Per acquaponica si intende una tipologia di agricoltura mista ad allevamento sostenibile basata su una combinazione di acquacoltura e coltivazione idroponica, al fine di ottenere un ambiente simbiotico. Il termine acquaponica è un neologismo che si compone di acqua (riferito all'ambiente in cui convivono pesci e piante) e πόνος "lavoro faticoso, fatica, sforzo" richiamando il concetto di "lavoro dell'acqua" applicato alla produzione alimentare. In un sistema acquaponico l'acqua delle vasche per acquacoltura viene pompata in quelle idroponiche, in modo tale che le piante che vi si trovano possano filtrarla sottraendo diverse sostanze di scarto dei pesci, traendone contemporaneamente nutrimento. L'acqua così filtrata potrà quindi essere reimmessa nelle vasche per acquacoltura e riprendere il suo ciclo.
L'impianto di acquaponica è concettualmente semplice: i suoi costituenti sono la vasca di allevamento dei pesci, pompe per il ricircolo dell'acqua, sistemi di filtraggio colonizzati da batteri nitrificanti che trasformano le deiezioni animali in soluzione fertilizzante che poi viene immessa in ambienti di coltivazione fuori suolo. Questi ultimi possono essere vasche riempite con substrati minerali (es. LECA, perlite, pomice, polistirolo, lana di roccia) o organici, vasche su cui sono posizionati elementi flottanti per il sostegno delle colture che sviluppano le radici direttamente in acqua, o circuiti in cui viene fatta circolare l'acqua (sistema Nutrient Film Technique, NTF) sui quali si inseriscono piccoli contenitori per la coltivazione delle piante. Possono essere allevati pesci d'acqua dolce per consumo alimentare, ma anche con valore ornamentale o con finalità di ripopolamento faunistico. Moltissimi sono gli ortaggi coltivabili in acquaponica, dalle verdure a foglia ai pomodori alle zucchine, da alternarsi nel corso dell'anno per disporre sempre di cibi freschi secondo i ritmi delle stagioni.
I sistemi di acquaponica possono essere di varie dimensioni: da piccoli impianti domestici a grandi impianti di dimensioni industriali.
Storia
L'acquaponica ha radici antichissime, anche se sulla sua origine ci sono ancora dei dibattiti.
Primi inizi: Aztechi e Cinesi (VI secolo - XIII secolo) Le origini dell'acquaponica vengono fatte risalire a pratiche agricole relativamente antiche associate all'integrazione della coltura ittica con la produzione vegetale, in particolare quelle sviluppate nel contesto della coltivazione di risaie allagate del sud-est asiatico e nelle pratiche agricole delle Chinampa, isole galleggianti del sud AmericaKomives e Junge 2015. In realtà, storicamente, i pesci venivano raramente aggiunti attivamente alle risaie fino al diciannovesimo secoloHalwart e Gupta 2004 ed erano presenti in densità molto basse che non avrebbero contribuito ad alcun sostanziale aiuto nutrizionale alle piante. Le Chinampa erano tradizionalmente costruite sui laghi in Messico dove i vantaggi nutrizionali potevano essere forniti tramite i sedimenti lacustri eutrofici o semi-eutrofici piuttosto che direttamente da qualsiasi sistema di produzione ittica progettato o attivamente integratoMorehart 2016; Baquedano 1993.
