RO138069A2

RO138069A2 - Sistem acvaponic cu substrat pentru creşterea durabilă a busuiocului (ocimum basilicum) şi a sturionului siberian (acipenser baerii)

Info

Publication number: RO138069A2
Application number: ROA202200671A
Authority: RO
Inventors: Ştefan-Mihai Petrea; Ira- Adeline Simionov; Alina Antache; Aurelia Nica; Victor Cristea; Răzvan Drogeanu; Lăcrămioara Oprică; Dragoş Cristea
Original assignee: Silurus Market S.R.L.
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-04-30

Abstract

Invenţia se referă la un sistem acvaponic cu substrat pentru creşterea durabilă a busuiocului ( Ocimum basilicum) şi a sturionului siberian (Acipenser baerii) utilizând un substrat de cultură a biomasei vegetale format din cochilii de rapane încadrat ca produs rezidual al firmelor procesatoare de carne de rapane. Sistemul acvaponic conform invenţiei se bazează pe un substrat obţinut prin prelucrarea cochiliilor de rapane prin sortare, curăţare de pietriş şi alte resturi organice, fierberea cochiliilor în apă de la robinet încălzită la 100°C, timp de 80 min., pentru a reduce încărcătura microbiană, urmată de spargerea vârfului cochiliei unde se acumulează o cantitate însemnată de substanţă organică, spălarea sub jet de apă şi uscarea acestora, după care cochiliile sunt din nou supuse unui proces de fierbere la 100°C timp de 60 min., clătite sub jet de apă şi uscate la temperatura camerei fiind astfel pregătite să fie plasate ca substrat în interiorul unităţilor acvaponice până la un nivel de preaplin al acestora, fiind apoi acoperite de un strat subţire de 1,5 cm grosime de argilă expandată care asigură fixarea extremităţii inferioare a tulpinii răsadurilor de busuioc, un tub perforat pentru aerare de forma literei U, conectat la o pompă de aerare a fost plasat în interiorul substratului la o distanţă de 15 cm distanţă faţă de fundul unităţii acvaponice, unităţile de creştere a biomasei piscicole de sturion fiind amplasate sub unităţile acvaponice de creştere a busuiocului şi sunt alimentate cu apă prin preaplin, alimentarea cu apă realizându-se cu ajutorul unei pompe submersate de recirculare cu debit de 2000 l/h, asigurând un debit constant de 500 l/h pentru fiecare din cele 3 unităţi acvaponice respectiv 1500 l/h, restul de 500 l/h fiind direcţionaţi înapoi în unitatea de creştere, iar întreg procesul de de creştere al busuiocului şi al sturionilor este monitorizat cu ajutorul unor module imagistice.

Description

OFICIUL DE STAT PENTRU INKUîii / MAKî

DESCRIEREA INVENȚIEI

SISTEM ACVAPONIC CU SUBSTRAT PENTRU CREȘTEREA DURABILĂ A BUSUIOCULUI {OCIMUM BASILICUM) ȘI A STURIONULUI SIBERIAN {ACIPENSER BAERII)

1. Motivația și domeniul de aplicare a invenției

Prezenta invenție apare ca răspuns la Orientarea Strategică pentru o Acvacultura Sustenabilă și Competitivă (OSASC) în cadrul Uniunii Europene (UE) în perioada 20212030, elaborată de către CE în data de 12.05.2021, care încurajează dezvoltarea și promovarea metodelor și tehnicilor de producție precum acvacultura multi-trofică și sistemele de acvacultura multitrofică integrată (SAMI), în cadrul cărora se încadrează sistemele acvaponice de producție. De asemenea, practicarea acvaculturii multi-trofice este reliefată drept o soluție menită să asigure o îmbunătățire a sustenabilității de mediu și a celei economice, propusă spre a fi adoptată în scară largă, la nivelul UE, și în cadrul Comunicatului privind economia albastră sustenabilă.

