Akvaponičko gnojivo, hranjive tvari i duboko zaranjanje u nedostatku

Moramo ići duboko u kemiju da bismo razumjeli kako sustav akvaponike pretvara riblji otpad u biljno gnojivo. Evo kratke forme za one koje to ne zanima. 

Unos = Izlaz - akvaponičko gnojivo: 

Ono čime hranite svoje ribe hranit će i vaše biljke. Pretpostavimo da svojim ribama dajete hranu bogatu proteinima. U tom će slučaju vaše biljke u sustavu akvaponike dobiti puno dušika jer se aminokiseline sastoje od puno dušika, a biljke mogu čak i izravno apsorbirati aminokiseline. Ribe mesožderke stoga će dobro uzgajati lisnato povrće i začinsko bilje. S druge strane, ribe kojima hranite biljojede će rasti sjajno cvijeće, voće, sjemenke i povrće u vašoj gredici za uzgoj zbog preobilja izlučenog kalija i fosfora. Biljke najviše koriste ova tri hranjiva sastojka osim ugljika, kisika i vodika. Zovu se makronutrijenti.

U usporedbi s njima, mikronutrijenti su potrebni samo u malim količinama. Ipak, bitni su, a ima ih preko 20 za stvaranje enzima, fotosinteze i mnogih biljnih procesa koji će utjecati na zdravlje, imunitet, okus i miris. Dalje u nastavku nalazi se tablica najvažnijih makro i mikronutrijenata i kako prepoznati simptome nedostatka vaše biljke ili možda višak jedne hranjive tvari blokira adsorpciju drugih hranjivih tvari poput minerala u tragovima. 

Dakle, kako osigurati da vaše biljke imaju dovoljno mikronutrijenata ako ih ima toliko?

Majka nam je olakšala. Osigurala je da su svi bitni mikronutrijenti pomiješani u zemljinoj magmi, a svaki put kad bi došlo do vulkanske erupcije, pepeo bi se razletio diljem svijeta i oplodio cijeli svijet. 

U današnje vrijeme ne moramo čekati izbijanje da bismo dobili dovoljne razine mikronutrijenata. Umjesto toga, možemo koristiti kamenu prašinu za dobivanje ukusne i zdrave hrane.

Kamena prašina kao akvaponičko gnojivo

Tijekom vremena, dok biljke apsorbiraju minerale, one ih mijenjaju za vodikove (H+) ione, prirodno smanjujući pH razine sve više i više u kiselim područjima. To se zove biogena acidifikacija i može se poništiti dodavanjem minerala poput kamene prašine.

Kamena prašina je u biti samljevena stijena koja sadrži bogatstvo minerala u tragovima i mikronutrijenata neophodnih za rast biljaka. U akvaponici može biti neprocjenjiv dodatak iz nekoliko razloga:

• Raznovrsni sadržaj minerala: kamena prašina sadrži mnogo mikronutrijenata, posebno iz vulkanskih izvora. To uključuje, ali nije ograničeno na bor, kalcij, klor, kobalt, bakar, željezo, magnezij, molibden, dušik, fosfor, kalij, silicij, natrij, sumpor, cink i mnoge druge. Svaki od njih igra vitalnu ulogu u zdravlju biljaka.
• Poboljšano zdravlje tla: Iako se akvaponički sustavi ne oslanjaju na tradicionalno tlo, medij za uzgoj još uvijek može imati koristi od dodavanja kamene prašine. Može poboljšati zadržavanje vode, pojačati aktivnost mikroba i ravnomjerno oslobađati mikronutrijente.
• Poboljšan rast biljaka: Uz raznovrsniji raspon dostupnih hranjivih tvari, biljke mogu snažnije rasti, proizvoditi obilnije prinose i imati povećanu otpornost na štetočine i bolesti.
• Ukusniji proizvodi: biljke uzgojene s pravim mikronutrijentima često imaju bolji okus. To je zato što mogu učinkovitije sintetizirati spojeve koji pridonose okusu.
• Jednostavna uporaba: Dodajte kamenu prašinu u vodu ili korito za uzgoj. Prava količina minerala prirodno će se otopiti i s vremenom osigurati mikronutrijente.
• Kamena prašina također će opskrbiti vašu ribu ili račiće mikronutrijentima i odlična je opskrba mikronutrijentima u stočnoj hrani za sve kralježnjake. To teoretski uključuje i ljudsku prehranu, ali prvo pitajte svog liječnika ili nutricionista za savjet.

Kako biljke apsorbiraju hranjive tvari u akvaponici

Biljke uglavnom apsorbiraju hranjive tvari iz tla putem korijena.

• Otopina tla: Kada se hranjive tvari otope u vodi, tvore otopinu tla.
• Apsorpcija korijenskih dlačica: fine korijenske dlačice biljaka apsorbiraju hranjive tvari iz otopine tla. Ovo je prvenstveno aktivan proces, što znači da zahtijeva energiju.
• Prijevoz do drugih dijelova: Kada uđu u korijenje, hranjive tvari se transportiraju prema gore do stabljika, lišća i drugih dijelova biljke kroz ksilem (vrsta vaskularnog tkiva).

