Relatii bacteriene in acvaponica: noi directii de cercetare

6.1 Introducere

Recirculating water in the aquaculture portion of an aquaponics system contains both particulate and dissolved organic matter (POM, DOM) which enter the system primarily via fish feed; the portion of feed that is not eaten or metabolized by fish remains as waste in the recirculating aquaculture system (RAS) water, either in dissolved form (e.g. ammonia) or as suspended or settled solids (e.g. sludge). Once the majority of sludge is removed by mechanical separation, the remaining dissolved organic matter must still be removed from a RAS system. Such processes rely on microbiota in various biofilters in order to maintain water quality for the fish and to convert inorganic/organic wastes into forms of bioavailable nutrients for the plants. Microbial communities in aquaponics system include bacteria, archaea, fungi, viruses and protists in assemblages that fluctuate in composition based on an ebb and flow of nutrients and changes in environmental conditions such as pH, light and oxygen. Microbial communities play a significant role in denitrification and mineralization processes (see Chap.  10) and thus have key roles in the overall productivity of the system, including fish welfare and plant health.

Provocarile din cadrul oricarui sistem acvaponic sunt controlul intrarilor – apa, puiet, furaje, plantule – si microbiota lor asociata pentru a maximiza beneficiile materiei organice si descompunerea acesteia in forme biodisponibile pentru organismele tinta. Avand in vedere ca parametrii optimi de crestere a mediului si nutrientii difera pentru pesti si plante (vezi Cap. 8), diverse sisteme de separare si aerare si biofiltre care contin ansambluri microbiene relevante trebuie sa fie situate in punctele strategice ale alimentarii cu apa, pentru a ajuta la mentinerea nivelului de nutrienti , pH-ul si nivelurile de oxigen dizolvat (DO) in intervalele dorite atat pentru pestii tinta, cat si pentru speciile de plante. romania matrimoniale Intr-adevar, parametrii calitatii apei, inclusiv temperatura, DO, conductivitatea electrica, potentialul redox, nivelurile de nutrienti, dioxidul de carbon, iluminatul, fluxurile de alimentare si debit, toate afecteaza comportamentul si compozitia comunitatilor microbiene dintr-un sistem acvaponic (Junge si colab. 2017). In acest sens, este important sa se rafineze instalarea si functionarea astfel incat fiecare unitate sa contribuie cu cantitati adecvate de forme biodisponibile de nutrienti succesorului sau, mai degraba decat sa permita proliferarea agentilor patogeni sau a microbilor oportunisti care pot consuma cea mai mare parte a macronutrientilor necesari in aval.

Diferite tehnici pentru analiza comunitatilor microbiene pot furniza informatii importante despre modificarile structurii si functiei comunitatii in timp in diferite configuratii acvaponice. Coreland aceste modificari cu biodisponibilitatea nutrientilor si parametrii operationali, este posibila reducerea supra-productiei sau subproductiei de substante nutritive esentiale sau productiei de produse secundare nocive. De exemplu, maximizarea recuperarii substantelor nutritive benefice din plante din materiile organice reziduale din componenta pestilor depinde in primul rand de capacitatea microbiotei de a facilita descompunerea substantelor nutritive intr-o serie de biofiltre si digestori de namol, a caror performanta se bazeaza pe o serie de parametri operationali, cum ar fi debitele, timpul de sedere si pH-ul (Van Rijn 2013). Deoarece nu toate sistemele acvaponice includ digestoare de namol, Vom aborda acest aspect mai detaliat in a doua jumatate a acestei recenzii, in timp ce trimitem cititorul la Cap. 3 pentru mai multe detalii despre tehnicile de separare solida si Chaps. 7 si 8 pentru discutii despre sistemul acvaponic cuplat vs decuplat. Daca luam in considerare aici numai particulele dizolvate si suspendate in apa (si nu namolul), toate sistemele acvaponice utilizeaza o gama de biofiltre diferite care expun microorganismele atasate la materia organica care trece prin filtru si ofera un substrat adecvat si o suprafata suficienta pentru microbieni. atasarea si formarea biofilmelor. Degradarea acestei materii organice furnizeaza energie comunitatilor microbiene, care la randul lor elibereaza macronutrientii (de exemplu nitrati, ortofosfati) si micronutrienti (de exemplu fier, zinc, cupru) inapoi in sistem in forme utilizabile (Blancheton si colab. 2013; Schreier si colab. 2010; Vilbergsson si colab. matrimoniale sector 4 2016a).

Exista cercetari agricole considerabile cu privire la rolul microbiotei in inradacinarea, cresterea si sanatatea plantelor. Prepondenta acestei cercetari se concentreaza pe sistemele bazate pe sol; cu toate acestea, cercetarea asupra hidroponiei a crescut si in ultimii ani (Bartelme si colab. 2018). Microbiota in acvacultura a fost, de asemenea, bine caracterizata, in care rolul microbilor in sanatatea si digestia pestilor a primit o atentie considerabila, pe masura ce cercetatorii incearca sa caracterizeze mai bine rolul sanatatii intestinului in asimilarea nutrientilor. Avand in vedere importanta biofiltrarii in sistemele RAS, bacteriile implicate in procesul de nitrificare pentru RAS au fost, de asemenea, comparativ bine studiate si, prin urmare, nu sunt abordate aici (vezi cap. 10 si 12). Cu toate acestea, au existat cercetari relativ limitate asupra microbilor din sistemul acvaponic, in special interactiunile cruciale ale microbiotei intre diferitele compartimente ale sistemului. Aceasta lipsa de cercetare limiteaza in prezent domeniul de aplicare si productivitatea unor astfel de sisteme, unde exista un potential considerabil de imbunatatire cu pre si probiotice, precum si alte oportunitati de imbunatatire a sanatatii sistemului acvaponic printr-o mai buna intelegere si, astfel, o mai buna capacitate de control , vastul set de microbiote necaracterizate care afecteaza sanatatea si performanta sistemului.

Ca atare, acest capitol se concentreaza in primul rand pe studii recente care dezvaluie cum si unde comunitatile microbiene determina productivitatea in cadrul compartimentelor, evidentiind totodata numarul relativ mic de studii care leaga aceste comunitati microbiene de interactiunile dintre componente si productivitatea generala a sistemului. Incercam sa identificam lacunele in care cunostintele suplimentare despre comunitatile microbiene ar putea aborda provocarile operationale si sa ofere informatii importante pentru imbunatatirea eficientei si fiabilitatii.

