VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Аквапоника – симбиоз животного и растительного мира

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Холодков А.Е. 1

---

1ГБОУ ШКОЛА № 2089

Булгакова Н.П. 1

---

1Школа №2089, г. Москвы

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

«Аквапоника – симбиоз животного и растительного мира»

Цель: практическое изучение аквапоники – высокотехнологичного способа ведения сельского хозяйства, сочетающего аквакультуру (выращивание водных животных) и гидропонику (выращивание растений без грунта).

Задачи:

Изучить технологические и технические аспекты аквапоники.

На базе полученных знаний спроектировать, сконструировать и запустить малую систему аквапоники в домашних условиях.

Подготовить базу для разработки проекта промышленной системы аквапоники.

Паспорт проектной работы

Тема проекта:

«Аквапоника – симбиоз животного и растительного мира».

Автор:

Холодков Антон, 13 лет, 7«Ю»

Научные руководители:

Булгакова Наталья Петровна, учитель биологии, школа №2089 г. Москвы.

Актуальность темы проектной работы:

Наша планета огромна. Однако, 70% суши не могут использоваться для земледелия: мерзлый грунт, крутые и скалистые горы, пустыни. Две трети оставшихся 30% годятся только для выпаса скота и лишь на 10% земной поверхности можно выращивать сельскохозяйственные культуры. Жизнедеятельность человека ведет к загрязнению естественных водоемов, что влияет на популяцию промысловых рыб. С другой стороны, рост населения планеты ведет к увеличению потребности в продуктах питания. В сложившейся ситуации человечеству необходимо использовать новые подходы и инновационные технологии в сельском хозяйстве, а именно, аквапонику. Аквапоника – это искусственные экологически безопасные замкнутые экосистемы, в которых одновременно можно выращивать и водных животных (обычно рыбу), и растения.

Целевая аудитория:

Ученики 5-10 классов.

Введение

Наша планета огромна. Однако, 70% суши не могут использоваться для земледелия: мерзлый грунт, крутые и скалистые горы, пустыни. Две трети оставшихся 30% годятся только для выпаса скота и лишь на 10% земной поверхности можно выращивать сельскохозяйственные культуры. Жизнедеятельность человека ведет к загрязнению естественных водоемов, что влияет на популяцию промысловых рыб. С другой стороны, рост населения планеты ведет к увеличению потребности в продуктах питания. В сложившейся ситуации человечеству необходимо использовать новые подходы и инновационные технологии в сельском хозяйстве, например, аквапонику.

Я изучаю методы выращивания растений в искусственной среде в течение нескольких лет. На моем счету 2 реализованных проекта по гидропонике, в ходе которых я получил много теоретических знаний и практический опыт. Настоящий проект является для меня следующей стадией практического изучения искусственных биосистем, в которых можно выращивать не только растения, но и животных.

Общая часть

Что такое аквапоника?

Аквапоника – это искусственные экологически безопасные замкнутые экосистемы, в которых одновременно можно выращивать и водных животных (обычно рыбу), и растения.

По сути в аквапонике ключевыми являются три типа живых организмов: рыбы, растения, бактерии. Рыбы выделяют токсичные для них самих продукты жизнедеятельности: аммиак, калийные, фосфорные соединения, углекислый газ. Бактерии перерабатывают аммиак в нитриты, а затем и в нитраты (азотный цикл), которые необходимы для питания растений, очищая воду от токсичных для рыб веществ. Растения потребляют растворенные в воде нитраты, азот, фосфор, углекислый газ и в некоторой степени обогащают кислородом воду, которая возвращается рыбам.

Краткая история появления и развития аквапоники

Практика использования отходов жизнедеятельности рыб для удобрения растений существует на протяжении тысячелетий и применялась ранними цивилизациями в Азии и Южной Америке.

