Patata

Alfabeto delle curiosità delle verdure in collaborazione con “Orto d’asporto”

Capitolo 5: i batteri nell’acquaponica (prima parte)

Proseguiamo la traduzione del manuale “Small-scale aquaponic food production – Integrated fish and plant farming” edito edito dalla FAO … ecco la prima parte del quinto capitolo

5 BATTERI NELL’ACQUAPONICA

I batteri sono un aspetto cruciale e fondamentale dell’acquaponica, servono come collegamento tra i rifiuti del pesce e il fertilizzante per le piante. Questo motore biologico rimuove i rifiuti tossici, trasformandoli in elementi nutritivi accessibili. Nel capitolo 2 si è discusso il ciclo dell’azoto, in particolare il ruolo fondamentale dei batteri nitrificanti e si sono delineati i parametri essenziali per il mantenimento di una colonia sana. Il capitolo 4 ha trattato gli aspetti di materiali biofiltranti che ospitano questi stessi batteri. Questo breve capitolo è una revisione sui batteri, inclusi i dettagli dei più importanti gruppi batterici. L’attività batterica eterotrofa è discussa in termini del suo ruolo nella mineralizzazione dei rifiuti solidi provvenienti dai pesci. Sono anche trattati i batteri indesiderati tra cui: i batteri denitrificanti, batteri e agenti patogeni solfato-riduttori. Infine, i cicli batterici sono affrontati per quanto riguarda la creazione di un nuovo sistema di acquaponica.

5.1 I BATTERI NITRIFICANTI E I BIOFILTRI

Nel capitolo 2 si è discusso il ruolo vitale dei batteri nitrificanti per quanto riguarda il processo dell’acquaponica in generale. I batteri nitrificanti convertono i rifiuti del pesce, che entra nel sistema principalmente come ammoniaca, in nitrato, che è un fertilizzante per le piante (Figura 5.1).

Questo è un processo in due fasi e due gruppi separati di batteri nitrificanti sono coinvolti. Il primo passo è la conversione di ammoniaca in nitrito, ad opera dai batteri ammoniaca ossidanti (AOB). Questi batteri sono spesso indicati con il nome del genere del gruppo più comune, i Nitrosomonas. Il secondo passo è la conversione il nitrito in nitrato ad opera dei batteri nitriti ossidanti (NOB). Questi sono comunemente indicati con il nome del genere del gruppo più comune, il Nitrobacter. Ci sono molte specie all’interno di questi gruppi, ma per gli scopi di questa pubblicazione, le differenze individuali non sono importanti, ed è più utile considerare il gruppo nel suo complesso. Il processo di nitrificazione si verifica come segue:
– 1) batteri AOB convertono l’ammoniaca (NH3) in nitriti (NO2)
– 2) batteri NOB quindi convertono il nitrito (NO2) in nitrati (NO3)
Il processo di nitrificazione e, di conseguenza, una colonia batterica sana è essenziale per un sistema di acquaponica funzionante. I batteri nitrificanti sono relativamente lenti a riprodurre e stabilire colonie, questo processo può richiedere giorni e a volte settimane, quindi la pazienza dell’agricoltore è uno dei parametri di gestione più importanti quando si stabilisce un nuovo sistema di acquaponica. Molti acquari e sistemi di acquaponica hanno fallito perché si sono aggiunti troppi pesci prima che la colonia di batteri si fosse completamente sviluppata. Ci sono diversi altri parametri chiave per sostenere i batteri nitrificanti. Generalmente i batteri richiedono un ambiente spazioso e buio per poter essere in grado di colonizzare, una buona qualità dell’acqua, un’alimentazione adeguata e ossigeno. Spesso, i batteri nitrificanti formano una melma, di colore marrone chiaro o beige sul biofiltro e hanno un odore caratteristico che è difficile da descrivere, ma non puzza particolarmente questo è un problema perché potrebbe indicare altri microrganismi.

5.1.1 AMBIENTE SPAZIOSO

Un biofiltro con una elevata area superficiale specifica (SSA) è ottimale per sviluppare vaste colonie di batteri nitrificanti. SSA è un rapporto che definisce la superficie esposta di un dato volume di supporto, ed è espressa in metri quadrati per metri cubi (m2/m3). In generale, più le particelle del materiale del biofiltro sono piccole e porose, tanto maggiore è la superficie disponibile per la colonizzazione da parte dei batteri. Ciò si traduce in una biofiltrazione più efficiente. Ci sono molti materiali utilizzati nell’acquaponica, sia come substrati di coltivazione che di biofiltrazione, come ad esempio ghiaia vulcanica, argilla espansa, biofiltri sferici di plastica e le radici delle piante. Il tufo vulcanico e Bioballs® considerati in questo manuale hanno, rispettivamente, 300 m2/m3 e 600 m2/m3, che è un adeguato SSA per consentire ai batteri di prosperare. Ulteriori caratteristiche e SSA dei diversi materiali utilizzati in acquaponica sono riassunti nella tabella 4.1 e appendice 4. Se il materiale del biofiltro non è ottimale e ha una superficie inferiore rapportata al volume, bisognerebbe aumentare le dimensioni del biofiltro. Un biofiltro di grandi dimensioni non può danneggiare un sistema di acquaponica, ma biofiltri troppo grandi aggiungono spese inutili, ma vero è che l’eccessiva capacità di biofiltrazione ha salvato molti sistemi dal collasso.

5.1.2 pH DELL’ACQUA

I batteri nitrificanti si sviluppano in maniera adeguata ad intervalli di pH tra 6 e 8,5. Ma generalmente, preferisono i valori di pH più elevati, il gruppo Nitrosomonas si adattano meglio ad un pH tra 7,2 e 7,8 e il gruppo Nitrobacter un pH compreso tra 7,2 e 8,2. Tuttavia, il pH adatto al sistema di acquaponica è tra 6 e 7, ovvero un compromesso tra le diverse esigenze degli organismi presenti in questo ecosistema. I batteri nitrificanti si sviluppano ottimamente all’interno di questa gamma, un ridimensionamento dell’attività batterica può essere compensata con un biofiltro più grande.