Čimbenici koji osiguravaju učinkovitu apsorpciju hranjivih tvari u biljkama:

• pH tla: pH razina tla utječe na dostupnost hranjivih tvari. Većina biljaka preferira blago kisele do neutralne pH razine kako bi učinkovito apsorbirale hranjive tvari.
• Vlažnost tla: potrebna je odgovarajuća količina vode kako bi se hranjive tvari otopile i učinile dostupnima korijenju biljaka.
• Prozračivanje tla: korijenje treba kisik za disanje i stvaranje energije potrebne za aktivno primanje hranjivih tvari.
• Tekstura tla: Veličina i raspored čestica tla (pijesak, mulj, glina) mogu utjecati na zadržavanje vode i dostupnost hranjivih tvari.
• Prisutnost korisnih mikroorganizama: Određeni mikrobi pomažu u razgradnji organske tvari, čineći hranjive tvari dostupnijima biljkama.
• Odsutnost kontaminanata u tlu: Onečišćivači ili kontaminanti mogu ometati unos hranjivih tvari.
• Zdrav korijenski sustav: robustan i opsežan korijenski sustav povećava površinu apsorpcije.
• Uravnotežene hranjive tvari u tlu: Višak jedne hranjive tvari može spriječiti usvajanje druge zbog antagonističkih učinaka.

Bitno je održavati ravnotežu ovih čimbenika kako bi se osiguralo da biljke mogu apsorbirati i učinkovito iskoristiti hranjive tvari.

Pregled ključnih komponenti u akvaponičkoj gnojidbi:

• Pretvaranje ribljeg otpada u oblik koji je iskoristiv za biljke.
• Procjena energetske razine gnojiva.
• Anaerobno okruženje (bez kisika) snizit će pH jer će bakterije potrošiti sav kisik i povećati (CO2) što će stvoriti ugljičnu kiselinu (H2CO3) u vodi. Tijekom redukcije hranjivih tvari, bakterije će ukloniti spojeve kisika iz oksidiranih kemijskih veza kako bi dobile kisik, čineći ih lakšim za biljke. 
• Nasuprot tome, procesi oksidacije zahtijevaju od biljaka da troše više energije za pristup hranjivim tvarima, a to obično odgovara porastu pH vrijednosti.
• Zanimljivo je da uvjeti koji su toksičniji za ribe čine hranjive tvari dostupnijima biljkama. Uspostavljanje ravnoteže je ključno.
• Kako biste krevet za uzgoj pretvorili u anaerobno okruženje, razmislite o korištenju pješčanih ponika sa slojem pijeska od 2 - 4 inča (5-10 cm). Stavite glinene kamenčiće na vrh kako biste uhvatili ostatke i uveli crve kako biste očistili medij i učinili više hranjivih tvari dostupnima biljkama.
• Ovi crvi posjeduju biom mikro crijeva, koji uključuje korisne gljivice i bakterije, bitan dio procesa oslobađanja hranjivih tvari.

 Ako još tražite biljke koje možete uzgajati u akvaponici, trebali biste pogledati naš vodič za biljke.

Kemija akvaponike, hranjiva i gnojiva 

Što su pH - razine?

pH razina mjeri kiselost i lužnatost otopine.

Razine pH od 0 - 7 su kisele.

Razine pH od 7 - 14 su alkalne.

Što je niži pH, to je više vodikovih (H+) iona.

Što je viši pH, to je manje vodikovih (H+) iona.

Što je pH niži, to je manje hidroksidnih (OH-) iona.

Što je viši pH, to je više hidroksidnih (OH-) iona.

Pri pH 7, (H+) i (OH-) su isti.

 Infografika dostupnosti biljnih hranjiva u odnosu na pH razinu.

Proces raspadanja organske tvari rezultirat će bio-acidifikacijom, gdje se s vremenom pH razina postupno smanjuje jer su za razgradnju potrebne male količine minerala. Ovaj proces također povećava brzinu zakiseljavanja oceana i uništava postojeće ekosustave poput koraljnih grebena ukidanjem kalcijevih struktura. Dodavanje mineralne mješavine poput kamene prašine može povisiti pH razine vašeg akvaponičkog sustava. Općenito, kiseline smanjuju razinu pH, dok minerali, soli i metali povisuju razinu pH. Ovo vam znanje može pomoći da prirodno stabilizirate svoj sustav. 

Razumijevanje aniona i kationa u apsorpciji biljnih hranjivih tvari 

Električna ravnoteža u korijenju mora ostati uravnotežena. Da bi uzele hranjive tvari, biljke moraju razmjenjivati ​​protone poput vodika (H+) da bi apsorbirale kation poput kalija (K+). Povećanje koncentracije protona smanjuje pH na kiseliju (0 - 7) razinu.