В конце 1970-х годов был заложен технологический фундамент современной аквапоники. В 1980-е годы практические попытки интеграции гидропоники и аквакультуры были, но имели весьма скромный успех. В 1990-х годах были достигнуты существенные и важные практические результаты в части технического дизайна систем, биофильтрации, баланса между рыбой и растениями. Тогда создание замкнутых систем аквапоники, позволяющих в промышленных масштабах выращивать рыбу и растения, впервые стало реальностью. В то время были отмечены ключевые преимущества аквапоники: экономия водных ресурсов, возможность получать урожай в засушливых районах, в условиях ограниченного пространства и отсутствия плодородной почвы.

Тем не менее, и в наши дни аквапоника по-прежнему является относительно новым и не распространенным методом производства продуктов питания. Основные причины, на мой взгляд, это сложность производства и высокие первоначальные инвестиции.

Аквапоника: что нужно знать

Для того, чтобы заниматься выращиванием аквакультуры и растений методом аквапоники, нужно знать и понимать основные принципы и ключевые процессы данного метода.

Азотный цикл

Нитрификация (окисление аммиака и его производного аммония до нитритов (NO2) и нитратов (NO3) - важнейший биологический процесс в аквапонике, который является существенной частью общего природного биогеохимического круговорота азота. Азот же является важнейшим органическим элементом, необходимым для развития растений.

Рыбы в процессе своей жизнедеятельности выделяют аммиак NH3, который является губительным для них. Также источником аммиака являются разлагающиеся остатки несъеденного корма. Аммиак способствует росту колонии бактерий, которые перерабатывают его в нитриты NO2. Увеличение концентрации нитритов способствует росту другой колонии бактерий, которая перерабатывает их в нитраты NO3. Нитраты менее опасны для рыб и поглощаются растениями. Вода при этом очищается от токсичных для рыб соединений азота.

В результате работы азотного цикла (Рисунок 1) рыбы, растения и бактерии могут существовать в симбиозе.

Рисунок 1 Азотный цикл

Баланс

Система аквапоники работает нормально, когда она сбалансирована. В системе должен быть достигнут баланс между количеством рыбы, количеством растений и размером биофильтра, который определяет количество бактерий.

Для лучшего понимания баланса в аквапонике можно изобразить его с помощью весов, где на противоположных чашах располагаются рыбы и растения, а плечи весов – это бактерии.

Если количество рыбы в системе слишком велико, то вырабатываемый ими аммиак не может эффективно перерабатываться бактериями в нитриты, он накапливается и отравляет рыб. Т.е. плечо весов ломается, ломается система (Рисунок 2).

Если количество рыбы и размер биофильтра (количество бактерий) в системе подобраны правильно, то бактерии будут эффективно перерабатывать аммиак в нитраты. Тем не менее, если растений в системе будет недостаточно, то нитраты будут накапливаться в системе (Рисунок 3). Хотя высокая концентрация нитратов не очень критична, как для рыбы, так и для растений, но это индикатор дисбаланса на стороне растений.

Еще один сценарий, когда количество растений слишком велико, при этом рыбы недостаточно (Рисунок 4). В этом случае бактерии также будут эффективно перерабатывать аммиак в нитраты, но их количества (нитратов) будет недостаточно для нужд растений. Это приведет к ухудшению урожайности.

Максимальный эффект достигается, когда система полностью сбалансирована (Рисунок 5). Т.е. количество отходов, которые производят рыбы, соответствует потребностям растений в питании. При этом размер колонии бактерий в системе способен эффективно перерабатывать эти отходы.

Для того, чтобы сбалансировать систему аквапоники нужно учитывать много различных показателей. В качестве базового индикатора баланса на практике рекомендуется использовать кормовой коэффициент. Кормовой коэффициент – это зависимость между количеством корма для рыб (грамм в день) и площадью, на которой произрастают растения (м2). Оптимальными являются соотношения:

Неплодоносящие растения: 40-50 грамм корма в день на 1 квадратный метр площади для растений.