Invenția constă în dezvoltarea unui sistem acvaponic menit să asigure creșterea durabilă a busuiocului {Ocimum basilicum) și a sturionului siberian {Acipenser baerii) prin: 1. prelucrare și integrarea, ca substrat acvaponic, a cochiliilor de rapăne {Rapana venosa), considerate produse reziduale în industria alimentară.

2. integrarea unui modul imagistic, capabil să preia imagini cu materialul piscicol și vegetal, ce pot fi folosite pentru estimarea creșterii biomaselor de cultura (cea de busuioc și cea de sturioni siberieni), în vederea stabilirii cantității de hrană ce urmează a fi administrată materialului piscicol, fără a necesita cântăriri intermediare regulate a acestuia, în acest scop.

Astfel, primul rol al invenției este acela de a creștere sustenabilitatea sistemelor acvaponice prin folosirea produselor reziduale (cochiliile de rapăne) rezultate în urma unui proces de producție (procesarea rapănelor), ca element esențial (substrat acvaponic de creștere a busuiocului) în cadrul altui proces de producție (producția de busuioc în regim acvaponic și, drept urmare, susținerea procesului de fitoremediere în cadrul sistemelor acvaponice). Al doilea rol al invenției este acela de a oferi datele imagistice necesare pentru stabilirea cantității de furaj necesare a fi administrate, prevenind astfel stresul provocat peștilor de cântăririle necesare pentru determinarea biomasei în vederea calculării cantității de furaj ce urmează a fi administrată, în raport cu rația procentuală de furajare (% din biomasa pisiciolă ce urmează a fi furajată).

2. Stadiului cunoscut al tehnicii în domeniul obiectului invenției

Este cunoscut faptul că există o multitudine de substraturi acvaponice consacrate ce sunt folosite în cadrul sistemelor acvaponice în vederea asigurării dezideratelor principale și anume acelea de a oferi stabilitate materialului vegetal de-a lungul procesului de producție și, de asemenea, de a facilita menținerea concentrației necesare de nitraților pentru creșterea materialului vegetal, prin menținerea procesului de nitrificare (oxidarea amoniului existent în apă ca urmare a practicării acvaculturii, la forma de nitrit și a nitriților la nitrați, în prezența bacteriilor nitrificatoare ce se dezvoltă de-a lungul procesului de producție). Cu toate acestea, aceste substraturi de creștere sunt fie costisitoare (ex. bile de argilă expandată, perlit, rocă vulcanică), greu de manevrat (ex. pietriș) sau necesită a fi schimbate din cauza degradării la care sunt supuse în timp (ex. sfărâmarea perlitului). Este cunoscut faptul că au fost testate recent, la nivel internațional, substraturi precum cojile de sâmburi sau nucă de cocos, dar durata de folosire a acestora rămâne limitată datorită structurii acestora în condițiile menținerii în regim continuu de submersie, de-a lungul ciclului de producție.

De asemenea, se cunosc multiplele preocupări legate de utilizarea tehnicilor inteligente de recunoaștere vizuală pentru optimizarea proceselor tehnologice în acvacultura. Cu toate acestea, modul de prelevare a imaginilor cu biomasa piscicolă și cea vegetală este variat. S-au folosit camere subacvatice costisitoare, sisteme complexe dotate cu senzori de proximitate/sonare și camere sau tuneluri subacvatice prevăzute cu echipamente submerse de captare a imaginii. Cu toate acestea, necesitatea unui design simplu, ușor de implementat, accesibil ca preț și versatil, pentru prelevarea de imagini conforme cu materialul piscicol și vegetal, în vederea prelucrării ulterioare a acestora utilizând tehnici de recunoaștere vizuală este evidentă.

3. Problema tehnică pe care o rezolva invenția

Astfel, problemele tehnice pe care le rezolvă invenția implică două direcții și anume: 1. oferirea unei soluții sustenabile de substrat acvaponic provenit din categoria produselor reziduale, capabil să asigure performante de creștere, calitate și capacitate de fitoremediere asociată biomasei de busuioc, asemănătoare cu cele asigurare de substraturile de creștere convenționale; 2. oferirea unei soluții simple, accesibile din punct de vedere al prețului, pentru prelevarea imaginilor cu biomasa piscicolă și vegetală crescute într-un sistem acvaponic integrat, în vederea folosirii acestora pentru identificarea sporului de creștere cu ajutorul diverselor tehnici de recunoaștere vizuală.