6.2 Instrumente pentru studierea comunitatilor microbiene

Noile tehnologii pentru studierea modului in care comunitatile microbiene se schimba in timp si a grupurilor de organisme care predomina in anumite conditii de mediu, au oferit din ce in ce mai multe oportunitati de anticipare a rezultatelor adverse in cadrul componentelor sistemului si, astfel, conduc la proiectarea unor senzori si teste mai bune pentru monitorizarea eficienta a microbilor comunitati din culturile de pesti sau plante. De exemplu, diverse tehnologii „omice” – metagenomica, metatranscriptomica, proteomica comunitara, metabolomica – permit cercetatorilor din ce in ce mai mult sa studieze diversitatea microbiotei in RAS, biofiltre, hidroponie si sisteme digestive de namol, in care esantionarea include ansambluri microbiene intregi in loc de un anumit genom. level curve Analiza diversitatii procariote in special, a fost ajutat enorm in ultimele decenii de tehnici metagenomice si metatranscriptomice. In special, amplificarea si analiza secventei genei 16S rRNA, bazata pe conservarea intraspecifica a secventelor genetice neutre care inconjoara operonii ribozomali in ADN bacterian, au fost considerate „standardul de aur” pentru clasificarea taxonomica si identificarea speciilor bacteriene. Astfel de date sunt utilizate si in microbiologie pentru a urmari epidemiile si distributiile geografice si pentru a studia populatiile bacteriene si filogenii (Bouchet si colab. 2008). Metodologia poate fi costisitoare si costisitoare, dar sistemele automate recente, desi nu sunt neaparat discriminatorii la nivel de specie si tulpina, ofera oportunitati de aplicare in medii acvaponice (Schmautz si colab. 2017). Recenzii recente rezuma aplicatiile ARNr 16S in ceea ce priveste RAS (Martinez-Porchas si Vargas-Albores 2017; Munguia-Fragozo si colab. 2015; Rurangwa si Verdegem 2015). Progresele in metagenomica microbilor, altele decat bacteriile gasite in RAS si hidroponie, se bazeaza pe metodologii similare, dar utilizeaza 18S (eucariote), 26S (ciuperci) si 16S in combinatie cu biblioteci de clone ARNr 26S (drojdii) pentru a caracteriza aceste microbiote (Martinez-Porchas si Vargas -Albores 2017). Biblioteci detaliate de ARNr, de exemplu, au fost utilizate si in hidroponie pentru a caracteriza comunitatile microbiene din rizosfera (Oburger si Schmidt 2016). Astfel de biblioteci pot fi deosebit de utile in acvaponica, avand in vedere ca pot examina ansamblul de microorganisme precum bacterii, arhee, protozoari si ciuperci si pot oferi feedback cu privire la schimbarile din sistem.

Dezvoltarea secventierii automate de noua generatie (NGS) a permis, de asemenea, analiza datelor despre genomi din esantioane de populatie (metagenomica) care pot fi utilizate pentru a caracteriza microbiota, a dezvalui modificari filogenetice temporale-spatiale si a urmari agentii patogeni. Aplicatiile in RAS includ urmarirea anumitor tulpini bacteriene printre pestii de cultura si eliminarea populatiilor care transporta tulpini virulente, pastrand in acelasi timp purtatorii altor tulpini (revizuire: (Bayliss et al. 2017). escorte bruxelles Abordarile metagenomice pot fi independente de cultura si amplificare, ceea ce permite anterior speciile neculturabile sa devina cunoscute si investigate pentru efectele lor posibile (Martinez-Porchas si Vargas-Albores 2017). Tehnicile de secventiere de generatie urmatoare sunt utilizate in mod obisnuit in microbiologia plantelor, impreuna cu analize ulterioare de metatranscriptomica.

Proteomica este cea mai utila atunci cand se studiaza o anumita specie sau tulpina bacteriana in conditii de mediu specifice pentru a descrie patogenitatea sau rolul posibil in simbioza. Cu toate acestea, exista progrese in proteomica comunitatii care se bazeaza pe studii metagenomice anterioare si utilizeaza diverse tehnici biochimice pentru a identifica, de exemplu, proteinele secretate asociate cu comunitatile microbiene comensale sau simbiotice si exista posibilitati suplimentare pe masura ce capacitatea tehnologiilor NGS avanseaza rapid (revizuire: (Knief si colab. 2011).

Metabolomica caracterizeaza functiile genelor, dar tehnicile nu sunt specifice organismului sau dependente de secventa si, astfel, pot dezvalui gama larga de metaboliti care sunt produse finale ale biochimiei celulare in organisme, tesuturi, celule sau compartimentul celular (in functie de probele sunt analizate). Cu toate acestea, cunostintele despre metabolomul comunitatilor microbiene in anumite conditii de mediu (microcosmos) dezvaluie multe despre ciclul biogeochimic al nutrientilor si efectele perturbatiilor. Astfel de cunostinte caracterizeaza diferite cai metabolice si gama de metaboliti prezenti in probe. Analizele biochimice si statistice ulterioare pot indica stari fiziologice care pot fi la randul lor corelate cu parametrii de mediu care ar putea sa nu fie evidenti din abordarile genomice sau proteomice. Cu toate acestea, combinarea metabolomicii cu studiile functiei genei are un potential extraordinar in promovarea cercetarii acvaponice; vezi recenzia (van Dam si Bouwmeester 2016).