Плодоносящие растения: 50-80 грамм корма в день на 1 квадратный метр площади для растений.

Вода

Вода – один из ключевых элементов аквапоники. Через воду растения получают питательные вещества, необходимые им для роста, а рыбы получают кислород, необходимый им для дыхания.

Важными для аквапоники являются показатели качества воды:

кислород;

температура;

pH;

общий азот (аммиак, нитриты, нитраты).

Кислород

Рыбам, растениям и бактериям кислород жизненно необходим. Например, рыбы не смогут дышать и погибнут, если содержание растворенного кислорода в воде опустится до критичного для них минимума. По этой же причине не смогут развиваться колонии бактерий. Оптимальный уровень содержания кислорода в воде для всех трех видов живых организмов 5-8 мг/литр.

Температура

Температура воды также оказывает важное влияние. Например, при повышении температуры воды снижается её способность удерживать кислород, а также снижается способность растений поглощать из воды кальций.

Также температуру воды нужно учитывать при выборе рыб и растений для системы аквапоники. Например, теплолюбивые тилапия, карп предпочитают воду 22-29℃. Аналогичная температура оптимальна для такой популярной культуры, как базилик. Напротив, форель предпочитает температуру воды ниже 18℃, которая также комфортна для салата.

Уровень pH

Показатель pН («сила водорода») измеряет относительную концентрацию ионов водорода (H+) и гидроксид-ионов (OH–) в воде. Чем больше ионов водорода, тем кислее вода (pH от 0 до 7). Чем больше ионов OH–, тем вода более щелочная (pH от 7 до 14). В чистой воде количество ионов уравновешено и pH является нейтральным (pH=7).

Рисунок 6

Уровень pH важен в аквапонике, особенно для растений, бактерий. Например, для того, чтобы растения могли получать все необходимые микро и макроэлементы из воды, уровень pH должен быть в диапазоне 6-6,5. При более высоких значениях pH получение питательных веществ растениями затрудняется. При pH=7,5 и выше происходит защелачивание воды: важные для развития растений железо, фосфор и марганец выпадают в осадок и становятся недоступными для них.

Рисунок 7

При pH ниже 6 (кислая среда) у нитрифицирующих бактерий снижается эффективность переработки аммиака в нитрат. Повышение уровня аммиака в системе приводит к дисбалансу и создает стрессовые условия рыбы.

Идеальная водя для аквапоники слегка кислая с рН 6-7. Этот диапазон позволит бактериям работать максимально эффективно, а растения смогут получать полный доступ ко всем основным микро- и макроэлементам.

Общий азот: аммиак, нитриты, нитраты

Азот один из самых распространенных элементов на Земле. Он играет важную биологическую роль, он необходим для существования растений и животных.

Изначально азот попадает в систему аквапоники вместе с кормом для рыб. Рыбы поедают корм и выделяют отходы, которые в основном состоят из аммиака (NH3). Этот аммиак при помощи бактерий превращается в нитрит (NO2) и нитрат (NO3), см. 2.3.1. Азотные отходы являются ядовитыми для рыбы в определенных концентрациях. При этом аммиак и нитрит для рыб приблизительно в 100 раз более ядовиты, чем нитрат.

И тем не менее, токсичные для рыб, соединения азота являются питательными для растений. Все три формы азота (NH3, NO2- и NO3-) могут быть использованы растениями, но нитрат усваивается более легко.

В сбалансированной системе уровни аммиака и нитрита должны быть близки к нулю или не более 0,25-1,0 мг/л. Бактерии должны полностью перерабатывать аммиак и нитриты в нитраты, не допуская их накопления.

Оптимальные параметры

Оптимальные для каждого вида живых организмов в аквапонике показатели качества воды приведены в Таблица 1.

Таблица 1

Оптимальные для всех живых организмов в аквапонике показатели качества воды приведены в Таблица 2. Наиболее распространенное средство контроля показателей качества воды – капельные тесты.