4. Prezentarea sistemului acvaponic cu substrat pentru creșterea durabilă a busuiocului (Ocimum basilicum) și a sturionului siberian (Acipenser baerii)

Sistemul acvaponic constă în poziționarea unităților acvaponice la un nivel superior unităților de creștere a biomasei piscicole, asigurând astfel posibilitatea de evacuare gravitațională a apei, printr-o instalație tip preaplin. Alimentarea apei este realizată prin intermediul unei pompe submersate, de recirculare, ce funcționează cu un debit de 2000 L/h, asigurând astfel un debit constant de 500 L/h pentru fiecare unitate acvaponică (3 unități x 500 L/h = 1500 L/h), restul celor 500 L/h fiind direcționați către un traseu ce conduce volumul de apă rămas nefolosit, înapoi, în unitatea de creștere. Fiecare alimentare a unităților acvaponice este dotată cu robinet de reglare a debitului. De asemenea, instalația ce asigură deversarea surplusului de apă, rezultat în urma pompării, înapoi, în unitățile de creștere, este dotată cu robinet de control a debitului. Acest lucru permite controlul debitului (creșterea sau scăderea acestuia) de alimentare a modulelor acvaponice, de-a lungul procesului de producție, în funcție de specificul tehnologiei aplicate (ex. necesarul de nutrienți ai biomasei vegetale; calitatea apei tehnologice din sistemul acvaponic, la un moment dat, în cadrul procesului tehnologic).

Inovația la nivelul sistemului constă, în primul rând, în folosirea unui substrat de creștere inovativ reprezentat de cochiliile de rapăne (Rapana venosa), considerate produse reziduale în industria alimentară. Substratul de creștere la nivelul unui sistem acvaponic are funcție multiplă, de susținere a biomasei vegetale (de busuioc, în cazul de față) dar, în același timp, joacă și rolul de filtru biologic, întrucât servește ca substrat de creștere pentru dezvoltarea bacteriilor nitrificatoare, ce asigură oxidarea amoniului la forma de nitriți și a nitriților în formă de nitrați, compuși necesari în special plantelor cu frunze verzi (precum salata, spanacul sau, în cazul de față busuiocul) pentru asigurarea unei creșteri sănătoase.

Astfel, inovația privind folosirea cochiliilor de rapăne drept substrat de creștere în acvaponie include și elaborarea unei tehnologii de pregătire a acestora. Cochiliile de rapăne încadrate ca produs rezidual de către firma de procesare Interfrig Fish - Cataloi, Tulcea, au fost preluate în saci și transportate la Departamentul de Știința Alimentelor, Ingineria Alimentelor, Biotechnologii și Acvacultura din cadrul Facultății de Știința și Ingineria

Alimentelor, Universitatea ”Dunărea de Jos”, Galați unde au fost sortate în vederea excluderii diverselor resturi de cochilii sparte sau alte elemente (ex. pietriș, resturi organice) ce s-au strecurat sau au rămas la nivelul acestora (Figura 1). Apoi, cochiliile de rapane au fost curățate în exterior cu dispozitive abrazive (perii de sârmă) pentru a putea îndepărta eventualele depozite de minerale și alte elemente, prezente la nivelul acestora. Următoarea etapă a procesului de pregătire a substratului a implicat fierberea în apă de la robinet a cochiliilor (temperatura de 100°C) timp de 80 minute, pentru a reduce încărcarea microbiană la nivelul acestora și pentru a facilita îndepărtarea ulterioară a resturilor organice din interiorul acestora. Cochiliile au fost scoate la uscat, la temperatura camerei, și cu ajutorul unei pense curbate au fost îndepărtate resturile organice în măsura în care acest lucru a fost posibil, întrucât conformația unor exemplare de cochilii nu a permis acest lucru.