Na isti način, biljke također imaju način apsorbiranja aniona. Na primjer, za apsorpciju nitrata (NO3-), korijenje biljke oslobađa bikarbonat (HCO3-), koji povećava pH na više alkalne (7 - 14) razine.

Biljke također mogu izravno apsorbirati netaknute aminokiseline i tako zaobići mikrobnu mineralizaciju organskog dušika. Recikliranje aminokiselina je razlog zašto je akvaponika bolja od biljaka uzgojenih u tlu jer će se mala količina riblje hrane uvijek otopiti dok ribe jedu. Umjesto da troše te aminokiseline, biljke ih mogu ponovno koristiti kao građevni materijal.

Amonijak (NH3), koji ribe i bakterije ispuštaju, pri kiselim pH razinama ispod 7 preuzima slobodne ione vodika (H+) u vodi i reagira na amonij (NH4+). Suprotno tome, u alkalnim pH razinama iznad 7, postoje više razine slobodnih hidroksilnih molekula (OH-) i amonij (NH4+) se pretvara natrag u amonijak. Nagla promjena pH s ispod 7, na primjer, 6.5 na iznad 8, može pretvoriti puno manje toksičnog amonijaka u toksičniji amonijak, što bi moglo ubiti vašu ribu. Amonijak (NH3) može difundirati kroz korijenje biljke jer nije električki nabijen. Unutar biljke, amonijak će brzo pronaći slobodni (H+) ion i reagirati na (NH4+), koji biljka može iskoristiti i pohraniti.

Moraju se osigurati određeni čimbenici kako bi biljke apsorbirale hranjive tvari, poput dostupnosti minerala, temperature tla, energetskog stanja hranjivih tvari, razine vlažnosti, fotosinteze, pH korijena/tla i relativne koncentracije minerala u vodi. 

Visoke razine jednog kationa spriječit će apsorpciju drugih kationa. Logično visoke razine aniona također će spriječiti apsorpciju drugih aniona.

Anioni:

Hidroksid (OH-), bikarbonat (HCO3-), klorid (Cl-), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dihidrogen fosfat (H2PO4-), fosfat (PO4-), sulfat (SO4--), tetraborat (B4O7--), dioksido(diokso)molibden (MoO4--), hidrogenfosfat (HPO4--), fosfat (PO4---)

Kationi:

Hidronij (H3O+), vodik (H+), amonij (NH4+), kalij (K+), natrij (Na+), kalcij (Ca++), mangan (Mn++), cink (Zn++), nikal(II) (Ni++), kobalt ( Co++), magnezij (Mg++), željezo(II) (Fe++), željezo(III) (Fe+++)

Na isti način, niske razine određenih aniona mogu stvoriti višak hranjivih tvari za druge anione u biljci, a niske razine kationa stvaraju dodatne hranjive tvari za druge katione.

Također je važno znati da se ioni s jednim nabojem lakše apsorbiraju od iona s dvostrukim nabojem. Trostruko nabijeni ioni će stoga zahtijevati najviše energije.

Na primjer, to znači da će visoke razine nitrata s jednim nabojem (NO3-) blokirati apsorpciju molibdena s dvostrukim nabojem (MoO4--) i bora (B4O7--).

Isto vrijedi i za visoke razine kalija (K+) koje će dovesti do manjka željeza (Fe++, Fe+++), kalcija (Ca++), magnezija (Mg++), mangana (Mn++) i tako dalje.

Sve biljke mogu apsorbirati hranjive tvari iz korijena i lišća. Stoga se nedostatak hranjivih tvari može eksplicitno primijeniti na biljku kao folijarno prskanje ili dodati u korijenje.

Tablica esencijalnih elemenata za rast biljaka

Čimbenici koji utječu na hranjive tvari u akvaponici

Na dostupnost hranjivih tvari biljkama mogu utjecati različiti čimbenici, uključujući pH, razine kisika, temperaturu, ravnotežu hranjivih tvari, druge biljke i druge uvjete okoliša. Evo kako ovi čimbenici mogu uzrokovati nedostatke svake hranjive tvari:

