Il sistema acquaponico

The goal of this thesis is to describe the acquaponics growing system, explaining its operating principles through the analysis of its fundamental components. The idea of aquaponics system is initially introduced by summarizing the use of this practice throughout history until its rediscovery and its modern application. During this presentation, the operating principles of this system are outlined, analyzing the biological characteristics and environmental needs of bacteria, fish and plants to better understand their tasks and the dynamics arising from the coexistence of these factors within the aquaponic system. Regarding environmental conditions, water is investigated as the medium through which this biocenosis takes place, outlining the optimal values on which each water parameter should be in order to promote a suitable growth environment for all the organisms existing in there. The mineralization and nitrification processes, through which waste water is detoxified and made available for plant uptake, are explored. Is therefore explained the functioning of the biofilter as an optimal environment to improve these microbial processes, also explaining how to establish a bacterial colony through the cycling process. Subsequently the fish farming management is introduced, from the introduction of new individuals to their harvest, analyzing the nutrition and fish growth aspects. With regard to the plant production, the characteristics of soilless cultivation are defined to understand the differences in the functionality and management between aquaponic growth system and the traditional one on soil, especially as regards nutrition, productivity and stress factors. The main soilless systems are then described, analyzing the potential and intrinsic limits of each of them and their possible application. The most cultivated species are therefore shown, distinguishing them by the technical and productive differences between leaf and fruit species and identifying which cultivation techniques are more suitable for them. The difficulties related to the traditional pest management are discussed below, proposing also alternative strategies in order to protect all the organisms that positively influence the system. Finally, the most common growing systems adopted in aquaponics are proposed, showing the intrinsic potentials and limits of each of them and their possible applications.

L’obiettivo della tesi è quello di descrivere il sistema di coltivazione acquaponico, spiegandone i principi di funzionamento, attraverso l’analisi dei suoi componenti fondamentali. Viene inizialmente introdotto il concetto di sistema acquaponico, attraverso un percorso riassuntivo dell’utilizzo di questa pratica in epoche remote fino alla sua riscoperta ed applicazione moderna. Nel corso di questa analisi vengono delineati i principi di funzionamento di questo sistema, analizzando le caratteristiche biologiche e le condizioni ambientali di batteri, pesci e piante, per meglio comprendere le dinamiche e le interazioni che scaturiscono dalla compresenza di questi fattori all’interno del sistema. In funzione delle condizioni ambientali, viene approfondita l’acqua come strumento attraverso cui si realizza questa biocenosi, delineando i valori ottimali su cui ciascun parametro dell’acqua dovrebbe attestarsi, per favorire un ambiente di crescita ospitale per tutti gli organismi presenti. Vengono approfonditi i processi di mineralizzazione e nitrificazione, attraverso i quali l’acqua reflua viene detossificata e resa accessibile all’assorbimento radicale. Viene dunque spiegato il funzionamento del biofiltro come ambiente ottimale per favorire questi processi microbici, e come costituire una colonia batterica biofiltrante attraverso il ciclaggio. Successivamente, viene introdotta la gestione dell’allevamento ittico, dall’inserimento di nuovi individui alla raccolta degli adulti, analizzando gli aspetti della nutrizione e crescita del pesce. Riguardo la produzione vegetale, si definiscono le caratteristiche della coltivazione fuori suolo per comprendere le funzionalità e le differenze nella gestione del sistema di coltivazione acquaponico rispetto a quello tradizionale in terra, soprattutto per quanto riguarda la nutrizione, l’esposizione ai fattori di stress ed alla produttività. Si descrivono poi i principali sistemi utilizzati nella coltivazione fuori suolo, analizzando le potenzialità ed i limiti intrinseci di ciascuno di essi ed i possibili applicativi in acquaponica. Vengono dunque mostrate le specie maggiormente coltivate, distinguendole in relazione alle differenze tecnico-produttive tra specie a foglia e a frutto ed al sistema di coltivazione adottato. A seguire, viene trattata la gestione dei patogeni e le difficoltà legate alla produzione integrata dei pesci e delle piante, evidenziando quanto sia importante la sostenibilità delle pratiche di gestione e proponendo strategie di prevenzione e di lotta integrata che salvaguardino la salute di tutti gli organismi che influenzano positivamente il sistema.