Este cunoscut faptul că o cantitate semnificativă de substanță organică este acumulată la nivelul vârfului cochiliei (apex), în interiorul acesteia. Acest lucru face imposibilă îndepărtarea acesteia fără a sparge vârful cochiliei. Astfel, următorul pas al prelucrării cochiliilor în vederea folosirii acestora drept substrat inovativ a implicat spargerea vârfului acestora (Figura 2) și spălarea suprafeței rămase din cochilie, sub jet de apă. Cochiliile au fost supuse iar, unui proces de fierbere pentru reducerea încărcăturii microbiene rămase (100°C temperatura apei, timp fierbere 60 minute) și apoi au fost scoase, clătite sub jet de apă, uscate la temperatura camerei și plasate în interiorul unităților acvaponice (Figura 1) până la un nivel de preaplin al acestora, fiind apoi acoperite de un strat subțire, de 1,5 cm grosime, de argilă expandată, ce asigură fixarea extremității inferioare a tulpinii răsadurilor de busuioc. Un tub perforat pentru aerare, de forma literei U, a fost conectat la o pompă de aerare și plasat în interiorul substratului inovativ, la o distanță de 15 cm față de fundul unității acvaponice.

întrucât sistemul nou creat implică și poziționarea unor module imagistice în vederea prelevării pozelor cu material piscicol și vegetal pentru a fi supuse unor prelucrări ulterioare, utilizând tehnici consacrate ce vor indica în timp real dinamica creșterii și posibile deficiențe (în cazul biomasei vegetale), designul menit să asigure captarea unor imagini potrivite este esențial. Astfel, designul inovativ al modulelor imagistice, de preluare a imaginilor la nivelul biomasei pisicole, constă în poziționarea unui perete de separare, confecționat din material pexiglas, incolor, de o grosime de 5 mm, perpendicular cu fundul unității de creștere, de o înălțime superioară cu 5 cm față de nivelului apei existent cadrul acesteia, la o distanță de 38 cm față de peretele lateral de prindere si la 24 cm față de pereții laterali din extremități (Figura 3, Figura 4, Figura 5). în capetele laterale ale peretelui separator, din pexiglas, sunt inserate tuburi rigide de plastic, tăiate longitudinal, in vederea protejării materialului sturionicol de un eventual impact fizic ce poate provoca leziuni la nivelul tegumentului. La o distanță de 35 cm față de luciul de apă, în planul superior acestuia, este poziționată o cameră de profunzime Intel® RealSense Depth Camera D455, legată la un microcontroler RasberryPi (RPi), conectat la o rețea WiFi cu ajutorul unui rooter ce facilitează comunicarea acestora cu un server principal. De asemenea, a fost configurat rooter-ul pentru atribuirea de adrese statice atât pentru server, cât și pentru RPi-uri pe baza adreselor MAC. Pentru achiziția datelor a fost creat un script pentru captura imaginilor rezultate din folosirea camerelor V2. A fost creat un script pentru captura imaginilor și extragerea de informații adiționale de la camerele Intel Realsense, pentru care au fost necesare configurarea camerei, captarea și alinierea frame-urilor pentru extragerea imaginilor și a informațiilor de adâncime utile pentru măsurarea peștilor și a plantelor și urmată de calibrarea informațiilor depth utilizând parametrul scale. De asemenea, pentru fiecare RPi a fost setat serviciul cronjob pentru execuția scripturilor la intervale prestabilite de timp. Pentru transferul datelor colectate au fost configurate conexiunile SSH dintre server și RPi-uri. Stocarea datelor achiziționate se face pe SD card-ul microcontrolerului și acestea pot fi accesate de la distanță. Imaginile luate cu ajutorul modulului imagistic acoperă numai zona delimitată de peretele separator. Poziționarea acestuia este importantă pentru a dirija sturionii să înoate de-a lungul peretelui bazinului, în zona acoperită de câmpul vizual al camerei, fapt ce asigură captarea în imagini cu materialului sturionicol într-o poziție relativ paralelă cu peretele bazinului și nu perpendiculară, fapt necesar pentru prelucrarea ulterioară. De asemenea, distanța limitată dintre peretele unității de creștere și peretele de separare împiedică întoarcerea sau aglomerarea excesivă a materialului sturionicol, în timpul înotului, în zona din câmpul vizual al camerei, prevenind suprapunerea sturionilor în imagini, deziderate urmărite pentru a asigura o calitate optimă a materialului imagistic ce urmează a fi supus prelucrării.