6.3 Consideratii privind biosecuritatea pentru siguranta alimentelor si controlul agentilor patogeni

6.3.1 Siguranta alimentelor

O buna siguranta alimentara si asigurarea bunastarii animalelor sunt prioritati ridicate in obtinerea sprijinului public pentru acvaponica. publi24 matrimoniale ploiesti Una dintre cele mai frecvente probleme ridicate de expertii in siguranta alimentara in legatura cu acvaponica este riscul potential de contaminare cu agenti patogeni umani atunci cand se utilizeaza efluentii de peste ca ingrasamant pentru plante (Chalmers 2004; Schmautz si colab. 2017). O cercetare recenta din literatura de specialitate pentru a determina riscurile zoonotice in acvaponica a concluzionat ca agentii patogeni din apa contaminata, sau agentii patogeni din componentele furajelor provenite de la animale cu sange cald, pot deveni asociate cu microbiota intestinului pestilor, care, chiar daca nu dauneaza pestilor insisi pot fi transmise oamenilor lantului alimentar (Antaki si Jay-Russell 2015). Astfel, mecanismele de introducere a agentilor patogeni intr-un sistem acvaponic sunt ingrijoratoare, cu cea mai probabila sursa de coliforme fecale sau alte bacterii patogene care provin din aporturile de hrana pentru pesti. Dintr-o perspectiva biologica, exista potentiale riscuri ca acesti agenti patogeni sa prolifereze fie in biofiltre, fie in sistemele cu o singura bucla, prin introducerea agentilor patogeni in aer din componentele plantei deschise inapoi in tancurile de peste. Desi riscurile de biosecuritate sunt scazute in spatiul de mediu relativ inchis al unui sistem acvaponic – in comparatie, de exemplu, cu acvacultura in iaz deschis – si sunt chiar mai mici in sistemul acvaponic decuplat, in care portiuni ale sistemului pot fi izolate, exista inca perceptia ca namolul de peste pot fi potential periculoase atunci cand sunt aplicate plantelor pentru consum uman. exista riscuri potentiale ale proliferarii acestor agenti patogeni fie in biofiltre, fie in sistemele cu o singura bucla, prin introducerea agentilor patogeni in aer din componentele plantei deschise inapoi in tancurile de peste. Desi riscurile de biosecuritate sunt scazute in spatiul de mediu relativ inchis al unui sistem acvaponic – in comparatie, de exemplu, cu acvacultura in iaz deschis – si sunt chiar mai mici in sistemul acvaponic decuplat, in care portiuni ale sistemului pot fi izolate, exista inca o perceptie ca namolul de peste pot fi potential periculoase atunci cand sunt aplicate plantelor pentru consum uman. exista riscuri potentiale ale proliferarii acestor agenti patogeni fie in biofiltre, fie in sistemele cu o singura bucla, prin introducerea agentilor patogeni in aer din componentele plantei deschise inapoi in tancurile de peste. Desi riscurile de biosecuritate sunt scazute in spatiul de mediu relativ inchis al unui sistem acvaponic – in comparatie, de exemplu, cu acvacultura in iaz deschis – si sunt chiar mai mici in sistemul acvaponic decuplat, in care portiuni ale sistemului pot fi izolate, exista inca o perceptie ca namolul de peste pot fi potential periculoase atunci cand sunt aplicate plantelor pentru consum uman.Escherichia coli ( E. coli ) este un agent patogen enteric uman care cauzeaza boli de origine alimentara, care a constituit o preocupare cheie in ceea ce priveste utilizarea deseurilor animale ca ingrasamant in agricultura sau acvacultura, de exemplu, sisteme integrate de porc-peste (Dang si Dalsgaard 2012). Cu toate acestea, in general nu se considera ca prezinta un risc in acvaponia plantelor de peste. De exemplu, Moriarty si colab. curve futute (2018) au demonstrat anterior ca tratamentul cu radiatii UV poate reduce cu succes E. colidar, de asemenea, a remarcat faptul ca coliformele detectate in sistemul acvaponic au fost la niveluri de fond si nu au proliferat pe pistele de pesti sau in salata cultivata hidroponic in cadrul sistemului experimental si, prin urmare, nu au prezentat un risc pentru sanatate. Exista cercetari limitate cu privire la aceste aspecte, dar cateva studii preliminare au descoperit riscuri foarte scazute de contaminare coliforma, de exemplu, prin faptul ca nu arata nicio diferenta in nivelurile coliforme din tratamentele de apa RAS sterilizate si nesterilizate aplicate plantelor (Pantanella et al. 2015 ). Chiar daca exista un risc potential de internalizare a microbilor in frunzele plantelor si, prin urmare, transmiterea lor catre portiunile consumate ale unor plante cu frunze comestibile cultivate in acvaponica,

Cu toate acestea, gestionarea riscurilor sau, mai important, gestionarea perceptiilor asupra acestor riscuri, ramane o prioritate ridicata pentru autoritatile guvernamentale si investitorii in acvaponie. Se presupune ca controlul calitatii aporturilor de furaje si manipularea atenta a pestilor / deseurilor de peste pot limita majoritatea acestor preocupari potentiale (Fox si colab. 2012). Intr-adevar, nu au fost raportate in prezent cunostinte despre sanatatea umana in legatura cu sistemul acvaponic si acest lucru poate fi o functie a faptului ca instalatiile RAS si serele hidroponice au de obicei masuri bune de biosecuritate, inclusiv practici de igiena si carantina care sunt respectate cu strictete . Practicile microbiologice recomandate pentru biosecuritate au fost evaluate pentru diferite sisteme de productie a acvaculturii si recomandari formulate in liniile directoare privind punctele critice de control pentru analiza pericolelor, un sistem international de control al sigurantei alimentelor (Orriss si Whitehead 2000). Cu toate acestea, este inca nevoie de o mai buna documentare stiintifica a riscurilor pentru transferul de agenti patogeni catre oameni si de cercetari directe in managementul in acest domeniu al productiei de acvaponie.

6.3.2 Agenti patogeni de peste si plante

Exista literatura specifica disciplinei in acvacultura, hidroponie si bioinginerie care poate ajuta la informarea si imbunatatirea performantei microbiene in acvaponica. De exemplu, comunitatile microbiene indeplinesc o gama larga de functii importante in sanatatea pestilor, inclusiv joaca un rol cheie in digestibilitatea si asimilarea furajelor, precum si in imunodulare, iar aceste functii, precum si rolul probioticelor in imbunatatirea sistemelor de acvacultura sunt bine -revizualizat (Akhter et al. escorte feminine 2015). Rolul microbilor in sistemele RAS este, de asemenea, bine acoperit, incluzand gestionarea microbiana a biofiltrelor, precum si cercetarea in controlul agentilor patogeni, precum si diverse tehnici de control al aromelor care provin din sistemele RAS (Rurangwa si Verdegem 2015). De asemenea, microbii din rizosfera plantelor sunt importanti pentru inradacinarea si cresterea plantelor (Dessaux si colab. 2016), dar si pentru controlul raspandirii agentilor patogeni in productia de plante hidroponice; aceste domenii sunt bine explorate intr-o recenzie recenta realizata de Bartelme si colab. (2018). Cu toate acestea, exista inca o intelegere foarte limitata a legaturilor din microbiom intre compartimentele sistemului acvaponic, cunostinte care sunt cruciale pentru maximizarea productivitatii si reducerea transferului de agenti patogeni.