5.1.3 TEMPERATURA DELL’ACQUA

L’intervallo di temperatura ottimale per i batteri nitrificanti è di 17-34 ° C, questi valori incoraggiano la crescita e la produttività. Se la temperatura dell’acqua scende al di sotto di questo intervallo, la produttività dei batteri tenderà a diminuire. In particolare, il gruppo Nitrobacter è meno tollerante a temperature inferiori, per questo durante i periodi più freddi i valori di nitrito devono essere controllati più attentamente per evitare accumuli nocivi.

5.1.4 OSSIGENO DISCIOLTO
I batteri nitrificanti necessitano di adeguati livelli di O2 in acqua in ogni momento per crescere in modo sano e mantenere elevati livelli di produttività. La nitrificazione è una reazione di riduzione/ossidazione (redox), dove i batteri traggono l’energia per vivere quando l’ossigeno si combina con l’azoto. Livelli ottimali di O2 sono 4-8 mg/l, ed è anche il livello richiesto per i pesci e le piante. La nitrificazione non si verifica se la concentrazione di O2 scende al di sotto di 2 mg/l. Per garantire un’adeguata biofiltrazione bisogna creare la possibilità di aerazione nel biofiltro, sia attraverso cicli inondazioni e scarico dell’acqua nel substrato (è questo il caso in cui si utilizza il sistema flood and drain nei letti di crescita di argilla espansa), sia inserendo pietre che introducono, dividendola in bollicine, aria dagli areatori nei biofiltri esterni oppure ancora facendo ruscellare l’acqua di ritorno alla sump.

5.1.5 RAGGI UV
I batteri nitrificanti sono fotosensibili fino a quando stabiliscono una colonia solidamente, ma la luce solare può causare notevoli danni al biofiltro. I materiali del substrato già proteggono i batteri da sole; ma se si utilizza un biofiltro esterno, assicuratevi di tenerlo ombreggiato dalla luce solare diretta.

5.1.6 MONITORAGGIO DELL’ATTIVITÀ BATTERICA
Se tutti questi cinque parametri sono rispettati, si può ritenere che i batteri siano presenti e compiano la loro funzione. Detto questo, i batteri sono così importanti per l’acquaponica che vale la pena conoscere la salute generale dei batteri in ogni momento. I batteri sono organismi microscopici, ed è impossibile vederli senza microscopio, esite un metodo semplice per monitorare la funzione batterica; facendo dei test per l’ammoniaca, nitriti e nitrati si possono ottenere informazioni sullo stato della colonia batterica. Ammoniaca e nitriti dovrebbero sempre essere 0,1 mg / litro in un sitema di acquaponica funzionante ed equilibrato. Se uno dei due è rilevabile, questo indica un problema con i batteri nitrificanti. Ci sono due possibili ragioni comuni per questo si verifichi. Innanzitutto, il biofiltro è troppo piccolo per la quantità di pesci e mangime. Pertanto, vi è uno squilibrio e vi sono troppi pesci. Per sistemare il problema bisognerebbe aumentare la dimensione del biofiltro o ridurre il numero di pesci, o agire modificando il regime di alimentazione dei pesci. A volte, questo problema può verificarsi quando il sistema è inizialmente equilibrato e i pesci devono ancora crescere, ma a poco a poco si crea un disequilibrato in concomitanza con la crescita del pesce e l’aumento del regime alimentare eseendo le stesse le dimensioni del biofiltro. A volte si presenta il problema se il sistema è equilibrato in dimensioni, ma sono i batteri stessi che non si adattano all’ambiente adeguatamente. Questo potrebbe indicare un problema nella qualità dell’acqua, e ciascun parametro citato sopra deve essere controllato. Spesso, questo può verificarsi durante la stagione invernale quando la temperatura dell’acqua comincia a scendere e l’attività batterica rallenta.

5.2 BATTERI ETEROTROFI E MINERALIZZAZIONE
C’è un altro gruppo importante di batteri, così come altri microrganismi, coinvolti nell’acquaponica. Questo gruppo di batteri è generalmente chiamato il gruppo di batteri eterotrofi. Questi batteri utilizzano carbonio organico come fonte di cibo e sono principalmente coinvolti nella decomposizione dei solidi espulsi dai pesci e residui vegetali. La maggior parte dei pesci assimilano solo il 30-40 per cento del cibo che mangiano, il che significa che il 60-70 per cento di ciò che mangiano è rilasciato come scarto. Di questo scarto il 50-70 per cento è dissolto disperso come ammoniaca. Tuttavia, i rifiuti che rimangono sono un mix organico contenente proteine, carboidrati, grassi, vitamine e minerali. I batteri eterotrofi metabolizzano questi rifiuti solidi in un processo chiamato mineralizzazione, che rende micronutrienti essenziali disponibile per le piante in acquaponica (figura 5.2).
Questi batteri eterotrofi, così come alcuni funghi presenti in natura, aiutano la decomposizione della parte solida degli scarti organici dei pesci. In tal modo, rilasciano i nutrienti altrimenti bloccati nei rifiuti solidi in acqua. Questo processo di mineralizzazione è essenziale perché le piante non possono assumere le sostanze nutritive in forma solida. I rifiuti organici devono essere suddivisi in molecole semplici per essere assorbiti dalle radici delle piante. I batteri eterotrofi si nutrono di qualsiasi forma di materiale organico, come i rifiuti organici solidi del pesce, il cibo per pesci non mangiato, piante e foglie morte, persino batteri morti. Ci sono molte fonti di cibo disponibili per questi batteri in un sistema di acquaponica.
I batteri eterotrofi richiedono condizioni di crescita simili a batteri nitrificanti soprattutto in alti livelli di DO. I batteri eterotrofi colonizzano tutti le componenti del sistema, ma sono particolarmente concentrati dove si accumulano i rifiuti solidi. Batteri eterotrofi crescono molto più velocemente rispetto ai batteri nitrificanti, riproducendosi nel giro di ore anziché giorni. Nei letti di crescita, i rifiuti si accumulano sul fondo, essendo un area permanentemente umida, molti batteri eterotrofi si trovano qui. In altri sistemi, le principali colonie si trovano sui filtri, sui separatori e nei canali. La mineralizzazione è importante nell’acquaponica perché rilascia vari micronutrienti che sono necessari per la crescita delle piante. Senza il processo di mineralizzazione, alcune piante potrebbero sperimentare carenze nutrizionali e avrebbero bisogno di fertilizzanti supplementari.
I batteri eterotrofi sono aiutati nella decomposizione dei rifiuti solidi da una comunità di altri organismi come lombrichi, isopodi, anfipodi, larve e altri piccoli animali che possono essere trovati in sistemi di acquaponica, in particolare nell’ambito dei letti di crescita. Questi organismi lavorano in simbiosi con i batteri per decomporre i rifiuti solidi, la presenza di queste comunita può impedire l’accumulo di rifiuti solidi.