• Vodik, ugljik i kisik:
• Općenito, oni nisu manjkavi zbog obilja u vodi i zraku. Međutim, loša voda s malo kisika ili ustajali zrak teoretski bi mogli utjecati na njihovu dostupnost.
• Veliki broj riba u kombinaciji s malom sposobnošću filtriranja korita za uzgoj može rezultirati ostatkom puno ribljeg otpada u akvariju, idealnim životnim uvjetima za patogene bakterije koje troše puno kisika
• Dušik:
• Visok pH: Povećanje pH daje prednost toksičnijem neioniziranom amonijaku (NH3), dok smanjenje pH povećava manje toksični amonij (NH4+). 
• Smanjuje dostupnost dušika jer utječe na mikrobnu aktivnost koja pretvara amonijak u nitrat.
• Nizak kisik: može usporiti proces nitrifikacije, koji je neophodan za dostupnost dušika.
• fosfor:
• Visok pH: Može uzrokovati taloženje fosfora iz otopine, čineći ga nedostupnim biljkama.
• Previše filtriranja može uzrokovati fosfatno taloženje fosfora sa željezom i blokirati obje hranjive tvari.
• Niske temperature: mogu smanjiti dostupnost fosfora, posebno u gredicama za uzgoj na otvorenom jer metabolizam biljaka, crva, insekata, bakterija i gljivica gotovo stoji.
• Kalij:
• Visok pH: Dostupnost kalija može biti smanjena.
• Natjecanje s natrijem (Na): Visoke razine natrija mogu se natjecati s unosom kalija.
• kalcij:
• Nizak pH: Smanjuje dostupnost kalcija.
• Većinu vremena ovaj mineral je u višku ako stalno dolijevate vodu iz slavine ili podzemnu vodu.
• Može se uravnotežiti magnezijem pri višku razine kalcija
• Uvjeti natopljeni vodom: mogu smanjiti unos kalcija zbog niske razine kisika.
• Magnezij:
• Visok pH: Može smanjiti dostupnost magnezija.
• Natjecanje s kalcijem: Visoke razine kalcija mogu ometati unos magnezija.
• Vrlo vjerojatno nedostaje ako se ne doda izvana
• Sumpor:
• Visok pH: Sumpor postaje manje dostupan kako se pH povećava.
• Uobičajeni nedostatak
• Željezo:
• Visoki pH: Željezo postaje manje dostupno kako pH raste.
• Visoka prozračnost: može dovesti do smanjene dostupnosti željeza.
• Bor:
• Visok pH: Smanjuje dostupnost bora.
• Mangan:
• Visok pH: Smanjuje dostupnost mangana.
• Uvjeti suhog tla: mogu uzrokovati nedostatak mangana.
• cink:
• Visok pH: Cink postaje manje dostupan kako se pH povećava.
• Fosforna konkurencija: Visoke razine fosfora mogu ometati unos cinka.
• Molibden:
• Nizak pH: Smanjuje dostupnost molibdena.
• Bakar:
• Visok pH: Smanjuje dostupnost bakra.
• Loša aeracija: može dovesti do smanjene dostupnosti bakra.
• Klor:
• Općenito nije nedostatno, ali pretjerano zalijevanje može isprati klor iz tla.
• nikal:
• Visok pH: Smanjuje dostupnost nikla.
• Kobalt:
• Visok pH: Smanjuje dostupnost kobalta.
• Natrij:
• Općenito nije nedostatak, ali može doći do konkurencije s drugim ionima poput kalija.
• Silicij:
• Niska dostupnost u tlu: Dostupnost silicija može uvelike varirati ovisno o vrsti tla.
• Uvjeti natopljeni vodom: mogu smanjiti upijanje silicija zbog niske razine kisika.

makronutrijenata

Vodik (H)

Većina sadržaja biljne stanice je voda, koja čini oko 80 do 90 posto njezine ukupne težine. Čak i naizgled suho tlo može biti bogat izvor vode za kopnene biljke. Korijenje biljke uzima vodu preko korijenovih dlačica i usmjerava je prema gore do lišća kroz ksilem. Kako lišće ispušta vodenu paru, čin transpiracije povezan s molekularnim svojstvima vode uzrokuje da se više vode povuče iz korijena u lišće. Voda je vitalna za održavanje integriteta stanica, olakšavanje metaboličkih aktivnosti, prijenos hranjivih tvari i pomoć u fotosintezi.

Ugljik (C)

Biljkama su za život potrebne razne tvari koje se nazivaju hranjivim tvarima. Ove hranjive tvari mogu biti organske ili anorganske. Organski spojevi su molekule koje sadrže ugljik, poput ugljičnog dioksida iz zraka. Zapravo, ugljik dobiven iz atmosferskog CO2 čini najveći dio suhe težine biljke. S druge strane, anorganskim spojevima nedostaje ugljik i ne potječu od živih bića. Ovi anorganski elementi, koji se pretežno nalaze u tlu, često se nazivaju mineralima.

Oko 95 do 97% ugljika apsorbira se iz atmosfere. Ostalih 3 - 5% potječe iz organske tvari u tlu/korijenu. Ugljik je integralna struktura i dio mnogih građevnih blokova biljaka poput ugljikohidrata, masti, proteina i celuloze.

kisik (O)

Vodik i kisik, oba makronutrijenti, sastavni su dio brojnih organskih tvari i spajaju se u vodu. Kisik ima ključnu ulogu u staničnom disanju, omogućujući biljkama da sačuvaju energiju kao ATP. Iako je poznato da biljke proizvode kisik, one to mogu činiti samo kada sja sunce. Biljke trebaju kisik u zoni korijena i noću kako bi preradile svoje ugljikohidrate.