Proliferarea agentilor patogeni oportuniste care sunt periculosi pentru sanatatea pestilor sau a plantelor sunt considerente importante in economia operatiunilor acvaponice, dat fiind ca orice utilizare a antibioticelor sau dezinfectantilor poate avea un efect potential daunator asupra functiei biofiltrului, precum si a relatiilor microbiene destabilizante din alte compartimente. a sistemului. Protocoalele de dezinfectie utilizate in mod obisnuit in RAS includ tratarea apei cu lumina ultravioleta (Elumalai si colab. 2017), care, combinata cu ozon (si de obicei o combinatie a ambelor), cuprinde o abordare abiotica de prima linie pentru mentinerea calitatii apei. Ouale / larvele de peste sunt, de asemenea, adesea in carantina inainte de a fi introduse si orice apa de admisie tratata, reducand astfel sursele potentiale directe de intrare a agentului patogen al pestilor in sistem.

Apa de intrare in RAS este, de asemenea, permisa de obicei sa se „maturizeze” in biofiltre inainte de a fi alimentata in sistemul de recirculare. Experimentele, de exemplu, au aratat ca inocularea unui pre-biofiltru cu un amestec de bacterii nitrificante si „hranirea” acestuia cu materie organica pana cand populatiile bacteriene se potrivesc cu capacitatea de transport a rezervoarelor de peste, inseamna ca apa rezervorului de crestere este mai putin probabila. sa fie instabil si depasit de bacterii oportuniste (Attramadal si colab. curve ieftine suceava 2016; Rurangwa si Verdegem 2015). Cu toate acestea, in cazul in care agentii patogeni devin problematici, utilizarea uneia dintre doze mari de tratamente UV, ozon, chimice sau antibiotice poate fi uneori necesara, desi o astfel de utilizare este in general perturbatoare pentru alte compartimente ale sistemului, in special pentru biofiltre (Blancheton si colab. 2013). Intr-adevar, in functie de doza si de locatia din sistem, tratamentele neselective pentru agentii patogeni pot favoriza de fapt proliferarea oportunistilor. De exemplu, un nivel ridicat de tratament cu ozon nu numai ca ucide bacteriile, protistii si virusii, ci si oxideaza DOM si afecteaza agregarea POM, exercitand astfel presiune de selectie asupra populatiilor bacteriene (ibid.).

O discutie detaliata a agentilor patogeni ai plantelor in sistemul acvaponic si controlul acestora este inclusa in cap. 14 si astfel nu se reitereaza aici. Cu toate acestea, este demn de remarcat faptul ca speciile de Bacillus sunt utilizate in mod obisnuit ca probiotice comerciale in acvacultura si exista dovezi din ce in ce mai mari ca speciile de Bacillus similare sunt eficiente si pentru plante, care sunt deja disponibile in unele solutii comerciale de probiotice pentru hidroponie (Shafi si colab. 2017) . Un studiu recent a extins astfel de studii asupra Bacillussa includa experimentarea in sistemul acvaponic (Cerozi si Fitzsimmons 2016b). Locatia in care sunt introduse probioticele – in pesti, plante sau biofiltre – poate fi importanta, dar din lucrarile existente nu este clar daca adaugarea de probiotice in componenta pestelui, cu beneficii potentiale pentru pesti, are si efecte mai bune asupra cresterea si sanatatea plantelor in raport cu adaugarea unor niveluri similare de probiotice direct in compartimentul hidroponic.

In plus fata de probioticele de aplicare standard, exista o varietate de tehnici inovatoare pentru biocontrol care, in viitor, pot deveni din ce in ce mai valoroase pentru reducerea prezentei si proliferarii microbilor daunatori. Intr-un studiu recent, izolatele bacteriene au fost selectate dintr-un sistem acvaponic stabilit pe baza capacitatii lor de a exercita efecte inhibitoare atat asupra agentilor patogeni fungici ai pestilor, cat si ai plantelor. matrimoniale gratis Scopul a fost cultivarea acestor izolate ca inoculi care ar putea actiona ulterior ca controale biologice pentru bolile din acel sistem acvaponic (Sirakov si colab. 2016). De exemplu, Sirakov si colab. a demonstrat ca un Pseudomonas sp. ca au izolat a fost eficient ca biocontrol pentru fungii patogeni Saprolegnia parasitica la pesti si Pythium ultimumde plante. Cercetatorii au raportat, de asemenea, inhibarea in vitro a unei varietati de alte izolate bacteriene din diferitele compartimente acvaponice, dar fara a testa efectele lor in vivo. Potentialul de utilizare a unor astfel de izolate ca martori biologici nu este nou, dar aplicatiile tehnicilor NGS pot dezvalui acum mai multe despre interactiunile acestor izolate intre ele si cu potentiali agenti patogeni, facand astfel posibila optimizarea eficientei livrarii. Utilizarea altor tehnici „omice” ar putea ajuta la dezvaluirea structurii generale a comunitatii si a functiilor metabolice asociate si ar incepe sa elucideze ce organisme si functii sunt cele mai benefice. In viitor, astfel de tehnici ar putea permite selectarea „tulpinilor de ajutor” in cadrul comunitatilor microbiene sau identificarea exsudatilor care au efecte antimicrobiene (Massart et al. 2015).