Таблица 2

Освещение

Свет – один из важнейших факторов успешного содержания растения. Сет необходим для фотосинтеза, в результате которого растения “изготавливают еду” для себя. От недостатка света развитие растения замедляется, либо оно вовсе погибает. Особенно критичен вопрос освещения для растений в системах аквапоники, находящихся в помещении.

Наиболее важными являются следующие характеристики освещения:

спектр света;

освещенность (количество света);

длительность освещение.

Спектр света

Экспериментально доказано, что наиболее активно фотосинтез идет под действием оранжево- красного света (610-700 нм) с максимумом в красной зоне (660 нм). Второй пик активности находится в сине-голубой части спектра (400-510 нм) с максимумом в синей зоне (430 нм). Рост растений обеспечивается фотосинтезом, значит, растениям в первую очередь требуется свет, обогащенный теми длинами волн, которые нужны для фотосинтеза.

Таким образом, лампа для освещения рассады совсем не обязательно должна имитировать солнечный свет. Желательно использовать более экономичные лампы, спектр излучения которых обогащен красным и синим светом.

Рисунок 8 Зависимость эффективности фотосинтеза от длины волны света

Освещенность

Для того, чтобы фотосинтез протекал эффективно, растения должны получать достаточное количество света. Количество света характеризуется освещенностью, измеряемой в люксах (лк). 1 лк – это количество света, которое необходимо для равномерного освещения площади в 1 кв. м световым потоком в 1 лм (люмен; обычно значение светового потока указывают на упаковке осветительного прибора). Т.е. освещенность = световой поток/площадь поверхности.

При выборе светильника нужно также учитывать, что:

Для нормального развития большинства растительных культур, выращиваемых в аквапонике, требуется освещенность примерно 6000 лк. Для примера, освещенность, создаваемая солнечными лучами в ясный день, составляет 100 000 лк. В светлой комнате вблизи окна освещенность составляет 1000 лк.

Освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до поверхности растения. Например, если освещенность на расстоянии от источника света 1 м равна 1000 люкс, то на расстоянии 2 м уже 250 люкс.

Длительность освещения

Искусственное освещение должно быть максимально приближено к естественному:

непрерывно около 12-14 часов весной - летом,

7-9 часов зимой.

Аквакультура и растения для аквапоники

Аквакультура

Практика показала, что наилучшие показатели роста в системах аквапоники показывают такие виды рыб, как тилапия, карп (в т.ч. кои), окунь, сом, форель и лосось.

Тилапия очень популярна для выращивания в системах аквапоники. Она является идеальным видом для аквапоники по многим причинам: хорошо питается, всеядна, быстро растет, не требовательна к качеству воды. Как декоративная рыба для систем аквапоники хорошо подходит кои, который распространен во многих азиатских странах. Прекрасно растут в условиях аквапонных систем мидии, пресноводные креветки и раки.

Растения

Известно более 150 видов растений (цветы, овощные культуры, травы, небольшие деревья), которые можно выращивать методом аквапоники. Наиболее распространенными культурами для аквапоники являются зеленые листовые растения (салат, базилик, мята, петрушка и т.д.), а также плодовые овощи, таки как томат, огурец и перец. Для обеспецен6ия правильного баланса в системе нужно учитывать, что плодовые овощи требуют больше питательных веществ, чем зеленые листовые растения. При соблюдении определенных условий методом аквапоники можно вырастить в том числе корнеплоды: редис, свеклу, морковь.

Часто в системах аквапоники выращивают несколько различных культуры одновременно. Это позволяет наиболее рационально использовать место, например, тенелюбивые растения можно высаживать непосредственно под более высокими и светолюбивыми.