Primarni makronutrijenti

Dušik (N)

Iako je blizu 80 posto zemljine atmosfere dušik. Nalazi se u kemijski i biološki neiskoristivom obliku. Potrebno je puno energije da se ovaj dušik razgradi u oblik koji se može koristiti za biljke. Samo alge i posebni mikroorganizmi mogu fiksirati atmosferski dušik (N2) i pretvoriti ga u amonijak (NH3).

Ovdje je odličan pregled biološke fiksacije dušika.

Nažalost, sintetičko gnojivo ubija te bakterije i ispušta dušik u atmosferu.

Važna razlika između akvaponike i moderne poljoprivrede je ta

ne koriste se sintetička gnojiva, pesticidi ili antibiotici, a sav dušik se reciklira.

Ciklus dušika

Aminokiseline sadrže dušik i kada ih ribe konzumiraju, oslobađaju amonijak, koji je vrlo toksičan za ribe, ali je najbolje gnojivo za biljke jer imaju najnižu razinu oksidacije.

Nitrit (NO2-) također je otrovan za ribe, ali je već oksidiran pa ga je biljkama teže razgraditi nego amonijak. Da bi biljke iskoristile nitrat, moraju ga reducirati natrag u nitrit ili amonij kako bi ga pretvorile u aminokiseline. 

Dušik uglavnom utječe na rast lišća.

• Uloga dušika:
• Dušik je ključan za biljke jer je potreban za stvaranje aminokiselina, proteina i klorofila (koji pomaže biljkama u fotosintezi ili stvaranju hrane od sunčeve svjetlosti).
• Amonij i nitrat:
• Biljke mogu apsorbirati dušik u mnogim oblicima: aminokiseline, amonijak (NH3), amonij (NH4+),  nitrit (NO2-), i nitrata (NO3-). Ravnoteža između njih može utjecati na rast biljaka jer amonij ometa katione poput (Ca++) i (Mg++), dok nitrit i nitrat mogu blokirati adsorpciju aniona poput (SO4--) ili (MoO4--).
• Metaboliziranje dušika:
• Biljke mogu apsorbirati nitrat ili nitrit iz tla putem korijenskih dlačica. Ako se nitrat apsorbira, prvo se reducira u nitritne ione, a zatim u amonijeve ione, trošak energije biljke za ugradnju u aminokiseline, nukleinske kiseline i klorofil.

• Taj se proces može dogoditi i u korijenu i u lišću, ali energetski je učinkovitiji u lišću jer sunčeva svjetlost pomaže taj proces.
• Zbog toga je akvaponika bolja od zemljoradnje jer ribe izdišu amonijak (NH3), koji nastaje prirodnom razgradnjom gnojiva i organskog materijala. Ribe ga prirodno izdišu (otrovno u visokim dozama), a ima i najveću dostupnost biljkama. Amonijak se komercijalno koristi kao sintetičko dušično gnojivo jer biljke ne trebaju izmjenjivati ​​ione da bi apsorbirale amonijak.
• u algama se dušik transformira u aminokiseline, a također proizvodi omega 3 iz ugljika: idealan decentralizirani filtar u kombinaciji s amfipodima kao decentraliziranim sredstvom za uklanjanje algi koji nije dostupan ribama, bilo na lokaciji ili nemojte jesti alge.
• Ponuda amfipoda je zdrav proizvođač proteina za ishranu riba, esencijalnih omega 3 i hitina, bogatih vlaknima 

• Učinak temperature:
• Visoke temperature ubrzavaju procese u biljkama, troše energiju i kisik, što može utjecati na to koliko se amonij metabolizira u korijenju. Niske temperature usporavaju transport nitrata do lišća, što može dovesti do usporavanja rasta biljke.
• Različite biljke, različite potrebe:
• Različite biljke mogu preferirati različite omjere amonijaka i nitrata, ovisno o fazi rasta i uvjetima tla. Na primjer, biljke koje cvjetaju i donose plodove mogle bi biti bolje s nižim ili gotovo nepostojećim količinama amonija/nitrata.
• Utjecaj na pH tla:
• Kada biljke uzmu amonij, otpuštaju protone poput vodika (H+) i hidronija (H3O+), čineći tlo kiselijim. Kada preuzmu nitrat (NO3-), otpuštaju elektrone poput bikarbonata (HCO3-) i hidroksida (OH-), čineći tlo alkalnijim. Znati ovo važno je za upravljanje pH razinama, posebno u sustavima bez tla kao što je hidroponija.
• Toksičnost amonijaka:
• Previše amonija može naškoditi biljkama, posebno u anaerobnim, vlažnim tlima gdje je pretvorba amonija u nitrat spora. Niske razine kisika mogu dovesti do nakupljanja amonijaka, koji može biti otrovan za biljke.
• Optimizacija u hidroponici:
• U hidroponskim sustavima, upravljanje omjerom amonij/nitrat ključno je za održavanje odgovarajuće pH razine i osiguravanje da biljke mogu pristupiti drugim potrebnim hranjivim tvarima poput kalija, kalcija i magnezija. Previše amonijaka moglo bi ometati unos ovih drugih hranjivih tvari, što bi moglo biti štetno u određenim uvjetima, poput uzgoja rajčica i paprika u vrućim i suhim klimama.
• Anaerob: Amonij (NH4+) interferira s drugim kationima poput kalija (K+), kalcija (Ca++), vodika (H+), natrija (Na+) i magnezija (Mg++) 
• Aerob: Nitrat (NO3-) ometa druge katione poput klora (Cl-) sulfata (SO4--) i fosfata (PO4---)  