6.4 Echilibrul si imbunatatirea microbiana in unitatile Aquaponics

Productivitatea in sistemul acvaponic implica monitorizarea si gestionarea parametrilor de mediu pentru a oferi fiecarei componente, fie ea microbiana, animala sau vegetala, conditii optime de crestere. Desi acest lucru nu este intotdeauna posibil, avand in vedere compromisurile in cerinte, unul dintre obiectivele cheie ale acvaponiei se invarte in jurul conceptului de homeostaza, in care mentinerea stabilitatii sistemului implica ajustarea parametrilor operationali pentru a minimiza perturbatiile inutile care cauzeaza stres intr-o unitate sau sunt daunatoare efecte asupra altor componente. Cu ansambluri microbiene in continua schimbare, homeostazia nu implica niciodata o stare permanenta de echilibru, ci mai degraba un obiectiv de a atinge cat mai multa stabilitate posibil, in special in cadrul parametrilor de calitate a apei. learning curve traducere

Un RAS cuplat la un sistem hidroponic va fi in continua schimbare, dar in cadrul acestei configuratii, componenta RAS ramane relativ stabila, in special in sistemele decuplate (Goddek si Korner 2019). Sistemul hidroponic, pe de alta parte, tinde sa fie mai neregulat in ceea ce priveste calitatea apei, deoarece plantele sunt adesea recoltate in moduri discontinue si rareori in sincronie cu productia de peste.

In faza initiala de pornire a oricarui sistem acvaponic, calitatea apei – in special in ceea ce priveste comunitatile microbiene din biofiltre – este o preocupare si, pentru a minimiza proliferarea bacteriilor oportuniste, o practica de rutina a fost aceea de a permite maturarea microbiana a apei de intrare inainte de introducerea sa in RAS, adaugarea de peste numai dupa ce capacitatea biofiltrelor se potriveste cu capacitatea de incarcare a tancurilor de crestere la o anumita densitate de stocare (Blancheton si colab. 2013).



  • 3xforum matrimoniale
  • escorte de noapte
  • galati escorte
  • escorte vip bucuresti
  • dame de companie mature din bucuresti
  • dame de companie sibiu
  • matrimoniale casatorie femei
  • escorte publi
  • dame de companie bistrita
  • escorte ieftine constanta
  • curve drumul taberei bucuresti
  • escorte lux constanta
  • matrimoniale ialomita
  • curve publi 24
  • matrimoniale republica moldova femeie
  • escorte navodari
  • matrimoniale mioveni
  • escorte resita
  • dame de companie bals
  • dame de companie din sighisoara





O practica similara se observa in hidroponie, unde cel putin o portiune de apa reciclata este utilizata pentru a inocula o noua cultura, dat fiind ca comunitatile microbiene mature au nevoie de timp pentru a se dezvolta si introducerea tuturor rezultatelor noi ale apei in perioade lungi de intarziere. Astfel de practici duc la o stabilitate mai mare in conditiile culturii si la o productivitate mai mare. De exemplu,

6.5 Rolurile bacteriene in ciclul nutrientilor si biodisponibilitatea

Au fost efectuate cercetari considerabile pentru a caracteriza bacteriile heterotrofe si autotrofe din sistemele RAS si pentru a intelege mai bine rolurile lor in mentinerea calitatii apei si ciclul nutrientilor (pentru recenzii, vezi Blancheton si colab. (2013); Schreier si colab. (2010). -heterotrofe patogene, dominate de obicei de Alphaproteobacterii si Gammaproteobacterii, tind sa prospere in biofiltre, iar contributiile lor la transformarile azotului sunt destul de bine intelese, deoarece ciclul azotului (NC) a avut o importanta capitala in dezvoltarea sistemelor de recirculare a culturii (Timmons si Ebeling 2013). De multa vreme s-a recunoscut ca transformarea bacteriana a amoniacului excretat de pesti intr-un sistem RAS trebuie sa fie potrivita cu ratele de excretie, deoarece excesul de amoniac devine rapid toxic pentru pesti (vezi Cap. 9). Prin urmare, in RAS de apa dulce si marina, rolurile functionale ale comunitatilor microbiene in dinamica NC – nitrificarea, denitrificarea, amonificarea, oxidarea anaeroba a amoniului si reducerea disipatiei nitratilor – au primit o atentie considerabila de cercetare si sunt bine descrise in recenziile recente (Rurangwa si Verdegem 2015; Schreier et al. publi24 matrimoniale sibiu 2010).

Dupa azot, cel de-al doilea macronutrienti esentiali in acvaponica este fosforul, care nu este un factor limitativ pentru pestii care il dobandesc din furaje, dar este crucial pentru plantele din hidroponie. Cu toate acestea, formele de fosfat din deseurile de peste nu sunt imediat biodisponibile pentru plante. Plantele trebuie sa aiba cantitati adecvate de ortofosfat ionic anorganic (H2PO4− si HPO42− = Pi) (Becquer si colab. 2014), deoarece aceasta este singura forma biodisponibila pentru absorbtie si asimilare. Fosfatul anorganic se leaga de calciu peste pH 7,0, deci sistemul acvaponic trebuie sa fie atent pentru a mentine conditiile de pH aproape de pH 7,0. Pe masura ce valorile pH-ului cresc peste 7,0, diferite forme insolubile de fosfat de calciu pot ajunge ca precipitate in namol (Becquer si colab. 2014; Siebielec si colab. 2014). Prin urmare, pierderile RAS de P se datoreaza in principal eliminarii namolului din sistem (Van Rijn 2013). In orice caz, undeva in sistemul acvaponic, particulele trebuie capturate si lasate sa se mineralizeze pentru a asigura o cantitate suficienta de nutrienti utilizabili pentru culturile din unitatea de hidroponie. Etapa de mineralizare va elibera, de asemenea, alti macro- si micronutrienti, astfel incat sa existe mai putine deficiente, reducand astfel necesitatea suplimentarii in compartimentul hidroponic. Avand in vedere ca rezervele mondiale de ingrasaminte bogate in fosfati sunt in scadere si suplimentarea cu P este din ce in ce mai costisitoare, se fac eforturi pentru a maximiza recuperarea P din namolul RAS (Goddek si colab. 2016b; Monsees si colab. futai si curve 2017). Etapa de mineralizare va elibera si alti macro- si micronutrienti, astfel incat sa existe mai putine deficiente, reducand astfel necesitatea suplimentarii in compartimentul hidroponic. Avand in vedere ca aprovizionarea mondiala cu ingrasaminte bogate in fosfati scade si suplimentarea cu P este din ce in ce mai costisitoare, se fac eforturi pentru a maximiza recuperarea P din namolul RAS (Goddek si colab. 2016b; Monsees si colab. 2017). Etapa de mineralizare va elibera, de asemenea, alti macro- si micronutrienti, astfel incat sa existe mai putine deficiente, reducand astfel necesitatea suplimentarii in compartimentul hidroponic. Avand in vedere ca rezervele mondiale de ingrasaminte bogate in fosfati sunt in scadere si suplimentarea cu P este din ce in ce mai costisitoare, se fac eforturi pentru a maximiza recuperarea P din namolul RAS (Goddek si colab. 2016b; Monsees si colab. 2017).