Caffè acquaponico …

Ad Harrisville presso Brisbane nello Stato australiano del Queensland hanno addirittura un caffè acquaponico! La sua “mission” è molto semplice servire cibo allegro e di qualità, mantenendo prezzi contenuti e dando ai consumatori tutte le informazioni su come e da chi è prodotto.

Ecco a voi il menù della colazione:

E quello del pranzo:

Ma, se volete saperne di più, entrate al Mackaway’s Cafe, almeno in maniera virtuale, c’è anche una pagina facebook

Melanzana

Alfabeto delle curiosità delle verdure in collaborazione con “Orto d’asporto”

Cap 4 : Componenti idroponici: Grow Bed, NFT, DWC (settima parte)

CON QUESTO POST FINIAMO (FINALMENTE) IL LUNGHISSIMO CAPITOLO 4. CONTINUATE A SEGUIRCI MA SAPPIATE CHE STIAMO RIATTIVANDO IL SITO DELL’ASSOCIAZIONE CHE “RICOSTRUIRA'” TUTTI I CAPITOLI DEL MANUALE

4.4 Nutrient Film Technique (NFT)

Il NFT è un metodo idroponico che utilizza tubi orizzontali ciascuno con una ridotta quantità d’acqua in circolazione ricca di sostanze nutritive. L’acqua del sistema acquaponico scorre  attraverso la canalizzazione (Figura).

Le piante collocate all’interno fori nella parte superiore dei tubi sono in grado di utilizzare questa sottile pellicola di acqua ricca di sostanze nutritive.
Sia la NFT e DWC sono metodi diffusi nell’acquaponica commerciale in quanto entrambi sono finanziariamente remunerativi, rispetto ai growbed che utilizzano un medium inerte, quando cresce la scala degli impianti (Figura).

Cespi di lattuga in un impianto commerciale

Questa tecnica ha un tasso di evaporazione molto basso perché l’acqua è completamente al riparo dal sole, tuttavia è molto più complessa e costosa rispetto ai letti riempiti di medium inerte e potrebbe non essere appropriata in luoghi con uno sbocco inadeguato ai mercati. Al contrario si presta bene ad applicazioni urbane, soprattutto quando si utilizza lo spazio in altezza o vi sono delle limitazioni di peso degli impianti.
A prescindere dai diversi approcci e dai diversi contesti in cui applicare i vari metodi la maggiore differenza  con la tecnica del medium inerte è il metodo di filtrazione che entrambe le tecniche, NFT e DWC, devono utilizzare. Il testo che segue descrive le esigenze di una filtrazione più accurata richiesta dai sistemi NFT e DWC in dettaglio. Successivamente i metodi e NFT e DWC verranno discussi singolarmente.
La trattazione generale di questa sezione inizia con la dinamica del flusso idrico, ovvero come l’acqua si muove attraverso il sistema. Poi verranno discussi i metodi di filtrazione, infine verranno fornite specifiche linee guida per l’impianto con un sistema NFT.
4.4.1 dinamica del flusso idrico
L’acqua scorre per gravità dal serbatoio di pesce, attraverso il filtro meccanico ed   un biofiltro che svolge al tempo stesso la funzione di pozzetto (sump). Da quest’ultimo, l’acqua viene pompata in due direzioni attraverso un raccordo a “Y” e saracinesche: una parte viene torna direttamente alla vasca dei pesci la restante parte dell’acqua si dirige in un collettore che la distribuisce attraverso i tubi NFT. L’acqua scorre, sempre per gravità, attraverso i tubi di coltivazione dove si trovano le piante e all’uscita viene restituita alla vasca dei pesci.
L’acqua che entra nella vasca dei pesci fa sì che questo tracimi attraverso un “troppo pieno” verso l’impianto di filtraggio pronta a riprendere così il ciclo.
Il percorso quì descritto è chiamato è chiamato un motivo “Figura a 8” perché del percorso dell’acqua si sviluppa pressocché tutto in piano utilizzando una sola pompa. Non è necessario posizionare un pozzetto più in basso rispetto al resto dell’impianto, è possibile in questo modo installare coltivazioni con questa tecnica su pavimenti esistenti o sui tetti di cemento. Tutti i componenti sono allo stesso livello di lavoro per l’agricoltore, senza che questi debba chinarsi o utilizzare scale. Inoltre, il design utilizza pienamente la lo spazio del contenitore IBC (cisternetta) per garantire un adeguato spazio per il pesce. Uno svantaggio è che la combinazione pozzetto/biofiltro opera diluendo la concentrazione di nutrienti infatti solo una parte dell’acqua che raggiunge i tubi di coltivazione, l’altra parte ritorna al pesce prima che sia stata completamente spogliata di nutrienti. Tuttavia, la diluizione viene gestita controllando il flusso bidirezionale e ciò ha poco effetto sull’efficacia di questo sistema alla luce delle prestazioni erogate. Generalmente, la pompa riporta 80 percento dell’acqua alle vasche dei pesce e il restante 20 per cento è destinato ai letti o canali di produzione, tutto questo può essere controllato con la valvola.

