua Zeelandă și Australia.

Vata minerală absoarbe apa și are bune proprietăți de drenaj, de aceea este folosită

preponderent ca și substrat de start pentru semințe și substrat pentru înrădăcinarea butașilor.

Un avantaj major al acestui substrat este că vata minerală e practic sterilă. În ultima perioadă

utilizarea acestui tip de substrat a intrat în declin, probabil datorită faptului că producerea

acesteia este un proces poluant și că praful din ea este iritant .

Avantajele folosirii vatei minerale ca și substrat în hidroponie ar fi următoarele:

- vata minerală este ușoară când este uscată, și ușor de manevrat,

- poate fi încălzită ușor ,dacă este necesar, dinspre partea de jos a sistemului de

cultivare,

- permite aprovizionarea cu acuratețe și uniformă cu soluție nutritivă,

- folosește echipamente mai puține și are costuri reduse de fabricare și instalare, de

asemenea este un risc mai scăzut în ceea ce privește compromiterea recoltei în cazul în care

apare o defecțiune la pompe .

Pietrișul are o suprafață mare pe care bacteriile nitrificatoare se pot dezvolta și pot

realiza nitrificarea. Dezavantajul este acela că pietrișul reține o cantitate mică de apă. Chiar

compoziția chimică proprie a pietrișului poate asigura unii nutrienți pentru plante pe măsură

ce apa udă rocile, de exemplu calciul poate fi eliberat în apă pe măsură ce pietrișul

reacționează cu acidul produs în urma nitrificării.

Pietrișul are mai multe aspecte negative:

- greutatea pietrișului determină necesitatea utilizării unor structuri de suport puternice,

- se poate colmata cu solidele aflate în suspensie, datorită creșterii microbiene și a

rădăcinilor care rămân după recoltare, astfel rezultă o reducere a circulației apei, iar aceasta

împreună cu descompunerea materiei organice, conduce la formarea zonelor anaerobe, care

afectează sau ucid rădăcinile plantelor.

- tuburile mici de plastic folosite pentru a iriga pietrișul sunt, de asemenea, predispuse

colmatării datorită creșterii microbiene,

- mutarea și curățarea substratului din pietriș este dificilă din cauza greutății sale,

- plantarea în pietriș este de asemenea dificilă, iar tulpinile plantelor pot fi deteriorate

prin abraziune, în sistemele în aer liber expuse la vânt,

- pietrișul reține foarte puțină apă dacă este drenat, așa că o perturbare în alimentarea cu

apă va duce la instalarea rapidă a stresului datorat lipsei de apă (ofilirea),

- infrastructura robustă necesară pentru a susține pietrișul și potențialul de colmatare

limitează dimensiunea paturilor de creștere cu pietris.

Figura 6. Cultivare acvaponică de vegetale în Australia, poză facută de Joel Malcolm

Substratul din paturile de creștere este inundat periodic cu apă din bazinele cu pești.

Apoi apa este scursă înapoi în bazinul cu pești. Toate deșeurile, incluzând solidele, sunt

mărunțite și captate de patul plantelor. Această metodă folosește doar câteva componente fără

a utiliza filtrare adițională, ceea ce o face simplă de utilizat. Această metodă cel mai adesea

este folosită ca și hobby . Totuși producția este mult mai mică comparativ cu celelalte două

metode.

Substratul granular hidroponic ca și pietriș, nisip și perlit oferă substrat suficient pentru

bacterile nitrificatoare și, în general, să servească drept biofiltru unic în unele sisteme

acvaponice, deși substratul are o tendință de a se colmata. Dacă gradul de colmatare este mare

datorită supraîncărcării cu materie organică, filtrele de pietriș și nisip pot efectiv să producă

amoniac pe măsură ce materia organică se descompune, în loc să îl scoată din sistem. În cazul

în care se întâmplă acest lucru, pietrișul sau nisipul trebuie să fie spălat iar designul sistemului

trebuie să fie modificat prin instalarea unui dispozitiv de îndepărtare a solidelor înainte de

substrat, dacă nu, atunci trebuie ca rata de încărcare organică să fie redusă prin reducerea

numărului de pești și micșorarea ratei de hrănire.

Acestă metodă de cultivare folosește substrat hidroponic și include un orificiu de

scurgere, care se află la 1,5 cm deasupra suprafeței de jos. Acest lucru permite existența unei

mase de apă subțire în partea de jos a substratului, care servește ca un depozit de apă

permanent .

Caracteristicile materialelor utilizate ca substrat în sistemele care folosesc cultura fără

sol afectează direct și indirect creșterea plantelor și a producției. În acvaponie pentru

cultivarea căpșunilor substratul care conține o cantitate mare de perlit are o performanță bună

și este recomandat pentru creșterea căpșunilor .

Productivitatea și calitatea căpșunilor a fost testată și studiată pentru a se observa unde

sunt cele mai bune rezultate în funcție de substrat care a fost format din diferite proporții de

perlit și zeolit, s-a tras concluzia că rapoartele de 1:1 și 3:1 între perlit și zeolit au fost cele

mai bune mixturi pentru substrat .