Biodisponibilitatea macro si micronutrientilor este in prezent slab inteleasa. Cercetarile anterioare (Cerozi si Fitzsimmons 2016a) sugereaza ca disponibilitatea substantelor nutritive devine compromisa, deoarece pH-ul este redus sub 7,0 si a condus la un sistem hidroponic cuplat pentru verdele cu frunze care functioneaza in jurul valorii de pH 6,0. Cu toate acestea, cercetari recente care compara conditiile acvaponice si pH-ul 7,0 cu conditiile hidroponice ale pH-ului 5,8 nu au aratat nicio diferenta in productivitate (Anderson si colab. 2017a, b). In aceste studii, conditiile hidroponice la pH 7,0 au redus productivitatea cu ~ 22% comparativ cu pH-ul hidroponic 5,8. curve in timisoara Initial, ipoteza a fost ca diferentele de productivitate ar putea fi atribuite microbiotei apei acvaponice, dar cercetarile ulterioare au respins aceasta teorie (Wielgosz si colab. 2017).

In RAS unde raporturile C: N cresc datorita disponibilitatii materiei organice, bacterii denitrifiante, in special Pseudomonassp., utilizati carbonul ca donator de electroni in conditii anoxice, pentru a produce N2 in detrimentul nitratilor (Schreier si colab. 2010; Wongkiew si colab. 2017). Sistemele Biofloc sunt uneori folosite pentru a spori hrana pentru pesti (Crab si colab. 2012; Martinez-Cordova si colab. 2015), iar bioflocul este din ce in ce mai utilizat in sistemul acvaponic, in special in Asia (Feng si colab. 2016; Kim si colab. 2017; Li si colab. 2018). Cand bioflocul este utilizat in acvaponica (da Rocha si colab. 2017; Pinho si colab. matrimoniale bucurești 2017), ciclul nutrientilor devine si mai complex, avand in vedere ca DO, temperatura si pH-ul influenteaza indiferent daca comunitatile microbiene heterotrofe (care utilizeaza carbon) predomina asupra denitrificatorilor autotrofi care sunt capabil sa reduca sulfura in sulfat (Schreier si colab. 2010). Heterotrofii tind sa aiba o rata de crestere mai mare decat autotrofii in prezenta unor surse adecvate de carbon (Michaud si colab. 2009); prin urmare, manipularea tipului sau regimurilor de hrana sau adaugarea directa a unei surse de carbon organic, in timp ce monitorizeaza nivelurile de oxigen dizolvat, poate ajuta la mentinerea populatiilor echilibrate, oferind in acelasi timp hidroponica cu N intr-o forma utilizabila (Vilbergsson si colab. 2016a).

In sistemul hidroponic, ciclul nutrientilor a fost mai putin bine studiat, deoarece compusii anorganici care contin echilibrul necesar de nutrienti sunt de obicei adaugati pentru a asigura o crestere adecvata a plantelor. Cu toate acestea, concentratiile ridicate de nutrienti, in special in medii calde umede, cum ar fi sere, faciliteaza cu usurinta cresterea comunitatilor microbiene, in special fitopatogeni precum ciuperci ( Fusarium ) si oomycota ( Phytophthora , Pythiumsp.), care se poate raspandi rapid in apa in circulatie si poate duce la deces (Lee si Lee 2015). Eforturile recente de a intelege mai bine rizobacteriile hidroponice si efectele lor benefice in promovarea cresterii plantelor (dar si pentru inhibarea proliferarii agentilor patogeni) au folosit diverse tehnici „omice” pentru a analiza comunitatile microbiene si interactiunile acestora cu sistemele radiculare (Lee si Lee 2015).

De exemplu, atunci cand bacteriile probiotice, cum ar fi Bacillus, sunt prezenti, s-a dovedit ca sporeste disponibilitatea P si, de asemenea, par sa aiba un efect suplimentar de promovare a cresterii plantelor intr-un sistem de salata tilapia (Cerozi si Fitzsimmons 2016b). In sistemul acvaponic, adaugarea de probiotice la hrana pestilor si a apei RAS, precum si la alimentarea cu apa hidroponica, merita o experimentare suplimentara, deoarece comunitatile microbiene pot avea efecte modulatorii multiple asupra fiziologiei plantelor. De exemplu, comunitatile microbiene (bacterii, ciuperci, oomicete) din patru culturi alimentare au fost analizate prin secventierea metagenomica atunci cand au fost mentinute intr-un sistem hidroponic constant cu film nutritiv, unde pH-ul si concentratiile nutritive au fost permise sa fluctueze in mod natural pe parcursul ciclului de viata al plantelor (Sheridan et. al. 2017). anker soundbuds curve Autorii au concluzionat ca tratamentul cu un amestec comercial de microbi care promoveaza cresterea plantelor (PGPM), in acest caz, bacteriile, micorizele si ciupercile, par sa confere stabilitate si similitudini mai mari in compozitia comunitatii dupa 12-14 saptamani decat in ​​martori. Ei sugereaza ca acest lucru ar putea fi atribuit exsudatelor de radacina, care se presupune ca favorizeaza si chiar controleaza dezvoltarea comunitatilor microbiene adecvate etapelor succesive de dezvoltare a plantelor. Avand in vedere efectele cunoscute ale PGPM in productia de culturi pe baza de sol si putinele studii disponibile pentru sistemele fara sol, investigatiile suplimentare sunt justificate pentru a determina cum sa se imbunatateasca PGPM-urile si pentru a imbunatati efectele acestora in sistemul acvaponic (Bartelme si colab. 2018). Daca culturile hidroponice sunt mai stabile si cresterea plantelor este mai robusta cu PGPM,

6.6 Solide suspendate si namol

Parametrii pentru actionarea acvaponiei la o anumita scara – inclusiv volumul de apa, temperatura, debitul de alimentare si debit, pH-ul, varstele si densitatile pestilor si culturilor – toate afecteaza distributia temporala si spatiala a comunitatilor microbiene care se dezvolta in compartimentele sale, pentru recenzii: RAS (Blancheton si colab. 2013); hidroponie (Lee si Lee 2015).