Gli Aztechi coltivavano isole agricole note come chinampas in un sistema considerato da alcuni una delle prime forme di acquaponica per uso agricolo, dove le piante venivano coltivate su isole fisse (o talvolta mobili) in acque poco profonde dei laghi e i materiali di scarto dragati dai canali di Chinampa e dalle città circostanti venivano utilizzati per irrigare manualmente le piante. La Cina meridionale e l'intero Sud-est asiatico, dove il riso veniva coltivato e allevato nelle risaie in combinazione con i pesci, sono citati come esempi di primi sistemi di acquaponica, sebbene la tecnologia fosse stata portata dai coloni cinesi che erano migrati dallo Yunnan intorno al 5 d.C. Questi sistemi di agricoltura policulturale esistevano in molti paesi dell'Estremo Oriente e allevavano pesci come il Misgurnus anguillicaudatus (泥鳅, ドジョウ), la Monopterus albus (黄鳝, 田鰻), la carpa comune (鯉魚, コイ) e la carpa cruciana (鯽魚) così come le Viviparidae (田螺) nelle risaie. Il manuale agricolo cinese del XIII secolo Wang Zhen's Book on Farming (王禎農書) descriveva zattere di legno galleggianti che erano ammucchiate con fango e terra e che venivano utilizzate per coltivare riso, riso selvatico e foraggio. Tali isole galleggianti erano impiegate nelle regioni che costituiscono le moderne province di Jiangsu, Zhejiang e Fujian. Queste isole galleggianti sono note come jiatian (架田) o fengtian (葑田), che si traducono rispettivamente in "risaia incorniciata" e "risaia brassica". L'opera fa riferimento anche a precedenti testi cinesi, che indicavano che la coltivazione del riso su zattere galleggianti era utilizzata già durante i periodi della dinastia Tang (VI secolo) e della dinastia Song settentrionale (VIII secolo) della storia cinese.
Sviluppi moderni (dagli anni '30 a oggi) Un sistema integrato di acquacoltura e agricoltura in cui i pesci vengono allevati nelle risaie è stato impiegato nell'area del Kerian settentrionale di Perak nella Malesia peninsulare sin dagli anni '30. Anche diversi sistemi di agricoltura riso-pesce (una policoltura che integra la coltivazione del riso con l'acquacoltura, più comunemente con pesci d'acqua dolce) hanno una lunga storia in Indonesia.
Nel 1965, Sengbusch e i suoi colleghi furono i primi a tentare di allevare la carpa comune in vasche con un sistema che ricircolava l'acqua e utilizzava fanghi attivi per trattarla. Pochi anni dopo, nel 1971, Scherb e Braun fornirono studi più dettagliati sull'utilizzo di un sistema simile per allevare la trota iridea. Alla South Carolina Agricultural Experiment Station di Clemson, i ricercatori Loyacano e Grosvenor nel 1973 tentarono di pulire delle peschiere con il pesce gatto punteggiato utilizzando piante di Eleocharis dulcis per assorbire i nutrienti extra.
Nel 1977, lo scienziato tedesco Ludwig C.A. Naegel ha contribuito al campo dell'acquaponica con la sua pubblicazione "Combined Production of Fish and Plants in Recirculating Water". Il lavoro presentava esperimenti sulla co-coltivazione di tilapia e pomodori, mostrando la praticità di un sistema di ricircolo che supporta sia la produzione di pesci che di piante. Questa ricerca è tra gli sforzi di una comunità globale di ricercatori per sviluppare moderni sistemi di acquaponica.
Balarin e Haller hanno condotto studi sulla dinamica termica dei sistemi acquaponici, esaminando gli effetti delle diverse temperature dell'acqua sui tassi di crescita di pesci e piante.
Watten e Busch hanno contribuito alla comprensione delle dinamiche dei nutrienti nei sistemi acquaponici. I loro studi sull'integrazione delle piante vascolari nei sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS - recirculating aquaculture systems) hanno dimostrato come le piante potessero estrarre efficacemente i nutrienti in eccesso dall'acqua.
Prima dei progressi tecnologici degli anni '80, la maggior parte dei tentativi di integrare l'idroponica e l'acquacoltura avevano avuto un successo limitato. Molti degli sviluppi e delle scoperte moderne dell'acquaponica sono generalmente attribuiti al New Alchemy Institute e alla North Carolina State University.
New Alchemy Institute Nel 1969, John e Nancy Todd e William McLarney fondarono il New Alchemy Institute e costruirono una replica prototipo del sistema acquaponico degli Aztechi (con alcune modifiche) per fornire riparo, verdure e pesce durante tutto l'anno. Nel 1984, Ronald Zweig del New Alchemy Institute sviluppò un sistema che chiamò "stagno di acquacoltura idroponica", noto anche come "stagno solare idroponico". Questo sistema integrava un componente idroponico galleggiante all'interno dello stagno solare (una grande vasca di acqua salata che raccoglie e immagazzina l'energia solare) esistente dell'istituto questi sistemi di zattere galleggianti sono la base per quella che in seguito divenne nota come coltura in acque profonde.
