Produksi pangan skala kecil di Aquaponics- Proses biologi -(Bagian 2)

Bangunan dari awal penjelasan mengenai aquaponics dalam Bab 1, Bab ini membahas proses-proses biologis yang terjadi dalam unit aquaponic. Pertama, bab menjelaskan konsep-konsep utama dan proses yang terlibat, termasuk proses nitrifikasi. Kemudian mengkaji peran penting bakteri dan proses-proses biologis mereka kunci. Akhirnya, ada diskusi tentang pentingnya menyeimbangkan ekosistem aquaponic yang terdiri dari ikan, tumbuhan dan bakteri, termasuk bagaimana ini bisa dicapai sambil mempertahankan satuan aquaponic dari waktu ke waktu

2.1 Pentingnya Komponen Biologis  pada  AQUAPONICS 

 seperti dijelaskan dalam Bab 1, aquaponics adalah bentuk Pertanian terpadu yang menggabungkan dua besar teknik, budidaya dan hidroponik. Dalam satu unit terus sirkulasi, budaya air keluar tangki ikan yang mengandung limbah metabolik ikan. Air pertama melewati filter mekanis yang menangkap limbah padat, dan kemudian melewati biofilter yang mengoksidasi amonia menjadi nitrat. Air lalu perjalanan melalui tanaman tumbuh tempat tidur dimana tanaman penyerapan nutrisi, dan akhirnya air kembali, disucikan, untuk tangki ikan (gambar 2.1). Biofilter menyediakan habitat bagi bakteri untuk mengubah limbah ikan diakses nutrisi bagi tanaman. Nutrisi ini, yang larut dalam air, kemudian diserap oleh tanaman. Proses penghapusan hara membersihkan air, mencegah air dari menjadi beracun dengan bentuk-bentuk yang berbahaya nitrogen (amonia dan nitrit), dan memungkinkan ikan, tumbuhan, dan bakteri untuk berkembang bersimbiosis. Dengan demikian, Semua organisme bekerja sama untuk menciptakan lingkungan yang sehat dan berkembang untuk satu sama lain, asalkan sistem benar seimbang.

.

2.1.1 siklus nitrogen 

 proses biologis yang paling penting dalam aquaponics adalah proses nitrifikasi, yang merupakan komponen penting dari keseluruhan siklus nitrogen terlihat di alam. Nitrogen (N) adalah unsur kimia dan blok bangunan penting untuk semua bentuk kehidupan. Ini terdapat di semua asam amino, yang membuat semua protein yang penting bagi banyak proses-proses biologis kunci untuk hewan seperti peraturan enzim, cell signalling dan membangun struktur. Nitrogen merupakan nutrisi anorganik paling penting untuk semua tanaman. Nitrogen, dalam bentuk gas, adalah benar-benar unsur paling berlimpah hadir di atmosfer bumi yang membuat sekitar 78 persen dari itu, dengan oksigen hanya membuat 21 persen

Namun, meskipun nitrogen menjadi begitu berlimpah, itu hanya hadir di atmosfer sebagai molekul nitrogen (N2), yang triple ikatan yang sangat stabil atom nitrogen dan tidak dapat diakses tanaman. Oleh karena itu, nitrogen dalam bentuk N2 harus berubah sebelum tanaman menggunakannya untuk pertumbuhan. Proses ini disebut fiksasi nitrogen. Ini adalah bagian dari siklus nitrogen (gambar 2.2), yang dilihat di seluruh alam (gambar 2.3). Nitrogenfixation yang difasilitasi oleh bakteri yang secara kimiawi mengubah N2 dengan menambahkan unsur lain seperti hidrogen atau oksigen, sehingga menciptakan senyawa kimia baru seperti amonia (NH3) dan nitrat (NO3 –) bahwa tanaman dapat dengan mudah menggunakan. Juga, nitrogen atmosfer dapat diperbaiki melalui proses produksi energi-intensif yang dikenal sebagai proses Haber, digunakan untuk memproduksi pupuk sintetis. Hewan yang diwakili dalam gambar 2.3 menghasilkan limbah (kotoran dan urin) yang sebagian besar terdiri dari amonia (NH3). Lain bahan organik membusuk yang ditemukan di alam, seperti tanaman mati atau hewan, dipecah oleh jamur dan bakteri yang berbeda kelompok menjadi amonia. Ini amonia dimetabolisme oleh kelompok tertentu bakteri, yang sangat penting untuk aquaponics, disebut Bakteri nitrifikasi. Bakteri ini pertama mengkonversi amonia menjadi nitrit senyawa (NO2-) dan kemudian akhirnya menjadi nitrat senyawa (NO3-). Tanaman dapat menggunakan amonia dan nitrat untuk melakukan proses pertumbuhan mereka, tetapi nitrat lebih mudah diasimilasi oleh akar mereka.