Pe langa controlul oxigenului dizolvat, al nivelului de dioxid de carbon si al pH-ului in acvaponica, este esential sa se controleze acumularea de solide in sistemul RAS, deoarece particulele fine suspendate pot adera la branhii, pot provoca abraziune si suferinta respiratorie si pot creste susceptibilitatea la boli (Yildiz et al. 2017). Mai relevant, materia organica sub forma de particule (POM) trebuie indepartata rapid si eficient din sistemele RAS, altfel cresterea heterotrofa excesiva va provoca esecul aproape tuturor proceselor unitare. Viteza de alimentare RAS trebuie gestionata cu atentie pentru a minimiza incarcarea solidelor pe sistem (de exemplu, evitati supraalimentarea si reduceti costurile de alimentare). Proprietatile biofizice ale furajelor – dimensiunea particulelor, continutul de nutrienti, digestibilitatea, atractia senzoriala, densitatea si rata de sedimentare – determina ratele de ingestie si asimilare, care la randul lor au un impact asupra acumularii de solide si deci a calitatii apei. Desi calitatea apei este frecvent studiata in contextul ciclului nutrientilor (vezi Cap. 9), este de asemenea important sa se obtina o mai buna intelegere a compozitiei comunitatilor microbiene si a modificarilor acestora in functie de compozitia furajelor, incarcarea particulelor si modul in care aceasta influenteaza cresterea comunitatilor bacteriene heterotrofe si autotrofe. curve pe tocuri

Diverse caracteristici ale proiectelor de sistem RAS au fost dezvoltate special pentru a face fata solidelor (Timmons si Ebeling 2013); vezi si recenzia: (Vilbergsson si colab. 2016b). De exemplu, unele biofiltre functioneaza pentru a mentine portiuni substantiale de deseuri suspendate pentru a facilita degradarea, in timp ce altele filtreaza mecanic prin ecrane sau medii granulare. Altii inca se bazeaza pe sedimentare pentru a colecta si indeparta pur si simplu namolul. Cu toate acestea, astfel de metode nu sunt deosebit de eficiente pentru recuperarea substantelor nutritive din namol si pentru ao face biodisponibila pentru utilizarea plantelor. Din punct de vedere istoric, acest namol a fost manipulat in bioreactoare pentru valoarea sa metanogena sau deshidratat pentru a fi folosit ca ingrasamant pentru culturile pe baza de sol, dar diferite modele mai noi au incercat sa imbunatateasca recuperarea pentru utilizarea in componenta hidroponica. Imbunatatirea recuperarii acestui namol este un domeniu important de investigatie, avand in vedere ca o parte semnificativa din macro- si micronutrientii esentiali necesari cresterii plantelor sunt legati de materia organica sub forma de particule, care, daca este aruncata, se pierde din sistem. Prin adaugarea unei bucle suplimentare de reciclare a namolului la sistemul acvaponic, deseurile solide pot fi convertite in substante nutritive dizolvate pentru reutilizare de catre plante, mai degraba decat aruncate (Goddek si colab. 2018). Digestorii sau bioreactoarele remineralizante sunt o modalitate de a realiza acest lucru, cu toate acestea, unul dintre domeniile cheie care este in prezent subdezvoltat include cunoasterea modului in care comunitatile microbiene din aceste digestoare de namol pot fi imbunatatite (de exemplu prin adaugarea de microbi) sau mai bine utilizate (de exemplu printr-o proiectare mai buna a reactoarelor legate) pentru a recupera nutrientii in forme biodisponibile pentru plante. Chiar daca comunitatile microbiene actuale din cadrul digestoarelor de namol nu au fost bine cercetate pentru acvaponica, exista o literatura considerabila cu privire la microbiota digestoarelor de namol pentru canalizarea si deseurile de animale din agricultura, inclusiv efluentii de pesti, care pot oferi o perspectiva suplimentara asupra modelelor ideale pentru recuperarea namolului in sistemul acvaponic. Cercetarile actuale privind incorporarea namolului in sistemul acvaponic implica remineralizarea in digestoare situate intre RAS si unitatea hidroponica (Goddek si colab. 2016a, 2018). In cadrul bioreactoarelor aerobe sau anaerobe, conditiile de mediu care sunt favorabile degradarii deseurilor pot descompune in mod eficient acest namol in nutrienti biodisponibili, care poate fi ulterior livrat sistemului hidroponic fara prezenta solului (Monsees si colab. nr telefon curve 2017). Multe sisteme acvaponice cu o singura bucla includ deja digestoare aerobe (Rakocy si colab. 2004) si anaerobe (Yogev si colab. 2016) pentru a transforma substantele nutritive care sunt prinse in namolul de peste si a le face biodisponibile pentru plante. Capacitatea de a le desparti are o serie de avantaje care sunt discutate in continuare in Cap. 8 si pare sa conduca la rate mai mari de crestere (Goddek si Vermeulen 2018). Cu toate acestea, in ciuda numeroaselor progrese, tehnologia actuala pentru a realiza acest lucru ramane o provocare. De exemplu, unele bacterii denitrifiante heterotrofe cultivate in conditii anoxice sau chiar aerobe cu namol din RAS vor folosi azotatul ca receptor de electroni si surse de carbon oxidat pentru energie, in timp ce depoziteaza excesul de P ca polifosfat impreuna cu ioni metalici divalenti precum Ca + 2 sau Cu + 2. Cand sunt stresate la pH alcalin, aceste bacterii degradeaza polifosfatul si elibereaza ortofosfat, care este forma necesara pentru asimilarea fosfatului de catre plante (Van Rijn si colab. 2006). Inserarea unitatilor bioreactoare de remineralizare, precum cele din Goddek si colab. (2018), ar putea oferi o modalitate de a recupera mai bine P pentru hidroponie. Metode similare au fost, de exemplu, folosite cu namol de pastrav dintr-un RAS care a fost tratat pentru continut de nitrati si P care depaseste limitele admise de eliminare (Goddek si colab. 2015). dame de companie sector 3 Cu toate acestea, comunitatile microbiene implicate in aceste procese sunt sensibile la conditiile de cultura, cum ar fi raporturile C: N, oxigenare, ioni metalici si pH, astfel incat nitritii si alti intermediari nocivi se pot acumula. In ciuda unei largi bibliografii cu privire la digestorii diverselor deseuri organice, in primul rand anaerobe pentru producerea de biogaz (Ibrahim et al. 2016), exista mult mai putine cercetari privind tratarea deseurilor RAS (Van Rijn 2013) si, in cazul sistemului acvaponic, chiar mai putin disponibile cercetari despre relatia dintre biodisponibilitatea nutrientilor si cresterea culturilor in sistemul hidroponic (Moller si Muller 2012). In acest moment, mai multe studii asupra bioreactoarelor de namol RAS ar putea oferi informatii importante asupra conditiilor de cultura pentru populatiile microbiene care produc rezultate favorabile, de exemplu, asupra recuperarii P si introducerea acestuia in unitati hidroponice. cercetari si mai putin disponibile despre relatia dintre biodisponibilitatea nutrientilor si cresterea culturilor in sistemul hidroponic (Moller si Muller 2012). In acest moment, mai multe studii asupra bioreactoarelor de namol RAS ar putea oferi informatii importante despre conditiile de cultura pentru populatiile microbiene care produc rezultate favorabile, de exemplu, privind recuperarea P si introducerea acestuia in unitati hidroponice. chiar mai putine cercetari disponibile despre relatia dintre biodisponibilitatea nutrientilor si cresterea culturilor in sistemul hidroponic (Moller si Muller 2012). In acest moment, mai multe studii asupra bioreactoarelor de namol RAS ar putea oferi informatii importante asupra conditiilor de cultura pentru populatiile microbiene care produc rezultate favorabile, de exemplu, asupra recuperarii P si introducerea acestuia in unitati hidroponice.