Преимущества и недостатки аквапоники

Преимущества

две сельскохозяйственные культуры (рыба и растения) производятся из одного источника азота – корма для рыб;

экономное использование воды;

не требуется почва;

не используются удобрения;

более высокая урожайность и качественное производство;

более высокий уровень биозащиты и низкий риск внешнего загрязнения;

более высокий контроль над производством, ведущий к снижению потерь;

можно использовать на непахотных землях: пустыни, каменистые земли;

сравнительно небольшие отходы производства;

налаженная система требует относительно не много трудозатрат: с ежедневными задачами по поддержке системы аквапоники могут справляться и подростки, и пожилые люди;

способ подходит для организации малого семейного бизнеса;

все компоненты системы и информационные материалы находятся в широком общем доступе.

Недостатки

существенные начальные затраты по сравнению с традиционным производством овощей в почве или гидропоникой;

необходим соответствующий уровень знаний об аквакультуре, бактериях и растениях;

условия для аквакультуры и растений не всегда соответствуют друг другу, т.е. сложнее управлять по сравнению с аквакультурой и гидропоникой в отдельности;

ошибки или несчастные случаи могут привести к краху всей системы;

требуется ежедневный контроль;

способ является энергозависимым, т.е. требуется надежный устойчивый доступ к электричеству.

Аквапоника в мире и России сегодня

Лидерами в аквапонике в Европе являются голландцы. В Голландии в рамках проекта EcoFutura, который поддерживается крупными игроками в промышленной аквапонике, реализуются многие научные исследования и разработки. Бизнес на аквапонике развит в Дании, Германии, Франции, Швейцарии, Литве.

США и Канада также являются одними из мировых лидеров в аквапонике. В этих странах функционирует большое количество успешных промышленных ферм, работающих по технологии аквапоники. Например, ферма Уилла Аллена «Растущее электричество» в Милуоки (штат Висконсин), использует технологию аквапоники для выращивания более 4500 кг речных окуней и свыше 500 000 кг продукции в год.

В США и Канаде аквапоника развивается не только как бизнес, но и как популярный способ ведения экологически чистого домашнего хозяйства. Американские инженеры и биологи разработали готовые комплекты с подробной документацией для сборки миниферм «Aquaponics USA», которые позволяют любителям натуральных продуктов наслаждаться собственноручно выращенной рыбой и свежими овощами. Стоимость такого комплекта составляет примерно 2500 долларов США.

Существенных успехов в аквапонике добились в Австралии, Великобритании и Израиле, Японии.

К сожалению, Россия по уровню развития аквапоники на данный момент существенно отстает от перечисленных выше стран, хотя несколько таких ферм в нашей стране уже есть.

Практическая часть

В рамках практической части моей проектной работы мною были выполнены и выполняются следующие задачи:

разработан проект, собрана малая система аквапоники;

выполнен запуск системы;

по настоящее время осуществляется поддержка системы, наблюдение, сбор различных данных, выполняются мелкие доработки.

Разработка проекта малой системы аквапоники

Первый и очень важный этап – разработка проекта системы. На этом этапе необходимо определить принцип работы системы, продумать её конструкцию, определить ключевые характеристики системы и подобрать соответствующие компоненты. Грамотно выполненный проект позволит избежать серьезных ошибок, которые могут привести к гибели обитателей системы, и сэкономит время и средства.

Рисунок 9 Схема малой системы аквапоники

На (Рисунок 9) представлена схема малой системы аквапоники, разработанная мной. Основой для конструкции является деревянный стеллаж. На нижнем уровне стеллажа располагается контейнер для содержания рыб, на среднем – контейнер для растений, который также выполняет роль биофильтра, а на верхнем – отстойник для твердых отходов жизнедеятельности рыб.