.

Bakteri nitrifikasi, yang tinggal di lingkungan yang beragam seperti tanah, pasir, air dan udara, adalah komponen penting dari proses nitrifikasi yang mengubah tanaman dan hewan limbah ke diakses nutrisi bagi tanaman. 2.4 angka menunjukkan proses yang sama seperti yang diilustrasikan pada gambar 2.3, tetapi mencakup alur lebih kompleks yang menampilkan semua tahapan siklus nitrogen. Proses alami nitrifikasi oleh bakteri yang terjadi di tanah juga berlangsung di air dengan cara yang sama. Untuk aquaponics, limbah hewan adalah ikan guano dirilis dalam tangki budaya. Nitrifying bakteri yang hidup di tanah juga secara alami akan menetapkan di dalam air atau pada setiap permukaan basah, mengkonversi amonia dari limbah ikan menjadi nitrat mudah berasimilasi untuk tanaman yang menggunakan. Nitrifikasi dalam sistem aquaponic memberikan nutrisi bagi tanaman dan menghilangkan amonia dan nitrit yang beracun (gambar 2.5)

BIOFILTER 2.2 

 Nitrifying bakteri penting untuk fungsi keseluruhan unit aquaponic. Bab 4 menggambarkan bagaimana biofilter komponen untuk setiap metode aquaponic bekerja, dan Bab 5 menggambarkan kelompok bakteri yang berbeda yang beroperasi di unit aquaponic. Dua kelompok utama Bakteri nitrifikasi yang terlibat dalam proses nitrifikasi: 1) amonia-oksidasi bakteri (AOB), dan 2) nitrit-oksidasi bakteri (NOB) (gambar 2.6). Mereka memetabolisme amonia dalam urutan sebagai berikut: 1. AOB bakteri mengkonversi amonia (NH₃) menjadi nitrit (NO₂-) 2. NOB bakteri kemudian mengubah nitrit (NO₂-) menjadi nitrat (NO₃-)

.

Seperti yang ditunjukkan dengan simbol kimia, AOB mengoksidasi (menambahkan oksigen ke) amonia dan menciptakan nitrit (NO₂-) dan NOB lebih lanjut mengoksidasi nitrit (NO₂-) menjadi nitrat (NO₃-). Genus Nitrosomonas AOB paling umum di aquaponics, dan genus Nitrobacter NOB paling umum; nama-nama ini sering digunakan secara bergantian dalam literatur dan digunakan di seluruh publikasi ini. Singkatnya, ekosistem dalam aquaponic unit benar-benar bergantung pada bakteri. Jika bakteri tidak hadir atau jika mereka tidak berfungsi dengan benar, konsentrasi amonia dalam air akan membunuh ikan. Sangat penting untuk menjaga dan mengelola sebuah koloni bakteri sehat dalam sistem setiap saat untuk menjaga tingkat amonia mendekati nol.

2.3 mempertahankan KOLONI bakteri sehat 

 parameter utama yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri yang harus dipertimbangkan ketika mempertahankan biofilter sehat cukup luas permukaan dan kondisi air yang tepat. Seperti yang ditunjukkan dengan simbol kimia, AOB mengoksidasi (menambahkan oksigen ke) amonia dan menciptakan nitrit (NO₂-) dan NOB lebih lanjut mengoksidasi nitrit (NO₂-) menjadi nitrat (NO₃-). Genus Nitrosomonas AOB paling umum di aquaponics, dan genus Nitrobacter NOB paling umum; nama-nama ini sering digunakan secara bergantian dalam literatur dan digunakan di seluruh publikasi ini. Singkatnya, ekosistem dalam aquaponic unit benar-benar bergantung pada bakteri