4.4.2 filtrazione meccanica e biologica
Una filtrazione dedicata è di fondamentale importanza sia nei sistemi NFT che in quelli DWC. Mentre il medium inerte nella tecnica con il growbed funge biofiltro e da filtro meccanico, le tecniche NFT e DWC non hanno questo vantaggio. Pertanto, entrambi i tipi di filtri devono essere costruiti appositamente: in primo luogo, una trappola fisica per catturare i rifiuti solidi e quindi un filtro biologico per la nitrificazione. Come accennato nel paragrafo 4.3, ci sono molti tipi di filtri meccanici i sistemi  NFT e DWC richiedono quelli nella fascia alta di efficienza. I disegni che verranno descritti nell’appendice 8 utilizzano un filtro meccanico a vortice per intrappolare i rifiuti di particolato, con sfiato periodico dei solidi catturati. All’uscita dal filtro a vortice, l’acqua passa attraverso uno schermo aggiuntivo di maglie per intrappolare qualsiasi resto solido e poi raggiunge biofiltro. Il biofiltro è ben ossigenato con pietre che diffondono aria e contiene un supporto adatto alla biofiltrazione, solitamente Bioballs® altri supporti di materiale plastico o tappi di bottiglia, che aiutano i batteri nitrificanti a trasformare trasformano i rifiuti disciolti. Con insufficiente filtrazione, sia le unità NFT che quelle DWC si intaserebbero, diventerebbero anossiche e offrirebbero a piante e pesci le condizioni per una crescita solo stentata.
4.4.3 Tubi di coltivazione NFT costruzione e messa a dimora
Dopo i metodi di filtrazione illustrati in precedenza i sistemi  NFT prevedono l’uso di tubi in plastica disposti orizzontalmente per coltivare gli ortaggi (Figura).

Lattuga in crescita in tubi quadrati con il sistema NFT

Qualora fosse possibile sarebbe meglio utilizzare i tubi di sezione rettangolare con larghezza superiore all’altezza, che rappresentano lo standard tra i coltivatori idroponici. La ragione è che con questo tipo di tubi la superfice del film di acqua che colpisce le radici è più grande e favorisce l’assorbimento dei nutrienti e dunque la crescita delle piante. Uno
dei vantaggi del sistema NFT è che i tubi possono essere organizzati in molti modi, anche allo scopo di fare uso degli spazi verticali: muri, recinzioni e balconi (Figura).

Tubi di coltivazione NFT organizzati verticalmente

L’acqua viene pompata dal biofiltro in egual misura in ogni tubo idroponica con un piccolo
flusso crei una pellicola superficiale che scorre lungo il fondo ricca di sostanze nutritive. I tubi di coltivazione posseggono una serie di fori lungo la parte  superiore del tubo in cui sono collocate le piante. Come le piante iniziano a consumare il rivolo d’acqua ricco di sostanze nutritive, cominciano a sviluppare gli apparati radicali all’interno dei tubi di coltivazione. Al stesso tempo, gli steli e le foglie crescono all’esterno dei tubi. La pellicola superficiale di acqua nella la parte inferiore di ciascun tubo assicura che le radici
ricevano grandi quantità di ossigeno dunque l’umidità e nutrizione. Mantenere un flusso superficiale permette alle radici di avere una superficie di scambio d’aria più grande. Il flusso d’acqua per ciascun tubo di coltivazione deve essere maggiore di 1-2 litri / min. La portata viene controllata dalla valvola a Y, tutto il flusso di acqua in eccesso restituito al serbatoio di pesce.
Tubi di coltivazione: forma e dimensione
E’ consigliabile scegliere un tubo con il diametro ottimale per i tipi di piante coltivate. I tubi con una sezione quadrata sono i migliori, ma tubi tondi sono più comuni e assolutamente accettabili. Per i più grandi ortaggi a frutto, sono necessari tubi del diametro 11 centimetri mentre per le verdure a foglia verde e di piccole dimensioni solo con piccole masse di radici e a rapida crescita sono necessari tubi con un diametro di 7,5 cm. Per la policoltura su piccola scala (in in cui crescano molti tipi di verdure) devono essere utilizzati tubi di diametro 11 cm  (Figura).

Diversi tubi di coltivazione che mostrano l’intervallo dei buchi per le piante

Questo evita limitazioni nella scelta del vegetale perché le piantine possono sempre essere coltivate nei tubi più ampi, anche si perde nella possibilità di elevare la densità di impianto. Piante con ampi apparati radicali, tra i quali pomodori e la menta, sono in grado di intasare i tubi più piccoli e causare straripamenti e perdite d’acqua. E’ pertanto necessario essere particolarmente consapevoli che potrebbero intasarsi anche tubi di grandi dimensioni.
La lunghezza del tubo di coltivazione può essere ovunque tra 1 e 12 m. In tubi di lunghezza superiore a 12 metri, possono verificarsi carenze nutrizionali  verso l’estremità dei tubi perché le prime piante hanno già assorbito le sostanze nutritive. Una pendenza di circa 1 cm  per  ogni metro di lunghezza del tubo è necessaria  per assicurarsi che l’acqua scorra attraverso il tubo con facilità. La pendenza viene controllata utilizzando spessori (cunei).
Sono consigliati  tubi in PVC perché di solito sono  i più comunemente disponibili e sono economici. Devono essere utilizzati tubi bianchi perchè il colore riflette i raggi del sole, mantenendo così la temperatura dell’acqua all’interno più fresca. In alternativa sono raccomandati, tubi idroponici quadrati o rettangolari con dimensioni 10 cm larghezza x 7 cm di altezza. I tubi idroponici professionali per i coltivatori commerciali sono in genere questa forma.