Una dintre provocarile actuale in eforturile de evaluare a recuperarii P din namol apare atunci cand se compara studiile cu digestori anaerobi si aerobi pentru eficacitatea lor (Goddek si colab. 2016b; Monsees si colab. 2017). Desi ambele studii au folosit initial o compozitie similara a namolului, rezultatele au fost destul de diferite. Intr-un studiu (Monsees si colab. 2017), masuratorile diferitilor nutrienti solubili in tratamentele aerobice au dus la o crestere de 330% a concentratiei de P si o scadere de 16% a concentratiei de nitrati comparativ cu cresteri minore de P si o scadere de 97% a tratamente anaerobe. publi 24 matrimoniale vaslui In schimb, rezultatele unui studiu similar (Goddek si colab. 2016b) au aratat ca cresterea plantelor de salata intr-o unitate hidroponica a fost superioara folosind supernatantul anaerob, chiar daca atat tratamentele anaerobe, cat si cele aerobe au dus doar la o recuperare putin mai buna a nitratilor din conditiile anaerobe si la pierderea aproape completa a PO4 din ambele tratamente (Goddek si colab. 2016b). Evident, factori precum compozitia si ratele furajelor, suspensia versus decantarea solidelor, pH-ul (mentinut la 7 ± 1 cu CaOH2 in primul si variabilul 8.2-8.65 in cel din urma), esantionarea si tulpinile de pesti au diferit in aceste doua studii. Cu toate acestea, rezultatele contrastante pentru PO4 si NO3 indica necesitatea unor cercetari suplimentare pentru optimizarea recuperarii nutrientilor, cu adaugarea unei abordari metagenomice pentru a caracteriza comunitatile microbiene, astfel incat sa inteleaga mai bine rolul lor in aceste procese. suspensia versus decantarea solidelor, pH-ul (mentinut la 7 ± 1 cu CaOH2 in primul si variabilul 8.2-8.65 in cel din urma), esantionarea si tulpinile de pesti au diferit in aceste doua studii. Cu toate acestea, rezultatele contrastante pentru PO4 si NO3 indica necesitatea unor cercetari suplimentare pentru optimizarea recuperarii nutrientilor, cu adaugarea unei abordari metagenomice pentru a caracteriza comunitatile microbiene, astfel incat sa inteleaga mai bine rolul lor in aceste procese. suspensia versus decantarea solidelor, pH-ul (mentinut la 7 ± 1 cu CaOH2 in primul si variabilul 8.2-8.65 in cel din urma), esantionarea si tulpinile de pesti au diferit in aceste doua studii. escorte london Cu toate acestea, rezultatele contrastante pentru PO4 si NO3 indica necesitatea unor cercetari suplimentare pentru optimizarea recuperarii nutrientilor, cu adaugarea unei abordari metagenomice pentru a caracteriza comunitatile microbiene, astfel incat sa inteleaga mai bine rolul lor in aceste procese.

6.7 Concluzii

Fost domeniul producatorilor la scara mica, progresele tehnologice muta din ce in ce mai mult acvaponica in productia comerciala la scara mai mare, concentrandu-se pe recuperarea imbunatatita a macro si micronutrientilor, oferind in acelasi timp inovatii tehnice pentru a reduce necesarul de apa si energie. Cu toate acestea, extinderea acvaponiei la scara industriala necesita o intelegere si o intretinere mult mai buna a ansamblurilor microbiene si punerea in aplicare a unor masuri puternice de biocontrol care favorizeaza sanatatea si bunastarea atat a pestilor, cat si a culturilor, respectand in acelasi timp standardele de siguranta alimentara pentru om consum. Sunt necesare cercetari suplimentare privind biocontrolul agentilor patogeni microbieni in acvaponica, inclusiv potentiali agenti patogeni umani, pesti si plante, in lumina sensibilitatii acestor sisteme la perturbare, si faptul ca utilizarea substantelor chimice si a antibioticelor poate avea efecte profunde asupra populatiilor microbiene, a fiziologiilor pestilor si a plantelor, precum si asupra functionarii generale a sistemului. Elucidarea interactiunilor microbiene poate imbunatati productivitatea sistemului acvaponic, avand in vedere rolul crucial al microbilor in conversia materiei organice in forme utilizabile care pot permite pestilor si plantelor sa prospere.