Kalij (K)

Kalij igra ključnu ulogu u transportu vode, hranjivih tvari i šećera unutar biljaka. On je ključan u pokretanju raznih enzima, utječući na stvaranje proteina, škroba i energetske molekule, adenozin trifosfata (ATP). To zauzvrat može utjecati na učinkovitost fotosinteze.

Nadalje, kalij kontrolira funkcije stomata, koji upravljaju izmjenom vlage, kisika i ugljičnog dioksida u biljkama. Nedostatak odgovarajuće količine kalija može spriječiti rast biljaka i rezultirati smanjenim prinosima.

Za višegodišnje biljke, poput lucerne, kalij doprinosi njihovom preživljavanju kroz hladnije mjesece. Neke druge vitalne funkcije kalija uključuju:

• Poticanje razvoja korijena i povećanje otpornosti na sušu.
• Očuvanje staničnog pritiska, smanjenje gubitka vode i sprječavanje venuća.
• Olakšavanje fotosinteze i stvaranja hranjivih tvari.
• Smanjenje disanja, štedeći energiju u procesu.
• Pomaže u kretanju šećera i nakupljanju škroba.
• Rezultat toga su žitarice bogate škrobom.
• Podizanje razine proteina u biljkama.
• Jačanje stijenki biljnih stanica i sprječavanje njihovog propadanja.
• Djeluje kao obrambeni mehanizam protiv određenih biljnih bolesti.

Kalij (K) je visoko topiv u vodi i visoke razine kalcija, soli ili magnezija mogu spriječiti unos kalija. Otpadna hrana poput povrća i voća sadrži velike količine kalija. Dovoljne razine kalija pomažu u zaštiti biljaka od mraza i bolesti. Kalij je neophodan za plodove, cvjetanje i razvoj sjemena.

Fosfor (P)

Fosfor (P) je hranjiva tvar koja najviše ograničava nakon vode, ugljika i dušika (N). Organska tvar, glina i specifični mineralni sastavi sadrže fosfor. Većinu vremena prisutno je dovoljno fosfora, ali je vezan za druge katione i fiksiran u nedostupnom obliku da ga biljke mogu apsorbirati. U poljoprivredi, otjecanje fosfora uzrokuje onečišćenje podzemnih voda i cvjetanje algi u vodenim tijelima. Recikliranje hranjivih tvari akvaponičkog sustava čini ga superiornijim u odnosu na hranu kupljenu u trgovini.

Fosfor se može pojaviti u tri oblika:

• Biljkama dostupan oblik je otopljen u vodi, a biljkama su najlakše dostupni ortofosfatni ioni (HPO4--) i (H2PO4-)
• Sorbiran fosfor je anorganski i vezan za glinene površine, željezo (Fe), aluminij (Al) i kalcij (Ca) okside i nedostupan je biljci. Da bismo oslobodili te fosforne spojeve, moramo stvoriti anaerobna okruženja poput pješčanih gredica za uzgoj
• Mineralni fosfor je izuzetno spor, otapa fosfatne minerale poput apatita, strengita i variscita. Ostali fosfatni minerali uključuju fosforne spojeve povezane s kalcijem, željezom i aluminijem. Poput sorbiranog fosfora, potrebna su nam anaerobna okruženja ili kiseline za oslobađanje fosfora.

Sekundarni makronutrijenti

Kalcij (Ca)

Iako biljke trebaju kalcij za izgradnju stanične stijenke i membrane. To je ključni čimbenik u osiguravanju stabilnosti i integriteta biljnih tkiva. U prirodi je rijetko nedostatak. Višak kalcija često se događa kada se koristi voda iz slavine, jer ona obično sadrži kalcij, ali ne i druge minerale poput magnezija. Što će rezultirati blokiranjem željeza i mangana.

Magnezij (Mg)

​​Magnezij (Mg) ključan je za brojne osnovne funkcije i kemijske reakcije u biljkama. Ima značajnu ulogu u stvaranju klorofila, stvaranju i kretanju energetski bogatih spojeva, pokretanju enzima i stvaranju proteina. Međutim, s porastom usjeva visokog prinosa koji dobro reagiraju na gnojiva, u kombinaciji sa rigoroznom poljoprivredom bez obnavljanja magnezija, tlom koje postaje kiselije i ispiranjem dostupnog magnezija, ovaj se esencijalni hranjivi sastojak pretvorio u ograničenje za postizanje optimalnih prinosa usjeva. .