Università statale della Carolina del Nord Mark McMurtry e altri alla North Carolina State University hanno concettualizzato il sistema integrato di acquacoltura e verdura (Integrated Aqua-Vegeculture System). Questo sistema, che integra l'acquacoltura con letti di coltivazione a base di sabbia, rappresenta uno dei primi esempi di sistema acquaponico a ciclo chiuso. La ricerca e le scoperte di McMurtry hanno confermato gran parte della scienza fondamentale alla base dell'acquaponica, dimostrando che il sistema funziona in modo efficace. L'evoluzione dei "cicli di riempimento e svuotamento" adottati nell'acquaponica da giardino risale al lavoro pionieristico di Mark McMurtry.
Università delle Isole Vergini Nel 1979, James Rakocy e i suoi colleghi dell'Università delle Isole Vergini iniziarono a sperimentare con i letti di coltura in acquaponica. Inizialmente, il sistema utilizzava un letto di ghiaia per la crescita delle piante, insieme a un serbatoio di sedimentazione con filtro conico per raccogliere i rifiuti solidi più grandi e un serbatoio separato per ospitare i pesci. Nel 1986, iniziarono a testare l'uso di zattere galleggianti costruite in polistirene. Entro il 1997, la ricerca di Rakocy aveva portato all'adozione di letti di coltura idroponica in acque profonde in sistemi acquaponici su larga scala.
Altri sistemi Altri istituti hanno concentrato la loro ricerca su sistemi noti come "irrigazione a marea" o "cicli di riempimento e svuotamento". Questi sistemi utilizzano supporti grossolani come ghiaia o argilla espansa, con sifoni a campana che facilitano il ciclo di irrigazione Questi sistemi sono talvolta indicati come "Sistemi Speraneo", poiché prendono il nome da Tom e Paula Speraneo, che hanno creato e venduto un manuale di istruzioni negli anni '90 e hanno adottato il sistema della North Carolina State University per inventare una serra solare su scala commerciale a grandezza naturale.
La prima ricerca sull'acquaponica in Canada è iniziata con un piccolo sistema integrato nella ricerca sull'acquacoltura presso una stazione a Lethbridge, in Alberta. Negli anni '90, gli allestimenti commerciali di acquaponica sono aumentati, concentrandosi su colture di alto valore come trote e lattuga. Uno sviluppo chiave si è verificato a Brooks, in Alberta, dove il dott. Nick Savidov e il suo team dell'Aquaculture Centre of Excellence (ACE) del Lethbridge College hanno condotto un'ampia ricerca. Hanno scoperto una rapida crescita delle radici nei sistemi di acquaponica e metodi efficaci per chiudere il ciclo dei rifiuti solidi. Hanno anche scoperto che questi sistemi potevano funzionare in modo efficiente a bassi livelli di pH, il che favorisce la crescita delle piante ma è in genere sfavorevole per i pesci.
Nel 2009 in Cina sono stati installati sistemi di acquaponica galleggianti su stagni ittici policulturali. Sono utilizzati per coltivare riso, grano, canna e altre colture, con alcune installazioni che superano i 2,5 acri (10.000 m²).
Parti di un sistema acquaponico
L'acquaponica si compone di due parti principali: la parte di acquacoltura per l'allevamento di animali acquatici e la parte idroponica per la coltivazione di piante. Sebbene siano costituiti principalmente da queste due parti, i sistemi acquaponici sono solitamente raggruppati in diversi componenti o sottosistemi a seconda del tipo di sistema. A seconda della complessità e del costo del sistema acquaponico, le unità per la rimozione dei solidi, la biofiltrazione e/o il sottosistema idroponico possono essere combinate in un'unica unità o sottosistema.
Vasca di allevamento Le vasche per l'allevamento e l'alimentazione dei pesci.
Sottosistema idroponico La parte del sistema in cui le piante crescono assorbendo i nutrienti in eccesso dall'acqua.
Pompa dell'acqua Utilizzato per far circolare l'acqua.
Bacino di sedimentazione (facoltativo)