Помпа перекачивает воду, загрязненную продуктами жизнедеятельности рыб, по трубопроводу из контейнера с рыбами на верхний уровень в отстойник, где оседают твердые отходы. Помпа должны быть достаточно мощной, чтобы поднять воду в верхнюю точку системы. Далее из отстойника вода самотёком также по трубопроводу попадает в контейнер с растениями. Контейнер наполнен керамзитом, который служит субстратом (наполнителем, удерживающим растения) и биофильтром. В биофильтре находятся бактерии, которые преобразуют аммиак, выделяемый рыбами, в нитриты, а затем в нитраты. Нитраты поглощаются корнями растений. При достижении определенного уровня, очищенная вода из контейнера с растениями самотёком с помощью сифона (принцип действия сифона описаны ниже) сливается на нижний уровень в контейнер с рыбами. Описанный процесс повторяется циклически и обеспечивает азотный цикл в системе.

Вода в контейнере для рыб насыщается кислородом с помощью компрессора. Кислород необходим для жизнедеятельности рыб и растений, поэтому нужно уделить должное внимание подбору надежного и мощного компрессора.

Для освещения растений используются четыре фитолампы совокупной мощностью 100 Вт, которые с помощью механических розеток-таймеров работают в режиме день (8:00-20:59), ночь (21:00-7:59). Предусмотрена возможность регулировки высоты подвеса ламп. При выборе ламп нужно обратить внимание на создаваемый ими спектр и на освещенность, которые требуется обеспечить растениям для нормального роста.

Также в системе предусмотрена вентиляция, которая обеспечивает свежий воздух и прохладу растениям. Для этого на среднем уровне предусмотрены 2 кулера – приточный и вытяжной.

Принцип действия и конструкция сифона. Сифон – это устройство, позволяющее управлять затоплением и осушением контейнера для растений. Когда уровень воды в контейнере для растений проходит точку переполнения, то сифон начинает автоматически откачивать воду обратно в отсек с рыбой. Сифон будет перекачивать воду быстрее, чем она заполняет отсек с растениями, пока уровень воды не достигнет точки остановки сифона. Затем он начнет затопление еще раз (Рисунок 10).

Рисунок 10 Диаграмма работы сифона

После разработки схемы системы и описания основных требований, мною была составлена спецификация на все технические компоненты. При выборе параметров основных компонентов системы (контейнеры для рыб и растений, помпа, лампы и т.д.) учитывались рекомендации, данные в электронном пособии по аквапонике «Small scale aquaponics food production», Food and Agriculture Organization of the United Nation:

Таблица 3 Рекомендации для проектирования систем аквапоники

Таблица 4 Технические компоненты малой аквапонной системы

Ниже приведена спецификация на органические компоненты системы. В качестве аквакультуры для разведения по совокупности качеств (неприхотливость, эстетический вид) был выбран карп Кои. Для выращивания были выбраны базилик и шпинат, так как имеют сравнительно не большой период созревания и средние требования к освещенности.

Таблица 5 Органические компоненты малой аквапонной системы

Аквапоника требует регулярного контроля характеристик воды. Ниже приведена спецификация на минимальный набор специальных химических реактивов, требуемых для малой системы аквапоники.

Таблица 6 Средства контроля малой аквапонной системы

Примерная стоимость всех компонентов малой системы аквапоники составила 18 000 рублей.

Сборка малой системы аквапоники

Закупка компонентов, сборка и тестирование системы выполнялись поэтапно.

Первый этап

сборка стеллажа;

установка контейнеров для рыб и растений на нижний и средний уровень соответственно;

монтаж сливного сифона в контейнере для растений;

установка сетевых разветвителей;

установка помпы в контейнер для рыб;

монтаж трубопровода для подачи воды из контейнера для рыб в контейнер для растений;

заполнение контейнера для рыб водой, тестирование процесса затопления и осушения контейнера для рыб;

тестирование работы процесса циркуляции воды в системе;

заполнение контейнера для растений керамзитом (субстрат, биофильтр).

Длительность: 4 недели

Второй этап

установка и подключение кулеров;

сборка, монтаж и подключение через розетки-таймеры подвесного светильника;

тестирование режима день-ночь.