Sumpor (S)

Sumpor je vitalan za pravilan rast i funkcioniranje biljaka. Sastavni je dio proteina, aminokiselina, vitamina i drugih esencijalnih molekula. Iako je značajan dio sumpora u tlu vezan u organskoj tvari i nije izravno dostupan biljkama, one prvenstveno apsorbiraju sumpor u njegovom anionskom obliku (SO4--). Međutim, ovaj oblik je topiv u vodi i može se lako isprati iz tla. Sumpor i njegovi spojevi igraju ulogu u normalnim metaboličkim funkcijama i reakcijama biljaka na stres. Oni također posreduju u širim signalnim mrežama biljaka. Biljke apsorbiraju sulfat iz tla pomoću specijaliziranih transportnih mehanizama. Također se mogu uključiti u transportne sustave simbiotskih organizama poput bakterija i gljivica, posebno kada su razine sumpora u tlu niske. S obzirom na njegovu važnost u metabolizmu biljaka, razumijevanje sumpora ključno je za zdravlje biljaka, životinja i ljudi koji o njima ovise. Ako biljke ne dobiju dovoljno sumpora, njihov rast može biti zaustavljen, što dovodi do smanjenih prinosa.

mikronutrijenata

Silicij (Da)

Iako silicij nije bitno hranjivo za biljke, on pospješuje rast korijena, stabljike i izdanaka, sadržaj šećera (Brix) i otpornost na bolesti na bakterije, gljivice, insekte, sušu i toplinski stres, dok također povećava sadržaj proteina za bolje prinose . Dovoljna količina silicija u biljkama također potiče bočno grananje grmolikijih biljaka. Do 50% smanjene upotrebe pesticida monosilicijeve kiseline na biljkama jer se bolesti bolje uočavaju jer biljke bolje reagiraju na stres kada su zaražene patogenima poput fusarijevog venuća i pepelnice. Također štiti biljke od apsorpcije teških metala poput aluminija i kadmija.

Bor (B)

Bor (B) je vitalni element u tragovima neophodan za pravilan rast i funkcioniranje biljaka. Nedostatak bora može poremetiti metabolizam i rast biljke. Ovaj element igra ključnu ulogu u održavanju stabilnosti i učinkovitosti staničnih stijenki i membrana. Dodatno, bor je ključan u regulaciji kretanja iona (kao što su H+, K+, PO43−, Rb+ i Ca2+) kroz stanične membrane, pomažući rast i diobu stanica, upravljajući dušikom i ugljikohidratima i pomažući u transportu šećera. Također utječe na različite stanične komponente i procese, kao što su proteini citoskeleta, enzimi vezani za plazma membranu, funkcije DNA/RNA, te metabolizam i transport specifičnih spojeva poput indooctene kiseline, poliamina, askorbinske kiseline i fenola.

Klor (Cl)

Tradicionalno se na klorid (Cl−) gledalo kao na sporednu hranjivu tvar koju su biljke uglavnom ignorirale zbog njegove uobičajene prisutnosti u prirodi, protudjelovanja s nitratom (NO3−) i njegove potencijalne štete pri visokim razinama. Međutim, novije perspektive su se promijenile. Umjesto da (Cl−) gledamo kao na štetan ion koji se nenamjerno apsorbira kada ga biljke unose (NO3−), sada se smatra korisnim makronutrijentom koji biljke reguliraju i precizno transportiraju. Kada je prisutan kao makronutrijent, (Cl−) doprinosi povećanom rastu biljaka, većem lišću, proširenim stanicama lista i korijena, poboljšanom upravljanju vodom, poboljšanoj difuziji (CO2) u stanicama lista i učinkovitijem korištenju vode i dušika. Iako biljke najbolje uspijevaju s uravnoteženim unosom i (Cl−) i (NO3−), njihova sklonost jednom nad drugim može varirati ovisno o biljnoj vrsti, sorti i čimbenicima okoliša kao što su nedostatak vode ili razina soli.

Željezo (Fe)

Željezo igra ključnu ulogu u procesima prijenosa energije i djeluje kao bitna komponenta za brojne ključne enzime. Nezamjenjiv je za većinu bakterija, što ga čini nezamjenjivim za gotovo sve žive organizme. U biljkama je željezo vitalno za procese poput fotosinteze i stvaranja klorofila. Količina dostupnog željeza u tlu ne samo da određuje gdje određene biljke rastu u prirodi, već također utječe na produktivnost i hranjivu vrijednost usjeva. Nedostatak unosa željeza u biljke može dovesti do usporenog rasta, žućenja između lisnih žila i smanjene vitalnosti. Za prehrambene usjeve, održavanje odgovarajuće razine željeza ključno je za rješavanje anemije uzrokovane nedostatkom željeza, globalno raširenog prehrambenog problema. Međutim, višak željeza može oštetiti stanice. Stoga su biljke razvile mehanizme za povećanje apsorpcije željeza kada ga ima malo i ograničavanje kada ga ima u višku.