Piantare all’interno dei tubi di coltivazione
I fori nel tubo idroponico dovrebbero essere 7-9 cm di diametro e dovrebbero corrispondere alle dimensioni dei contenitori per la coltivazione disponibili. Ci dovrebbe essere un minimo di 21 cm tra il centro di ogni foro per consentire un adeguato spazio di impianto per verdure a foglia verde e verdure più grandi. Ogni piantina viene inserita in una tazza di rete di plastica, che è poi a sua volta inserito all’interno del tubo di coltivazione. Ciò fornisce supporto fisico per la pianta. Le tazze di rete sono piene generalmente del medium utilizzato per le colture idroponiche (ghiaia vulcanica, lana di roccia o di Leca) intorno alla piantina. Per le insalate se lo si desidera, può essere posizionato un tubo di PVC che poggia all’interno della tazza di rete di 5 cm di una lunghezza di 5-10 cm   per fornire ulteriore equilibrio e sostegno alla pianta.

Istruzioni dettagliate impianto saranno contenute nell’appendice 8.
Se tazze in rete di plastica non sono disponibili o sono troppo costose, è possibile utilizzare normali bicchieri di plastica. Seguire la tecnica di impianto, come indicato nel paragrafo precedente avendo cura di praticare molti buchi nel bicchiere di plastica in modo che le radici abbiano molti punti di contatto con il tubo di coltivazione. Per i coltivatori che ne abbiano la possibilità è possibile utilizzare supporti di schiuma agricola per sostenere le piante all’interno del tubo di coltivazione. Se nessuna di queste opzioni è disponibile o desiderata, è possibile trapiantare direttamente le piantine nei tubi, in particolare tubi rettangolari (Figura). Le radici delle piante possono essere accuratamente risciacquate per eliminare le tracce del supporto di germinazione in modo tale da non sporcare minimamente l’acqua, in alternativa piantine possono essere trapiantate con il loro supporto di germinazione, che che ha il vantaggio di non creare un stress alle piante. In ogni caso è necassario avere cura che le radici possono toccare il flusso di acqua sul fondo del tubo. Questo farà sì che le giovani piantine non si disidratino. In alternativa, possono essere aggiunti stoppini che “peschino” nel flusso d’acqua. Inoltre, è consigliabile innaffiare le piantine con l’acqua del sistema acquaponico una settimana prima loro trapianto, questo aiuterà a mitigare lo stress da trapianto perchè le piante si abitueranno meglio alla nuova acqua.

Tecnica 4.5 Deep Water Culture
Il metodo comporta la sospensione delle piante nell’acqua, facendole galleggiare, con le radici fluttuanti, su lastre di polistirene (Figure).

Schema di una sistema DWC che utilizza un growbed di medium inerte come filtro

Schema di un sistema DWC con filtri fisico e biologico

Questo metodo è il più comune per le grandi acquaponiche di tipo commerciale che producono una coltura specifica (tipicamente lattuga, insalata a cescpo o basilico, figura),

Un grande impianto DWC

ed è più adatto per l’automazione. Su una piccola scala, questa tecnica è più complicata di growbed con medium inerte e potrebbe non essere adatto per alcune località, in particolare quando ci sia un limitato accesso ai materiali.
4.5.1 dinamica del flusso idrico
La dinamica del flusso idrico in un impianto DWC è quasi identica a quella di un impianto NFT. L’acqua scorre per gravità dalla vasca del pesce, attraverso il filtro meccanico e nella combinazione biofiltro / pozzetto. Dal pozzetto, l’acqua viene pompata in due direzioni attraverso un connettore a“Y”e valvole. Una parte dell’acqua viene pompata direttamente alla vasca dei pesci, il resto viene mandata nel collettore, che distribuisce in modo uguale l’acqua attraverso i canali. L’acqua scorre, sempre per gravità, attraverso i canali di coltivazione dove sono situati gli impianti e esce dalla parte opposta. All’uscita dai canali l’acqua viene restituita biofiltro / pozzetto, da dove viene pompata ancora sia nella vasca del pesce o nei canali. L’acqua che entra nel serbatoio di pesce fa sì che la vasca del pesce trabocchi attraverso il tubo di uscita del troppo pieno e di nuovo nel filtro meccanico, completando così il ciclo.
Questa configurazione “Figura a 8” descrive il percorso dell’acqua già visto visto nel sistema NFT, l’acqua scorre attraverso il filtro meccanico e biofiltro prima di essere pompato di nuovo alla vasca dei pesci e nei canali ove vi sono le piante. A differenza del NFT dove nutrienti nel rivolo (film) di acqua che scorre a livello radice si esauriscono rapidamente, nel DWC il grande volume di acqua contenuta nei canali consente alla notevole quantità di sostanze nutritive di essere utilizzati da piante. Tale disponibilità di nutrienti potrebbe anche suggerire diversa progettazione dei sistemi, utilizzando una configurazione “a cascata” con un solo ingresso ad una serie di tubi perché l’aumento del flusso dell’acqua aiuterebbe le radici per accedere a un flusso maggiore di nutrienti.
Nel sistema DWC mostrato nel primo dei due schemi riportato nelle figure sopra, l’acqua viene pompata alle vasche di coltivazione che hanno lastre di polistirene galleggiano sul piano di appoggio della pianta. La portata dell’acqua in ingresso ogni canale è relativamente bassa, in generale, ogni vasca trattiene l’acqua per  1-4 ore. I tempo di ritenzione è un concetto simile a tasso di ricambio, e si riferisce alla quantità di tempo necessario per sostituire tutta l’acqua in un recipiente. Per esempio, se il volume d’acqua di una vasca è 600 litri e la portata dell’acqua in ingresso al contenitore è 300 litri / h, il tempo di ritenzione è 2 ore (600 litri ÷ 300 litri / h).

4.5.2 filtrazione meccanica e biologica
Filtrazione meccanica e biologica in unità DWC è la stessa in unità che NFT ed è descritta nella sezione 4.4.2.
4.5.3 Vasche o canali di coltivazione DWC: costruzione e messa a dimora delle piantine.
I canali di coltivazione possono essere di lunghezza variabile, da uno a decine di metri (Figura).