Jika bakteri tidak hadir atau jika mereka tidak berfungsi dengan benar, konsentrasi amonia dalam air akan membunuh ikan. Sangat penting untuk menjaga dan mengelola sebuah koloni bakteri sehat dalam sistem setiap saat untuk menjaga tingkat amonia mendekati nol. 2.3 menjaga sehat BACTERIAL COLONY parameter utama yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri yang harus dipertimbangkan ketika mempertahankan biofilter sehat cukup luas permukaan dan kondisi air yang tepat. 2.3.1 luas permukaan bakteri koloni akan berkembang pada materi, seperti akar tanaman, sepanjang dinding tangki ikan dan di dalam pipa tumbuh masing-masing. Tersedia total luas tersedia untuk bakteri ini akan menentukan amonia berapa banyak mereka dapat memetabolisme. Tergantung pada desain biomassa dan sistem ikan, akar tanaman dan tank dinding dapat menyediakan ruang yang memadai. Sistem dengan ikan tinggi kaus kepadatan memerlukan komponen terpisah Biofiltrasi mana material dengan area permukaan yang tinggi terkandung, seperti sebagai inert tumbuh media-kerikil, tuff atau tanah liat diperluas (gambar 2.7).

.

2.3.2 air pH pH adalah seberapa asam atau dasar air adalah. Tingkat pH air memiliki dampak pada kegiatan biologis bakteri nitrifying dan kemampuan mereka untuk mengkonversi amonia dan nitrit (gambar 2.8). Rentang untuk dua kelompok nitrifying di bawah ini telah diidentifikasi sebagai ideal, namun literatur pertumbuhan bakteri juga menunjukkan berbagai toleransi yang jauh lebih besar (6-8.5) karena kemampuan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungannya. Namun, untuk aquaponics, berbagai pH yang lebih tepat adalah 6-7 karena rentang ini lebih baik untuk tanaman dan ikan (Bab 3 membahas kompromi pada parameter kualitas air). Selain itu, kehilangan efisiensi bakteri dapat mengimbangi dengan memiliki banyak bakteri, sehingga biofilters harus berukuran sesuai.

2.3.3 temperatur suhu air merupakan parameter penting untuk bakteri, dan aquaponics secara umum. Kisaran suhu ideal bagi pertumbuhan bakteri dan produktivitas adalah 17-34 ° C. Jika suhu air tetes di bawah 17 ° C, bakteri produktivitas akan berkurang. Di bawah 10 ° C, produktivitas dapat dikurangi dengan 50 persen atau lebih. Suhu rendah memiliki dampak besar pada pengelolaan unit selama musim dingin (Lihat bagian 8).

2.3.4 oksigen terlarut 

 nitrifikasi bakteri kebutuhan oksigen terlarut (DO) di dalam air yang memadai setiap saat untuk menjaga tingkat produktivitas yang tinggi. Nitrifikasi adalah reaksi oksidatif, di mana oksigen digunakan sebagai reagen; tanpa oksigen, reaksi berhenti. Tingkat optimal do adalah 4 – 8 mg/liter. Nitrifikasi akan menurun jika konsentrasi DO turun di bawah 2.0 mg / liter. Selain itu, tanpa cukup DO konsentrasi, lain jenis bakteri dapat tumbuh, salah satu yang akan mengkonversi nitrat berharga kembali ke tidak dapat digunakan molekul nitrogen dalam proses anaerobik yang dikenal sebagai reaksi denitrifikasi. 

 2.3.5 sinar Ultraviolet 

 Nitrifying bakteri adalah fotosensitif organisme, yang berarti bahwa sinar ultraviolet (UV) dari matahari ancaman. Hal ini terutama terjadi selama awal pembentukan bakteri koloni ketika sistem aquaponic yang baru dibentuk. Setelah bakteri telah dijajah permukaan (3-5 hari), cahaya UV menimbulkan tidak ada masalah besar. Cara mudah untuk menghilangkan ancaman ini adalah untuk menutupi tangki ikan dan filtrasi komponen dengan bahan pelindung UV sambil memastikan tidak ada dalam komponen hidroponik terkena air ke matahari, setidaknya sampai koloni bakteri sepenuhnya terbentuk. Bakteri nitrifikasi akan tumbuh pada bahan dengan area permukaan yang tinggi (gambar 2.9), terlindung menggunakan bahan pelindung UV, dan di bawah kondisi air sesuai (Tabel 2.1)

.

2.4 MENYEIMBANGKAN ekosistem AQUAPONIC 

 menyeimbangkan istilah digunakan untuk menjelaskan langkah-langkah yang seorang petani aquaponic yang diperlukan untuk memastikan bahwa ekosistem ikan, tumbuhan dan bakteri keseimbangan dinamis. Ini tidak dapat dilebih-lebihkan aquaponics yang sukses adalah terutama tentang menjaga ekosistem yang seimbang. Secara sederhana, ini berarti bahwa ada keseimbangan antara jumlah ikan, jumlah tanaman, dan ukuran dalam biofilter, yang benar-benar berarti jumlah bakteri. Ada eksperimental ditentukan rasio antara ukuran biofilter, penanaman kepadatan dan ikan stocking kepadatan aquaponics. Ini bijaksana, dan sangat sulit, untuk beroperasi di luar rasio optimal tanpa mempertaruhkan konsekuensi bagi ekosistem aquaponic secara keseluruhan. Praktisi Lanjutan aquaponic diundang untuk percobaan dan menyesuaikan rasio, tetapi dianjurkan untuk memulai aquaponics mengikuti rasio. Bagian ini menyediakan pengenalan yang singkat, tapi penting, untuk menyeimbangkan sistem. BIOFILTER ukuran dan kepadatan stoking diliputi dalam lebih mendalam dalam Bab 8. 

 2.4.1 nitrat keseimbangan 

 keseimbangan dalam sistem aquaponic dapat dibandingkan dengan skala menyeimbangkan mana ikan dan tanaman yang berat berdiri di seberang arms. Lengan balance yang terbuat dari Bakteri nitrifikasi. Justru itu, dasar Biofiltrasi cukup kuat untuk mendukung dua komponen lainnya

Hal ini terkait dengan ketebalan tuas di gambar 2.10. Catatan bahwa lengan tidak cukup kuat untuk mendukung jumlah limbah ikan dan bahwa lengan pecah. Ini berarti bahwa Biofiltrasi adalah tidak mencukupi. Jika ukuran biomassa dan biofilter ikan dalam keseimbangan, aquaponic unit memadai akan memproses amonia menjadi nitrat. Namun, jika komponen pabrik berukuran, maka sistem akan mulai untuk mengakumulasi nutrisi (gambar 2.11). Dalam praktik, tinggi konsentrasi nutrisi tidak berbahaya bagi ikan maupun tanaman, tetapi mereka merupakan indikasi bahwa sistem kinerjanya buruk di sebelah tanaman. Kesalahan manajemen umum adalah ketika tanaman terlalu banyak dan terlalu sedikit ikan yang digunakan, seperti yang terlihat dalam skenario ketiga yang ditunjukkan dalam gambar 2.12. Dalam kasus ini, amonia diproses oleh bakteri nitrifikasi, tetapi jumlah nitrat dihasilkan dan nutrisi lainnya tidak mencukupi untuk menutupi kebutuhan tanaman. Kondisi ini akhirnya mengarah pada pengurangan progresif konsentrasi nutrisi dan, akibatnya, menanam hasil panen.

.

Pelajaran besar dari kedua contoh adalah bahwa mencapai maksimum produksi dari aquaponics memerlukan menjaga keseimbangan yang tepat antara limbah ikan dan sayuran permintaan gizi, sambil memastikan luas permukaan yang memadai untuk tumbuh sebuah koloni bakteri dalam rangka untuk mengkonversi semua ikan limbah.

2.4.2 pakan rasio tingkat 

 banyak variabel dianggap ketika menyeimbangkan sistem (Lihat Box 2), tetapi penelitian yang ekstensif telah disederhanakan metode menyeimbangkan unit untuk rasio tunggal yang disebut tingkat pakan rasio. Rasio tingkat pakan adalah penjumlahan dari tiga variabel paling penting, yang: harian jumlah ikan feed di gram per hari, jenis tanaman (vegetatif vs berbuah) dan tanaman yang tumbuh ruang di meter persegi. Rasio ini menunjukkan jumlah ikan setiap feed untuk setiap meter persegi ruang berkembang. Hal ini lebih berguna untuk menyeimbangkan sistem pada jumlah pakan yang memasuki sistem daripada untuk menghitung jumlah ikan langsung. Dengan menggunakan jumlah pakan, itu adalah maka mungkin untuk menghitung berapa banyak ikan berdasarkan mereka rata-rata harian konsumsi. 