Designul inovativ al modulelor imagistice, de preluare a imaginilor la nivelul biomasei vegetale, are drept deziderat identificarea în timp real a ritmului de creștere și a eventualelor deficiențe nutriționale ce pot apărea la nivelul culturii de busuioc. Astfel, camerele folosite pentru preluarea imaginilor în vederea identificării posibilelor deficiențe la nivelul suprafeței foliare a busuiocului sunt V2 și HQ (16mm) de la RPi, în timp ce pentru identificarea parametrilor de creștere (suprafața foliară totală și înălțimea plantei) s-a folosit o cameră de profunzime Intel® RealSense Depth Camera D455. Modulul format din cele 3 camere, conectate la 2 microcontrolere RPi, este poziționat deasupra unităților de iluminat, la distanță de 79cm față de substratul de creștere al busuiocului (Figura 6).

în vederea optimizării calității imaginilor, atât în cazul modulului imagistic pentru biomasa piscicolă, cât și a celui pentru biomasa vegetală, s-au stabilit 8 intervale de timp scurte, de 20 min, de-a lungul cărora camerele video vor prelua imagini cu biomasa piscicolă, timp în care luminile folosite pentru creșterea busuiocului se vor stinge, iar becuri cu led Philips® E27/13W/230V 2700K se vor aprinde, acțiuni posibile cu ajutorul prizelor cu timer la care ambele surse de iluminat sunt conectate (Figura 7).

5. Testarea experimentală a sistemului acvaponic cu substrat pentru creșterea durabilă a busuiocului (Ocimum hasilicum) și a sturionului siberian (Acipenser baeriî)

Testarea experimentală a sistemului a debutat cu activitatea de activare a substratului de creștere. întrucât substratul inovativ revendicat în cadrul prezentei cereri de brevet și anume cel constituit din cochilii de rapane se dorește a fi un înlocuitor pentru substratul convențional utilizat în cadrul sistemelor acvaponice iar argila expandată este cel mai cunoscut substrat acvaponic convențional, s-a luat decizia efectuării unei analize comparative între cele două substraturi în cauză. Astfel, s-au realizat două variante experimentale, în duplicat, (SR varianta cu substrat format din cochilii de rapane și SH - varianta cu substrat de agrilă expandată). Cele două substraturi au fost montate în patru sisteme acvaponice diferite, fără material piscicol, pentru început. Activarea biologică a substratului a fost realizată folosind bacterii Bio-Digest® (administrarea a 2 fiole, la un interval de 12 zile, una față de cealaltă) și adaos zilnic de clorură de amoniu (10 mg/L), timp de 47 zile calendaristice. Compușii azotului (N-NH4, N-NO2, respectiv N-NO3) au fost monitorizați cu ajutorul sistemului de senzori Libelium® Smart Water Sensor Platform Adds Ion Monitoring. Pompa submersă de recirculare, plasată în interiorul unității de creștere destinată a fi populată cu biomasă piscicolă, a fost pornită și recircularea apei între unitățile acvaponice și unitățile piscicole a fost menținută timp de 47 zile, în vederea asigurării condițiilor optime de formare a filmului de bacterii nitrificatoare la nivelul substratului inovativ format din cochilii de rapane. Astfel, rezultatele obținute în urma monitorizării procesului de activare a substratului inovativ-SR (cochilii de rapane) indică necesitatea asumării unei perioade mai îndelungate pentru activarea completă a acestuia, comparativ cu substratul consacrat, de argilă expandată (SH). Astfel, N-NH4 a înregistrat o valoare medie superioară, de 10,62±6,27mg/L în cazul SR,

comparativ cu 6,55±3,95mg/L în SH, de-a lungul unei perioade de activare de 47 zile. De asemenea, startarea mai îndelungata a SR, comparativ cu SH, este reliefată de valorile medii inferioare înregistrate de substratul inovativ în cazul N-NO2 (3,04±2,63mg/L ), respectiv NNO3 (8,43±3,76mg/L), comparativ cu 4,15±2,15mg/L N-NO2, respectiv 20,22±8,67mg/L NNO3 în cazul SH. Evoluția concentrației de N-NH4, N-NO2 și, N-NO3 înregistrata la nivelul apei (Figura 8) indică abilitatea SR de a fi folosit drept substrat în cadrul sistemelor de producție piscicolă, acesta având reale proprietăți de biofiltrare a apei, dar necesitând un timp mai îndelungat în vederea activării, comparativ cu SH.

După 47 de zile, întreg volumul de apă de la nivelul celor 4 sistemelor acvaponice a fost înlocuit cu apă declorinată, în condițiile menținerii nivelului de recirculare. Sistemele au fost populate cu biomase diferite de sturioni (sistemele A-SH si A-SR au fost populate cu sturioni cu biomasă individuală medie de 51,00±5,3 g/ex, la o densitate de stocare de 2,56 kg/m³, biomasă totală de 2,05 kg, în timp ce sistemele B-SH și B-SR au fost populate cu exemplare cu material sturionicol cu o biomasă individuală de 30,93±3,72 g/ex, biomasa totală de 1,24 kg, la o densitate de stocare de 1,55 kg/m³. De-a lungul perioadei de testare, s-a aplicat o rație de furajare de 1,5% din biomasa totala sturionicolă, cee ce se rezumă la o cantitate totală de hrană administrată de 2,49 kg pentru fiecare din sistemele A-SH, respectiv A-SR și 1,55 kg pentru fiecare din sistemele B-SH și B-SR. Răsadurile de busuioc au fost plantate la nivelul unităților acvaponice (densitatea de cultură 70 plante/m²), în total 51 plante pe sistem (17 plante x 3 unitati acvaponice).

Acest design experimental de testare a sistemului inovativ a fost adoptat, având drept fundament următoarele considerente: 1. identificarea potențialului substratului SR de a asigura creșterea busuiocului, calitatea și capacitatea de fitoremediere a acestuia în diverse scenarii tehnologice de producție, date în cazul de față de input-uri variate de furaj (respectiv nutrienți) în cadrul sistemului multi-trofic integrat; 2. identificarea abilității sistemului imagistic de a capta imagini optime, cu biomasa sturionicolă (in diverse stadii de dezvoltare) și cea vegetală (crescută cu input-uri diferite de nutrienți), destinate spre a fi trimise pentru prelucrare în vederea identificării parametrilor de creșterea (valabil pentru ambele biomase) și a posibilelor deficiențe nutriționale (valabil numai pentru biomasa de plante).

Astfel, perioada experimentală a durat 43 zile, la sfârșitul cărora, din punct de vedere a înălțimii medii a busuiocului, variantele cu substrat inovativ (SR) au obținut valori superioare (A-SR: 61,41±10,24 cm; B-SR: 43,67±5,60 cm) comparativ cu variantele cu substrat convențional (A-SH: 57,68±8,97 cm; B-SH: 39,44±6,43 cm) (Figura 9). De asemenea, această situație a fost confirmată de numărul total de frunze per planta (A-SR: 105±42 frunze, A-SH: 100±32frunze; B-SR: 87±26 frunze; B-SH: 81±31 frunze) (Figura 9), biomasa individuală medie (A-SR: 35,24±14,43g; A-SH: 27,27±8,99g; B-SR: 22,97±8,05g; B-SH: 19,21±4,71g) (Figura 10), suprafața foliară totală per plantă (A-SR: 6143,28±3568,16 cm²; A-SH: 5629,86±2813,59 cm²; B-SR: 4123,49±2095,14 cm²; B-SH: 3732,13±2630,10 cm²) (Figura 11) și raportul biomasă parte aeriană/biomasă rizosferă (A-SR: 0,30±0,05; A-SH: 0,33±0,08; B-SR: 0,25±0,07; B-SH: 0,24±0,07) (Figura 12). Se observă faptul că utilizarea substratului inovativ format din cochilii de rapane (SR) asigură indicatori superiori de creștere, în ambele scenarii tehnologice (A și B), comparativ cu utilizarea substratului convențional format din argilă expandată. Cu toate acestea, diferențe semnificative din punct de vedere statistic (p<0.05) între variantele ce folosesc diferite substraturi de creștere sunt înregistrate numai în cazul biomasei individuale medii a busuiocului.