Mangan (Mn)

Mangan (Mn) ima ključnu ulogu u raznim staničnim funkcijama biljaka. Posebno je ključan za komponentu procesa fotosinteze koja razvija kisik, olakšavajući djelovanje razdvajanja vode u fotosustavu II (PSII). Iako je uloga mangana u fotosintezi i drugim funkcijama kritična, značaju njegovog unosa i distribucije u biljkama nije se pridavala dužna pozornost. Različiti transportni proteini, izvedeni iz različitih obitelji gena, pomažu u održavanju razine Mn u različitim područjima biljnih stanica. Ovi proteini podržavaju različite aktivnosti ovisne o Mn, uključujući dodavanje šećera molekulama, zaštitu od reaktivnih kisikovih spojeva i fotosintezu. Ipak, ravnoteža Mn može biti poremećena ako je dostupno premalo ili previše. Suha, prozračna tla s puno kalcija ili organske tvari mogu dovesti do nedostatka Mn, čestog problema koji ometa rast biljaka. S druge strane, višak Mn zabrinjava u vlažnim i kiselim tlima gdje metal postaje previše dostupan. Stoga su biljke razvile precizne sustave za upravljanje apsorpcijom, kretanjem i skladištenjem Mn.

Molibden (mo)

Molibden igra ključnu ulogu u pomaganju biljkama da prerade dušik. Biljkama koje nisu mahunarke, poput cvjetače, rajčice i kukuruza, molibden im pomaže iskoristiti nitrate koje apsorbiraju iz tla. jaAko biljka nema dovoljno molibdena, ona akumulira nitrate u lišću ne pretvarajući ih u proteine. To dovodi do zastoja u rastu, nalik učincima nedostatka dušika, a također može uzrokovati opekline rubova lišća zbog viška nitrata.

Za mahunarke, poput graha, graška i djeteline, molibden ima dvostruku ulogu. Pomaže u preradi nitrata iz tla, slično neleguminoznim biljkama. Osim toga, pomaže u hvatanju atmosferskog dušika putem bakterija u korijenskim čvorićima. Kod ovih mahunarki potreba za molibdenom je još veća kod fiksacije dušika iz zraka nego kod prerade nitrata iz tla.

Cink (Zn)

Cink (Zn) je temeljni mikronutrijent za biljke, ključan za razne stanične i biokemijske procese. Koncentracija Zn je kritična; ako je preniska ili previsoka, može utjecati na zdravlje biljaka. Ovaj metal je uključen u mnoge aktivnosti biljke, podržavajući njen rast, sazrijevanje i prinos. Struktura i funkcija mnogih proteina i enzima u biljkama ovise o Zn. Stoga je ključno razumjeti kako se Zn ponaša u tlu, kako ga biljke apsorbiraju i prenose te kako reagiraju na njegov nedostatak. Mnogi usjevi diljem svijeta pate od nedostatka Zn, što dovodi do značajnog smanjenja prinosa i utječe na nutritivnu vrijednost proizvoda.

Bakar (Cu)

Bakar (Cu) je vitalni mineral potreban biljkama za rast i cvjetanje, igrajući uloge u širokom rasponu fizičkih, kemijskih i bioloških funkcija. Služi kao ključni element u brojnim enzimima, pomažući u procesima kao što su fotosinteza, disanje i prijenos elektrona. Štoviše, bakar je temeljni dio određenih gena povezanih s obranom. Iako je bitno, previše Cu može biti štetno, ometajući rast i prinos biljaka. Opsežna istraživanja istaknula su negativne učinke prekomjerne količine Cu na biljne procese poput klijanja sjemena, rasta i fotosinteze, kao i na obrambene mehanizme biljke. Ovo preopterećenje također može potisnuti sintezu klorofila i aktivnost antioksidativnih enzima.

Nikal (ni)

Nikal ima važnu ulogu u funkcioniranju osam enzima, posebno Glx I (EC 4.4.1.5), ARD (EC 1.13.11.54), Ni-SOD (EC 1.15.1.1), hidrogenaza (EC 1.12.98.2), MRC (EC 2.8.4.1), CODH (EC 1.2.99.2) ), ACS (EC 2.3.1.169) i ureaza (EC 3.5.1.5). Među njima, ureaza, koja se oslanja na nikal, ključna je za preradu dušika u biljkama. Djelujući kao kofaktor, nikal potiče ureazu da transformira ureu u amonijeve ione, osiguravajući biljkama iskoristiv izvor dušika. U nedostatku nikla, ova transformacija uree se ne događa. Osim toga, nikal se obično nalazi pohranjen u raznim dijelovima biljaka, osobito u lišću.

Ako tražite potpuni vodič korak po korak za postavljanje automatiziranog akvaponičkog sustava, kliknite ovdje.