Vasca di coltivazione e radici fluttuanti

In generale, la loro lunghezza non è un problema, come era nella tecnica NFT, perché il grande volume di acqua consente in ogni caso un adeguato apporto di sostanze nutritive. Ottimale nutrizione delle piante nei canali molto lunghi dovrebbe in ogni caso essere sempre supportata da un’adeguato afflusso di acqua e dalla riossigenazione per garantire che i nutrienti non si esauriscano e che le radici possano respirare. Per quanto riguarda la larghezza è generalmente consigliabile usare come standard la larghezza di un foglio di polistirolo, ma può essere multipla di questo. Tuttavia, canali più stretti assicurano una velocità dell’acqua superiore che può beneficamente irrorare le radici con flussi più grandi di nutrienti. La scelta di larghezza dovrebbe anche tenere in considerazione l’accessibilità da parte dell’operatore. La profondità consigliata è di 30 cm per permettere di adeguato spazio alle radici di ogni pianta. Così come per le vasche dei pesci, i canali possono essere realizzati in qualsiasi materiale resistente e inerte che può contenere l’acqua. Per le unità di piccole dimensioni, materiali diffusi sono contenitori IBC (cisternette), contenitori di plastica o vetroresina. Canali molto più grandi possono essere costruiti utilizzando lunghezze di legno o blocchi di cemento rivestiti con teli impermeabili alimentari.
In caso di utilizzo di calcestruzzo, assicurarsi che sia sigillato con un materiale impermeabile non tossico, per evitare la lisciviazione dal cemento nell’acqua del sistema di potenziali minerali tossici.
Come accennato in precedenza, il tempo di ritenzione per ogni canale in una unità è 1-4 ore, indipendentemente dalle dimensioni effettive canale. Ciò consente un’adeguata rifornimento dei nutrienti in ogni canale, anche se il volume di acqua e la quantità di nutrienti nei canali profondi è sufficiente per nutrire le piante per periodi più lunghi. La crescita delle piante riesce a trarre beneficio da flussi più veloci dell’acqua, perché le radici saranno colpite da molte più di ioni; mentre i flussi più lenti e quasi acqua stagnante avrebbe un impatto negativo sulla crescita delle piante.
L’aerazione per i sistemi DWC è di vitale importanza. In un canale densamente coltivato, la richiesta di ossigeno per piante potrebbe causare la caduta deilivelli di DO al di sotto del minimo. Qualsiasi decomposizione di solidi rifiuti presenti nel canale aggraverebbe il problema, diminuendo ulteriormente DO.
Così, è importante installare un sistema di aerazione. Il metodo più semplice è quello di posizionare diversi piccole pietre per la diffusione dell’aria nei canali (Figura). 

Effetti di una pietra di areazione in un sistema DWC

La pietra d’areazione dovrebbe rilasciare circa 4 litri di aria al minuto, ed essere collocata ogni 2-4 m2 di superficie del canale. Inoltre dei Sifoni Venturi (si veda la Sezione 4.2.5) possono essere aggiunti ai tubi di afflusso dell’acqua per aerare l’acqua nel momento in cui entra nel canale. Infine nel sistema DWC può essere messo in pratica il metodo di Kratky (Figura)  lasciando uno spazio di 3-4 cm tra il polistirolo e il pelo dell’acqua all’interno del canale. Questo consente la circolazione dell’aria intorno alla parte superiore delle radici delle piante eliminando la necessità di pietre dell’aria nel canale perchè vi è una sufficiente quantità di ossigeno nell’aria dell’intercapendine per le radici. Un altro vantaggio di questo metodo è quello di evitare il contatto diretto del fusto della pianta con acqua, che riduce i rischi di malattie delle piante nella la zona del colletto. Inoltre, la maggiore ventilazione ha come come risultato quello della dissipazione del calore dall’acqua, l’ideale in climi caldi. Non aggiungere i pesci nei canali che potrebbero mangiare le radici delle piante, ad esempio pesci erbivori, come tilapia e carpe. Tuttavia, qualche piccolo carnivoro specie di pesci, come pesci rossi, Molly, pesci mangiatori di zanzare, possono essere utilizzati con successo per gestire le larve di zanzara che possono diventare un enorme fastidio per gli operatori e i vicini di casa in alcune aree.
I fogli di polistirolo devono avere un certo numero di fori per adattarsi ai vasetti di rete (o cubi spugna) utilizzati per sostenere ogni impianto (Figura). 

La quantità e la posizione dei fori è dettata dal tipo di verdura e dalla distanza desiderata tra le piante, le piante più piccole possono essere posizionate più da vicino. L’appendice 8 include dettagli specifici e utili suggerimenti su come praticare i fori. Le piantine possono essere coltivare in un impianto dedicato (vivaio, vedi Sezione 8.3) in piccoli appezzamenti di di terreno o una  coltura fuori suolo. Una volta che le piantine sono abbastanza grandi per essere gestite, possono essere trasferite nei supporti di rete e sistemate nel sistema DWC (Figura).

Lo spazio rimanente nel contenitore a rete deve essere riempito con un medium per coltura idroponica, come ghiaia vulcanica, lana di roccia o LECA, per sostenere la piantina. È anche possibile piantare semplicemente un seme direttamente nelle tazze di rete sopra la il medium. Questo metodo è talvolta raccomandato se semi degli ortaggi sono facilmente meneggiabili perché evita lo stress da trapianto. Quando si procede alla raccolta, assicurarsi di rimuovere tutta la pianta, comprese le radici e le foglie morte, dal canale. Dopo aver raccolto le zattere queste devono essere pulite, ma non lasciate a seccare, in modo da evitare di uccidere i batteri nitrificanti sulla superficie immersa della zattera. Anche gli impianti di grandi dimensioni dovrebbero pulire le zattere con acqua per rimuovere lo sporco e i residui vegetali e subito riposizionarle nei canali per evitare stress ai batteri nitrificanti.