Inden și Torres au comparat substraturile formate din vată minerală, perlit cu păstăi de

orez carbonizate, scoarță de chiparos și coajă de nucă de cocos, aceștia au observat că

tomatele au avut cea mai mare productivitate folosind substratul format din perlit cu păstăi de

orez carbonizate.

Pentru a alege cele mai bune materiale pentru cultivarea plantelor după această metodă,

Abou Hadid și El-Behairy în 1999 spun că acestea trebuie să aibe următoarele caracteristici:

- să fie solide pentru a putea sprijini plantele,

- să fie inerte „să nu conțină nici un element chimic″,

- să rețină apă suficientă,

- să rețină suficient oxigen în același timp cu reținerea apei,

- să nu conțină nici un element chimic care ar putea fi toxic pentru plante,

- să fie liber de boli.

Lennard, 2012, a creat un model de calcul prin care se poate calcula mărimea patului de

creștere în funcție de volumul bazinelor cu pești, densitatea peștilor, rata de hrănire și

cantitatea de proteină conținută de hrană. Acesta recomandă ca suprafața cea mai mare

rezultată din calcul să fie luată în considerare ca și suprafață potrivită patului de cultivare

pentru sistemul luat în calcul. Modelul realizat este indicat a se folosi în cazul sistemelor mici

și nu în cazul sistemelor comerciale.

Sunt folosite pompe de apă care sunt controlate de un temporizator reglabil pentru a

furniza apa necesară umplerii căzii într-un regim "Flux- Reflux". Pe timpul funcționării

pompei patul de creștere este saturat cu apă. Când pompa este oprită apa se scurge încet. Pe

măsura scurgerii apei oxigenul este tras prin rădăcini.

Componente auxiliare necesare acvaponiei

3.1. Pompe de apă de tip „Airlift″John S. Pade prezintă beneficiile utilizării acestor tipuri de pompe în acvaponie, cel mai

important beneficiu ar fi acela că prin utilizarea aerului pentru a mișca apa, se elimină

utilizarea pompelor de apă și aeratoarele. Alimentarea tăvilor de cultivare cu apă facânduse în

același timp cu aerarea, în acest fel se reduc costurile inițiale și consumul de energie. Acest tip

de pompe nu se utilizează pentru sistemele comerciale mari și sunt limitate în ceea ce privește

înălțimea la care pot ridica apa.

Figura 7. Principiul de funcționare al pompei Airlift (www.ecosustainablevillage.com)

Acest tip de pompe sunt foarte practice în acvaponia practicată ca și hobby sau

sistemele mici din interiorul curților. Pompele devin mai puțin eficiente pe măsura creșterii

înălțimii la care trebuie ridicată apa. Puterea pompei este cu atât mai mare cu cât este injectat

mai mult aer.

3.2. DecantorulNelson și Pade descriu decantorul ca fiind un echipament de fitrare mecanică a apei.

Din cele 3 tipuri principale de sisteme acvaponice : sistemul plutitor, sistemul care folosește

tehnica peliculei de nutrienți și sistemul cu substrat de cultivare umplut cu mediu de cultivare,

primele 2 sisteme pot utiliza acest decantor. În aceste 2 tipuri de sisteme folosirea

decantorului permite fermierului să crească pești la o densitate mai mare și cultivarea unui

număr mai mare de plante. Principiul de funcționare este simplu, apa încărcată cu sedimente

intră dintr-o parte și iese pe cealaltă permițând solidelor să se așeze. În partea de jos a

bazinului există o valvă care se deschide periodic pentru a îndepărta solidele. Acestea pot fi

folosite ca și fertilizant în agricultură.

În acvaponie îndepărtarea solidelor este foarte importantă, deoarece acestea se pot

depune pe rădăcinile plantelor determinând imposibilitatea plantelor de a absorbi nutrienții

din apă.

Figura 8. Decantor

3.3. Sifonul clopotAcest sifon constă dintr-o țeavă verticală deschisă pentru ca apa să se scurgă în ea. Este

de preferat ca această conductă să fie dreaptă, cu ambele capete deschise. În jurul aceasteia

este o altă conductă cu fante pentru fluxul de apă în partea de jos și un capac închis ermetic în

partea de sus, care permite crearea unui vortex de apă o dată ce apa ajunge în partea de sus a

țevii interioare. Conducta exterioară este numită conducta sifon și este așezată peste țeava din

interior prin intermediul gravității. Trebuie avut grijă ca țeava sifon să nu obtureze

deschizătura țevii interioare. Este de preferat de a avea un sifon prea înalt decât unul prea

scurt. O fantă din josul sifonului puțin mai sus decât restul fantelor poate de asemenea să

funcționeze ca și fantă pentru aer. Unii oameni în loc de această fantă pentru aer folosesc o

gaură situată la partea de sus a sifonului cu o conductă mică ce coboară în jos până deasupra

fantelor sifonului .