Длительность: 2 недели

Третий этап

сборка и установка отстойника;

модернизация трубопровода: контейнер для рыб – отстойник, отстойник – контейнер для растений;

тестирование циркуляции воды в системе.

Длительность: 2 недели

Совокупная длительность всех этапов (закупка, сборка, тестирование) составила 8 недель.

Рисунок 11 Малая система аквапоники

Запуск малой системы аквапоники

После того, как система была собрана и проверена её необходимо было «запустить». Этап запуска очень важен, так как в случае неправильных действий рыбы могут погибнуть.

Последовательность запуска:

проверка качества воды в системе;

запуск рыб;

зацикливание системы;

высадка растений.

Проверка качества воды в системе, запуск рыб

Перед запуском рыб в систему нужно было выполнить несколько важных шагов:

Водопроводная вода была набрана в бак, в котором отстаивалась в течение нескольких дней, чтобы из воды испарился хлор, который вреден для рыб.

С помощью капельного теста был проверен pH воды. Показатель находился в диапазоне 6-7, что является приемлемым для рыб.

После проверки качества воды в систему была запущена рыба (мальки карпа Кои, 30 штук, общая масса 500 г.). Расчетколичествамальковбылопределенпометодике, изложеннойвисточнике «Small scale aquaponics food production», Food and Agriculture Organization of the United Nation, 2014. Методика основана на следующих базовых зависимостях:

На 1 м² поверхности для выращивания растений в день необходимо 40-50 г. корма для рыб.

Рыба съедает в день корма 1-2% от собственной массы.

Расчет:

Площадь поверхности выращивания растений в системе S = 0,55*0,35 = 0,2 м².

Количество корма для рыб K = 0,2 * 50 = 10 г.

Общая биомасса рыбы M = K/0,02 = 10/0,02 = 500 г.

Масса малька карпа Кои примерно 15 г., следовательно, требуемое количество мальков 30 штук.

Зацикливание системы

Зацикливание системы – это создание условий для реализации в системе азотного цикла. Азотный цикл – это ключевой процесс системы, который происходит, благодаря живущим в биофильтре колониям нитрифицирующих бактерий. Эти бактерии перерабатывают аммоний, выделяемый рыбами в нитриты, а затем в нитраты.

Запуск биофильтра – это по сути процесс заселения колоний нитрифицирующих бактерий, которые в небольшом количестве уже в нём присутствуют. Получая аммоний, образующийся в процессе жизнедеятельности рыб, заселенных в систему, колония бактерий активизирует рост своей популяции. Обычно, процесс занимает 3-5 недель.

Рисунок 12 Уровни аммония, нитритов и нитратов в процессе зацикливания системы аквапоники

В этот период очень важно ежедневно отслеживать содержание аммония, нитритов и нитратов в системе. Контроль данных показателей выполнялся при помощи жидких тестов (Таблица 6). Изменение содержания аммония, нитритов и нитратов в системе соответствовали графику на Рисунок 12. Т.е. в течение первых 5-7 дней в системе уровень аммония, который вырабатывается в процессе жизнедеятельности рыб, в системе возрастал. В это формировалась колония бактерий, перерабатывающих аммоний в нитриты. В течение следующих 5-7 дней с ростом данной колонии бактерий уровень аммония снижался, а уровень нитритов напротив возрастал. Далее с ростом другой колонии бактерий, перерабатывающих нитриты в нитраты, уровень нитритов в системе падал, а уровень нитратов возрастал. Зацикливание системы было завершено, когда уровень нитратов начал стабильно расти, уровень нитритов составлял 0 мг/л, а уровень аммония – менее 1 мг/л.