4.5.4 Caso speciale DWC: bassa densità di pesce, senza filtri
Un caso del tutto particolare è rappresentato dai sistemi acquaponici a bassissima densità di pesce (Figura).

Disegno di un piccolo impianto a bassa densità senza filtrazione meccanica e biologica

Questi impianti ospitano una bassissima densità di pesce (cioè 1-1,5 kg di pesce per m3 di vasca del pesce). Semplici filtri di rete sono usati per trattenere la maggior parte dei dei rifiuti solidi le ampie vasche di coltivazione servono come vasche di decantazione per i rifiuti. Il vantaggio di questo metodo è la riduzione investimento economico iniziale,  eliminando al tempo stesso la necessità di contenitori e filtri aggiuntivi, materiali che possono essere difficili e costosi da trovare in alcune località. Per altri versi densità di allevamento inferiori porteranno alla produzione ittica inferiore. Alcune imprese acquaponiche fondano il loro business sul rendimento dell’impianto, piuttosto che sulla la produzione di pesce, usando quest’ultimo essenzialmente solo come fonte di nutrienti. Spesso, questo metodo richiede aggiunta di nutrienti per assicurare la crescita delle piante. Se si prende in considerazione questo metodo, è necessario riformulare il rapporto costi/benefici in relazione al tipo di impianto che si vuole condurre.
Dinamica dei flussi idrici
La differenza principale tra i due modelli (alta densità di pesce / bassa densità di pesce) è che il progetto a bassa densità non utilizza uno dei contenitori filtrazione esterni, meccanico o biologico. L’acqua scorre per gravità dal serbatoio pesce direttamente nei canali DWC passando attraverso un semplice schermo di maglia. L’acqua viene quindi restituita ad un pozzetto e pompata di nuovo alle vasche del pesce.
Sia l‘acqua della vasca dei pesci che quella dei canali è aerata con una pompa ad aria. I rifiuti del pesce vengono scomposti a cura di batteri nitrificanti e mineralizzanti che vivono sulla superficie della radice della pianta e sulle pareti del canale.
La densità del coefficiente di pesce è un continuum, che va dalla densità molto basse che non hanno bisogno di filtri, fino a densità molto elevate che hanno bisogno di un filtro esterno dedicato. Una soluzione semplice per procurarsi mineralizzazione e biofiltrazione supplementari e per evitare l’accumulo di rifiuti di solidi sul fondo dei canali consiste nella combinazione di un semplice schermo di rete con un cesto di ghiaia della dimensione di un pisello o palline di argilla posizionati appena sopra il livello dell’acqua in cui conferisce l’acqua che esce dalla vasca dei pesci. Il cestello agisce come un filtro di gocciolamento catturando e rimineralizzando i solidi. L’acqua che cade dal secchio in questo modo si arricchisce anche di ossigeno attraverso il suo effetto a spruzzo. Inoltre, l’uso della ghiaia avrebbe una azione tampone contro l’acidificazione dell’acqua seguente
Questo può contribuire a garantire un’adeguata biofiltrazione senza aumentare il costo di biofiltri esterni.
Una densità dei pesci più bassa significa anche che la portata d’acqua può essere inferiore. Può essere quindi utilizzata una pompa più piccola, riducendo i costi, ma è necessario assicurarsi che almeno la metà del volume totale della vasca del pesce serbatoio di pesce venga riambiato ogni ora. In realtà, alcuni ricercatori hanno avuto successo con la rimozione dell’elettropompa facendo affidamento sul lavoro manuale per ricambiare l’acqua due volte al giorno. Tuttavia, questi sistemi sono completamente dipendenti da una adeguata aerazione. A parte queste differenze, le altre raccomandazioni per la costruzione di vasche e canali DWC sono applicabili anche per il metodo a bassa densità.

Gestione delle unità a basso coefficiente di densità di pesce Le principali differenze rispetto alla gestione di impianti ad alta densità verranno discusse più in dettaglio nel capitolo 8. La filtrazione meccanica suggerita per la densità questi tipi di sistemi sopporta 1-5 kg di pesce ​​/ m3 (in confronto con 10-20 kg / m3 per altri sistemi analizzati in questo manuale). In precedenza, è stato suggerito che l’equilibrio tra pesci e piante segue il rapporto velocità di crescita, che aiuta a calcolare la quantità di mangime immesso nel sistema in rapporto ad una certa superficie di piante. Con il sistema a bassa densità occorre prestare maggiore attenzione all’introduzione di mangime. Una tecnica potrebbe essere quella di alimentare i pesci 2-3 volte al giorno, e quindi rimuovere tutti gli alimenti non consumati. La sovralimentazione comporta un accumulo di rifiuti nelle vasche e nei canali, che porta alle zone anossiche, condizioni di crescita povere, malattie dei pesci e stress delle piante. Sempre, ma soprattutto quando si utilizza questo metodo senza filtri, assicurarsi di monitorare le condizioni di qualità dell’acqua da vicino e per ridurre l’alimentazione se vengono rilevati alti livelli di ammoniaca o nitriti.
Vantaggi e svantaggi di bassa densità
Il vantaggio principale è quello di avere un sistema più semplice, più facile da costruire e più economico per cominciare un’attività, con costi di capitale più bassi. I pesci sono meno stressati perché sono cresciuti in condizioni di non affollamento. In generale, questa tecnica può essere molto utile per iniziare progetti con poco capitale. Questi sistemi possono essere molto utili per la coltivazione di pesci di alto valore, come i pesci ornamentali o colture speciali, come le erbe officinali, dove una produzione minore è compensato con il valore più alto.
Tuttavia, un grave svantaggio è che queste unità sono difficili riprodurre su più vasta scala o intensità.  Al fine di produrre una grande quantità di cibo, questi sistemi sarebbero proibitivi. In sostanza, solo una filtrazione meccanica e dei biofiltri esterni  permettono all’acquaponica di realizzare coltivazioni molto intensive su una piccola area.
Inoltre, la produzione di pesce non può funzionare indipendentemente dalla componente idroponica; le piante devono essere nei canali in ogni momento. Le radici delle piante forniscono l’area per la crescita di batteri e senza queste radici la biofiltrazione non sarebbe sufficiente per mantenere l’acqua pulita per i pesci. Se fosse mai necessario raccogliere tutte le piante nello stesso momento, che può verificarsi in caso di malattie, cambi di stagione o in ragione di eventi climatici, la ridotta biofiltrazione causerebbe un picco di ammoniaca con conseguente lo stress per il pesce.