Figura 9. Sifonul clopot

3.4. Corpuri de iluminatÎn natură plantele depind de energia solară, în cazul în care cultivarea plantelor se face

în interior această energie trebuie asigurată artificial de diferite corpuri de iluminat. Există un

număr mare de opțiuni de sursă de lumină pentru grădinăritul interior, inclusiv tuburi

fluorescente puternice, halogene metalice, becuri cu vapori de mercur, LED-uri, iluminatoare

cu plasmă (www.ecolifefoundation.org).

La alegerea corpurilor de iluminat se are în vedere spectrul luminos necesar dezvoltării

plantelor. Radiațiile roșii și albastre sunt cele principale de care este nevoie. Radiațile albastre

sunt mai pronunțate în perioada primăverii și pe perioada lunilor de vară când soarele este cel

mai sus pe cer. Acest tip de radiație este responsabil pentru o dezvoltare compactă și bine

proporționată a plantelor. Radiațiile roșii, ca cele când soarele este mai jos pe cer în timpul

lunilor când se recoltează, sunt responsabile pentru declanșarea reproducției la plante sub

formă de flori și fructe.

Halogenele metalice emit în principal radiații albastre ceea ce le face potrivite pentru

pentru stadiul de creștere vegetativă. Lămpile cu sodiu la înaltă presiune emit în principal

radiații roșii ceea ce determină înfloriri și fructificații exagerate. De accea dacă se

intenționează a se cultiva plante în special pentru frunze, se recomandă a se folosi halogene

metalice pentru iluminare .

STUDIU DE CAZ: CRE TEREA SALATEI ÎN SISTEM ACVAPONICȘ

Sistemul acvaponic presupune creșterea plantelor simultan cu creșterea peștilor.

Într-un sistem acvaponic, reziduurile rezultate din bazinul peștilor servesc ca fertilizator

pentru salată, care se folosește de aceste substanțe pentru a se dezvolta. Apa filtrată de salată

se întoarce ulterior în bazinul peștilor curată.

Componentele necesare pentru creșterea salatei în sistem acvaponic:

Bazinul peștilor

Pompă de aer de 50 de watti

Biofiltrul, folosit ca gazdă pentru bacteriile care transformă amoniacul și nitriții în

nitrați

Tăvi pentru creșterea salatei.

Fig 3.1 Secțiunea transversală a unei tăvițe de creștere a salatei

Pentru a înregistra rezultate pozitive, nivelul nitraților trebuie menținut în jurul valorii

de 47 mg/L. În practică, acest lucru s-a obținut prin hrănirea peștilor cu aproximativ 96 ml de

hrană pentru pești tilapia care măsoara 7 cm în lungime, în condițiile unui bazin de aproape

200 L. Hrana testată a fost compusă din proteină în proporție de 47%.

Respectând specificațiile de mai sus, rezultatele creșterii salatei verzi au fost foarte

bune, de asemenea, fiecare salată a primit aproximativ 19 L de apă din bazinul peștilor pe zi.

Hidroxidul de Potasiu a fost adăugat în proporție de 1/10 din greutatea totală a hranei

pentru pești. Acest lucru a ajutat la menținerea pH-ului neutru.

Un alt aspect de care trebuie să se țină cont este faptul că peștii cresc în dimensiune cu

50% în aproximativ 10 săptămâni. Așadar, depopularea bazinelor trebuie să se facă

proporțional, pentru a menține nivelul nitraților în parametrii normali.

Un alt aspect important este legat de normele de igienă, în cazul în care se dorește

obținerea unei salate comestibile, mai ales dacă aceasta va fi vândută în comerț. În această

privință, trebuie respectate toate normele aflate în vigoare în zona în care salata se va

comercializa, aceste norme fiind stabilite de Autoritatea Sanitar-Veterinară.

CONCLUZII

Creșterea plantelor în apă este o practică veche, însă abia în ziua de azi se dovedește

eficiența acestui sistem, și cel mai probabil în viitor va fi considerată o alternativă viabilă la

agricultura convențională prin dezvoltarea sistemelor acvaponice, care presupun creșterea

plantelor și a animalelor acvatice.

Acest sistem este recomandat de avantajele pe care le prezintă, cele mai importante

fiind: economisirea apei, reducerea suprafețelor agricole, lipsa necesității de a folosi

fertilizatori chimici.

De asemenea, într-o lume în care cererea pentru alimente crește și calitatea acestora

scade proporțional cu cantitatea produsă, iar bolile provocate din cauza alimentelor

nesănătoase sau saturate de substanțele chimice folosite la producerea lor omoară milioane de

oameni la nivel mondial, este necesară găsirea unei soluții pentru a produce alimente

sănătoase în cantități suficientă astfel încât să fie satisfacută cererea la nivel mondial. Din

acest punct de vedere, sistemele acvaponice reprezintă o alternativă deoarece pot fi utilizate în

sere pe verticală (blocuri), ceea ce permite economisirea spațiului, în timp ce produsul final va

fi unul sănătos.