Рисунок 13 Малая система аквапоники в работе

Выращивание растений

Завершение зацикливания системы – отправная точка дня начала высадки растений. За период эксплуатации системы я вырастил три вида растений: шпинат, базилик, перец. Проращивание семян, выращивание рассады отдельно (вне системы) не производились, семена сразу помещались в субстрат. В результате был получен урожай хорошего качества для каждого вида растений. Ежедневно я фиксировал показатели развития растений в своей системе аквапоники в тетради. Результаты наблюдений отражены в Таблица 7.

Таблица 7 Наблюдение за развитием растений в малой системе аквапоники

Ниже приведены несколько реальных фотографий:

Рисунок 14 Всходы

Рисунок 15 Молодой шпинат

Рисунок 16 Зрелый шпинат

Рисунок 17 Перец

По результатам моих экспериментов я сделал следующие выводы:

Растения в малой системе аквапоники развиваются в соответствии с аннотацией, указанной на упаковке с семенами.

По вкусовым качествам растения, выращенные в малой системе аквапоники, не отличаются от аналогичных растений, выращенных в грунте.

С момента запуска системы (сентябрь 2017) по настоящее время было выращено: шпинат – 20 единиц, базилик – 15 единиц, перец – 5 единиц.

Все выращенные растения были использованы в приготовлении пищи.

Выращивание рыб

С момента запуска системы, обитающие в ней рыбы увеличили свою массу примерно в 1,5-2 раза. Это говорит о том, что их развитие находится в норме.

Для обеспечения баланса в системе по ходу роста рыб часть из них я пересаживаю в отдельный аквариум. Рыбы из этого аквариума предназначены для продажи. Деньги от продажи будут использованы на покупку корма для рыб и мальков.

Рисунок 18 Мальки Кои в малой системе аквапоники

Рисунок 19 Крупные Кои в отдельном аквариуме

Обслуживание системы

Одна из особенностей систем аквапоники в том, что они нуждаются в обслуживании. Ниже я выделил основные задачи, которые требуется выполнять:

Общий контроль работы системы: компрессор, помпа, лампы, трубопровод, сифон: ежедневно, визуальный осмотр, при необходимости – замена, чистка, починка и т.д.

Кормление рыб: ежедневно, два раза (утро-вечер).

Удаление твердых отходов жизнедеятельности рыб из отстойника: по мере накопления, по опыту 1 раз в 3 дня.

Контроль показателей воды (pH, нитриты, нитраты): не реже 1 раза в 3 дня, при необходимости корректировка показателей (реактивы, подмена воды).

Корректировка высоты подвеса ламп: необходимо для минимизации потерь освещенности, выполняется по мере роста растений.

Обеспечение баланса в системе (рыбы, растения, бактерии): пересадка части рыб в отдельный аквариум по мере их роста, высаживание новых растений по мере уборки урожая.

Регулярное выполнение этих задач гарантирует стабильность роста рыбы и растений в системе.

Презентационный ролик: https://youtu.be/xR_1MtJglJo

Заключение

Я читаю, что цель моего проекта по практическому изучению аквапоники полностью достигнута, поставленные задачи полностью выполнены. Мною изучены технологические и технические аспекты аквапоники; спроектирована, запущена и успешно эксплуатируется в течение более, чем 5 месяцев, малая система аквапоники; я получил достаточно практического опыта и знаний для использования в дальнейших проектах, в том числе для разработки проекта промышленной системы аквапоники.

Я считаю, что аквапоника крайне перспективная технология, у которое есть большой потенциал для развития в России. Необходимо, чтобы это направление стало интересным для граждан, бизнеса и поддерживалось правительством нашей страны.

Источники информации

«Растения без почвы», Д. Вахмистров, серия: Библиотечка пионера, Знай и умей, издательство «Детская литература», 1965

«Выращивание растений без почвы», В.А. Чесноков, Е.Н. Базырина, Т.М. Бушуева и Н.Л. Ильинская, издательство Ленинградского университета, 1960

«Small scale aquaponics food production», Food and Agriculture Organization of the United Nation, 2014