4.7 Riassunto del capitolo
• I principali fattori da tenere in considerazione nel momento di decidere dove collocare una unità sono: stabilità del terreno, accesso alla luce del sole / ombra, esposizione a vento e pioggia, disponibilità materiali riutilizzabili, disponibilità di una struttura serra o tunnel.
• Ci sono tre tipi principali di sistemi acquaponici: il metodo che utilizza un medium inerte, noto anche come growbed system, il metodo che impiega un velo d’acqua ricco di nutrienti (NFT) e la coltivazione in acqua profonda (DWC), noto anche come metodo zattera o sistema flottante.
• Le componenti essenziali per tutti i sistemi acquaponici sono: il serbatoio di pesce, il filtro fisico/meccanico e biologico e le pompe acqua / aria.
• I growbed devono: (i) essere realizzati in robusto materiale inerte; (ii) avere una profondità di circa 30 cm; (iii) essere riempiti con un supporto contenente una elevata area superficiale; (iv) fornire adeguata filtrazione meccanica e biologica; (v) fornire zone separate per offrire la possibilità di sviluppo a organismi diversi; e (vi) essere sufficientemente bagnate attraverso in sistema di flusso e riflusso o di altre tecniche di irrigazione per garantire la buona filtrazione.
• Per le unità NFT e DWC, sono necessari componenti meccanici e di biofiltrazione al fine di rimuovere solidi sospesi e ossidare i rifiuti disciolti (ammoniaca a nitrati).
• Per le unità NFT, la portata per ogni tubo di coltivazione deve essere 1-2 litri / minuto per garantire una buona crescita delle piante.
• Per unità DWC ogni canale deve avere un tempo di ritenzione di 2-4 ore e deve essere assicurata un’alta concentrazione di DO la salute dei batteri, e delle piante.
La vasca dei pesci deve essere ossigenata per mezzo pietre porose. I growbed con medium inerte tra la zona bagnata e quella secca devono avere una sona allagata ad intermittenza che si avvantaggia un’elevata disponibilità di ossigeno atmosferico. Nelle unità NFT, aerazione aggiuntiva è fornita nel biofiltro, mentre nei sistemi DWC le pietre di areazione devono essere posizionate sia nel biofiltro che nei canali di coltivazione.

In Toscana orti urbani 2.0

In Toscana parte un progetto per la realizzazione di centomila orti urbani 2.0 dotato di un budget, messo a disposizione dalla Regione, di 3 milioni di euro. Si parla di 2.0 perchè gli  spazi da riconvertire all’agricoltura cittadina offriranno, tra le altre cose, anche hot spot di connessione wifi.

Insomma non eravamo poi così matti quando, oltre un anno fa noi di “Akuadulza” scrivevamo queste cose introducendo il progetto I-Ponic, un orto civico social sociale 2.0:
Immaginiamo di poter offrire alla cittadinanza un nuovo parco cittadino, uno spazio pubblico all’interno della città dove le persone si ritrovino, scambino opinioni, godano del verde, ecc. … Per quelle città che non sono riuscite, nel corso dei decenni, a preservare piccoli o grandi polmoni verdi all’interno del tessuto urbano diventa sempre più difficile offrire quest’opportunità ai propri abitanti.
Per contro l’esplosione edilizia ha inglobato nel tessuto urbano aree marginali “dimenticate”, spesso in situazioni di degrado, nelle quali, in maniera anarchica, senza regole e controlli, qualcuno, più “intraprendente” o più bisognoso di altri, si è ritagliato un suo spazio.
Anche questi, a modo loro, sono giardini, spazi verdi, frequentemente ciascuno di essi è recintato e “attrezzato” con mezzi di fortuna: pali di ogni forma e materiale per sostenere i pomodori, vetri di vecchie finestre o automobili per proteggere le colture, teli di plastica per improvvisare serre o ricoveri, ecc. …a seconda di come li si giudichi questi luoghi possono essere considerati recessi degradati o ambiti di nuova socialità.

Facendo un volo pindarico il nostro progetto assomiglia al percorso di una stampante 3D: “ un giorno disegnate un oggetto su carta e vi piacerebbe diventasse realtà, allora chiedete a un amico di realizzarlo in –AutoCAD- l’amico v’invia l’immagine via mail, voi caricate l’immagine su un app del fablab più vicino a voi, il fablab manda sulla propria stampante 3D il vostro desiderio, e voi andate finalmente a ritirare l’oggetto che avevate solo pensato e immaginato” ecco avete appena immaginato il percorso di “i-Ponic 2.0” non stiamo parlando di stampanti 3D e tanto meno di design (anche se poi tecnologia, makers e non solo entreranno nel progetto) ciò che volevamo raccontarvi è che il nostro progetto vuole e può far diventare reali e concrete, idee, opportunità, connessioni, e molto di più. Generando un positivo effetto domino che unisce Orticoltura, Acquaponica, Cooperative Sociali, Amministrazioni Comunali, portali web, Makers, appassionati di agricoltura e di pesci, Mobile app, Social marketing, fino ad avere esternalità ulteriori che portino ad Università e potenziali partner esteri.
Insomma con il primo Orto civico 2.0 è nostra intenzione gettare un seme di Innovazione Sociale Concreta…

Insomma non si tratta di inventare nulla ma di recuperare l’antica funzione medioevale dell’ orto:

ad un nuovo luogo di socialità che integri le nuove tecnologie dell’informazione e della comunicazione: