07. БАКТЕРИИ
См. также: Круговорот азота
Аммиак является основным продуктом микробиологического разложения отходов жизнедеятельности рыб, которые они выделяют в воду. При наличии растворённого в воде кислорода аэробные бактерии окисляют аммиак и его газообразные производные амины с образованием нитритов и нитратов. Это снижает токсичность воды для рыб и позволяет растениям удалить образующиеся соединения нитратов, используя их для собственного питания. Нитрификация, аэробное превращение аммиака в нитраты, которое является одной из наиболее важных функций в системе аквапоники.
Подобный процесс аналогичен биоремедиации. Колонии особых бактерий в аквакультуре замкнутого цикла населяют, главным образом, субстрат биофильтры, а в аквапонике — ещё и корневую систему и субстрат растений. Так, бактерии очищают воду от токсичных для рыб веществ, a растения потребляют растворённые в воде нитраты, азот, фосфор, углекислый газ и в некоторой степени обогащают кислородом воду, которая может быть возвращена рыбам.
В аквапонике не используются гербициды и пестициды, так как они губительны для бактерий и животных. По этой же причине требуется внимательный подход к выбору и дозировке питательных добавок для растений.
Аммиак неуклонно выпускается в воду через жабры и экскременты рыб, как продукт их метаболизма, и должен быть отфильтрован из воды, так как высокие концентрации аммиака (обычно между 0,5 и 1 части на миллион) могут убить рыбу. И хотя растения могут поглощать аммиак из воды, в некоторой степени, нитраты легче усваиваются, таким образом эффективно снижая токсичность воды для рыб. Аммиак может преобразовываться в другие азотистые соединения через следующие здоровые популяции:
- Нитромонады[en]: бактерии, которые превращают аммиак в нитриты, и
- Нитробактерии[en]: бактерии, которые превращают нитриты в нитраты.
В аквапонной системе бактерии, ответственные за этот процесс, образуют биоплёнку на всех твёрдых поверхностях системы, которые находятся в постоянном контакте с водой. Корни овощей, погруженные под воду, имеют большую площадь поверхности, где может накапливаться много бактерий. Одновременно с концентрацией аммиака и нитритов в воде, площадь поверхности определяет скорость, с которой происходит нитрификация. Уход за колониями этих бактерий важен для регуляции полного усвоения аммиака и нитритов. Вот почему большинство аквапонных систем содержат секцию с биофильтром, который помогает облегчить рост этих микроорганизмов. Как правило, после того как система стабилизирует уровень аммиака в диапазоне от 0,25 до 2,0 частей на миллион, нитриты стабилизируются в диапазоне от 0,25 до 1 части на миллион, а содержание нитратов в диапазоне от 2 до 150 частей на миллион. Во время запуска системы скачки уровней могут возникнуть у аммиака (до 6,0 частей на миллион) и нитрита (до 15 промилле), у нитратов пик концентрации наступает позже фазы запуска. Поскольку процесс нитрификации окисляет воду, могут быть добавлены безнатриевые основы, для нейтрализации рН воды, такие как гидроксид калия или гидроксид кальция, если недостаточно существующего естественного количества для буферизации окисления. Кроме того, отборные минералы или питательные вещества, такие как железо, могут быть добавлены в дополнение к рыбным отходам, они служат в качестве основного источника питательных веществ для растений.
Хороший способ борьбы с накоплением твердых веществ в аквапонике является использование червей, которые сжижают твердые органические вещества так, что они могут быть использованы растениями и/или другими животными системы (см. Вермипоника[en]).