 rasio tingkat pakan yang akan memberikan ekosistem yang seimbang untuk ikan, tumbuhan dan bakteri, asalkan ada teknik Biofiltrasi secara memadai. Menggunakan rasio ini ketika merancang sistem aquaponic. Hal ini penting untuk dicatat bahwa tingkat pakan rasio hanya sebuah panduan untuk menyeimbangkan unit aquaponic, seperti variabel lain mungkin memiliki dampak yang lebih besar pada tahap yang berbeda di musim, seperti perubahan musiman pada suhu air. Rasio pakan tingkat yang lebih tinggi untuk berbuah sayuran menyumbang jumlah lebih besar dari nutrisi yang dibutuhkan untuk tanaman ini untuk menghasilkan bunga dan buah-buahan yang dibandingkan dengan sayuran berdaun hijau. Bersama dengan rasio harga pakan, ada dua sederhana dan melengkapi metode lain untuk memastikan sistem seimbang: pemeriksaan kesehatan, dan nitrogen pengujian.

2.4.3 Health check of fish and plants

2.4.3 pemeriksaan kesehatan ikan dan tanaman 

 ikan tidak sehat atau tanaman yang sering peringatan bahwa sistem tidak seimbang. Gejala dari kekurangan pada tanaman biasanya menunjukkan bahwa tidak cukup gizi dari limbah ikan sedang diproduksi. Kekurangan gizi sering bermanifestasi sebagai miskin pertumbuhan, daun-daun kuning dan perkembangan akar miskin, yang dibahas dalam Bab 6. Dalam kasus ini, stocking kepadatan ikan, pakan (jika dimakan oleh ikan) dan biofilter dapat ditingkatkan, atau tanaman dapat dihapus. Demikian pula, jika ikan menunjukkan tanda-tanda stres, seperti terengah-engah pada permukaan, menggosok pada sisi tangki, atau menampilkan daerah merah sekitar sirip, mata dan insang, atau dalam kasus ekstrim yang sekarat, hal ini sering karena penumpukan amonia beracun atau tingkat nitrit. Hal ini sering terjadi ketika ada terlalu banyak terlarut limbah untuk komponen biofilter untuk memproses. Gejala-gejala ikan atau tanaman menunjukkan bahwa petani perlu aktif menyelidiki dan memperbaiki penyebab. 

 2.4.4 Nitrogen pengujian 

 metode ini melibatkan pengujian tingkat nitrogen di dalam air yang menggunakan alat tes air sederhana dan murah (gambar 2.14). jika ammonia atau nitrit tinggi (> 1 mg/liter), menunjukkan bahwa Biofiltrasi tidak memadai dan luas permukaan biofilter tersedia harus ditingkatkan. Kebanyakan ikan tidak toleran level ini selama lebih dari beberapa hari. 

Tingkat 

 nitrat yang diinginkan, dan menunjukkan tingkat yang memadai nutrisi lain yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman.

2.5 ringkasan bab 

 • Aquaponics adalah sistem produksi yang menggabungkan ikan pertanian dengan tanah kurang produksi sayuran dalam satu sistem sirkulasi. 

 • Nitrifying bakteri mengubah limbah ikan (amonia) tanaman pangan (nitrat). 

 • nitrifikasi sama proses yang terjadi di tanah juga terjadi dalam aquaponic sistem 

 • bagian paling penting dari aquaponics, bakteri, tidak terlihat dengan mata telanjang. 

 • kunci faktor untuk menjaga bakteri sehat adalah suhu air, pH, oksigen terlarut dan memadai permukaan wilayah di mana bakteri dapat tumbuh. 

 • sukses aquaponic sistem yang seimbang. Rasio tingkat pakan adalah pedoman utama untuk menyeimbangkan jumlah ikan feed untuk tanaman tumbuh daerah, yang diukur dalam gram harian pakan per meter persegi dari tanaman tumbuh ruang. 

 • tingkat pakan rasio untuk sayuran berdaun adalah 40-50 g/m2/hari; sayuran berbuah memerlukan 50-80 g/m2 /day. 

 • harian kesehatan pemantauan ikan dan tanaman akan memberikan umpan balik pada keseimbangan sistem. Penyakit, kekurangan gizi dan kematian adalah gejala dari sistem seimbang. 

 • pengujian air akan memberikan informasi tentang saldo sistem. Amonia tinggi atau nitrit menunjukkan kurangnya Biofiltrasi;  nitrat rendah menunjukkan terlalu banyak tanaman atau tidak cukup ikan; meningkatnya nitrat diinginkan dan menunjukkan nutrisi yang memadai untuk tanaman, meskipun air perlu ditukar ketika nitrat lebih besar dari 150 mg/liter.