Calitatea producției de busuioc a fost determinată prin evaluarea concentrației de fosfor (P), calciu (Ca), magneziu (Mg), fier (Fe), potasiu (K), polifenoli și flavonoide la nivelul biomasei foliare a busuiocului.

Astfel, în ceea ce privește concentrația de P din biomasa foliară, acesta a înregistrat o valoare de 87,84±7,04 mg/lOOg frunze proaspete (FW) în cazul A-SR și 58,73±3,57 mg/lOOg

FW la B-SR, comparative cu 84,10±5,48 mg/lOOg FW la A-SH și 51,91±2,95 mg/lOOg FW la B-SH (Figura 13). De asemenea, valori superioare pentru variantele experimentale cu substrat inovativ, format din cochili de rapane, se înregistrează și în ceea ce privește concentrația de Ca (A-SR: 195,73± 17,04 mg/lOOg FW; A-SH: 190,77±20,45 mg/lOOg FW; B-SR: 144,82±25,25 mg/lOOg FW; B-SH: 139,98±23,72 mg/lOOg FW) (Figura 14), de K (ASR: 359,67±7,59 mg/lOOg FW; A-SH: 329,11±8,28 mg/lOOg FW; B-SR: 320,46±3,41 mg/lOOg FW; B-SH: 305,52±2,10 mg/lOOg FW) (Figura 15), de Mg (A-SR: 93,57±4,28 mg/lOOg FW; A-SH: 86,58±3,08 mg/lOOg FW; B-SR: 76,66±2,30 mg/lOOg FW; B-SH: 70,72±2,29 mg/lOOg FW) (Figura 16) și de Fe (A-SR: 3,74±0,24 mg/lOOg FW; A-SH: 3,54±0,19 mg/lOOg FW; B-SR: 3,38±0,22 mg/lOOg FW; B-SH: 3,17±0,18 mg/lOOg FW) (Figura 17). Concentrațiile superioare de nutrienți înregistrate în biomasa foliară a busuiocului crescut în cadrul sistemelor acvaponice cu substrat inovativ format din cochili de rapane relevă calitatea superioară a biomasei vegetale în condițiile aplicării soluției revendicate prin intermediul prezentei cereri de brevet. Aceasta concluzie este o confirmată de concentrațiile în polifenoli (A-SR: 0,157±0,013 mg GAE/g; A-SH: 0,144±0,015 mg GAE/g; B-SR: 0,126±0,005 mg GAE/g; B-SH: 0,119±0,003 mg GAE/g) și flavonoide (ASR: 0,089±0,003 mg CE/g; A-SH: 0,074±0,007 mg CE/g; B-SR: 0,068±0,0054 mg CE/g; BSH: 0,064±0,001 mg CE/g) (Figura 18).

De-a lungul perioadei experimentale au fost monitorizate concentrațiile de compuși ai azotului (N-NH4, N-NO2, N-NO3) din apă, atât la intrarea în unitățile acvaponice, cât și la ieșirea apei de la nivelul acestora, în vederea identificării ratei procentuale de retenție. Astfel, se observă valori medii inferioare a ratelor de retenție a N-NH4 în dreptul variantelor unde a fost aplicată soluția inovativă de substrat de cochilii de rapane (A-SR: 19,58±9,47%, B-SR: 18,95±12,88%), comparativ cu variantele experimentale unde a fost utilizat substrat acvaponic consacrat, de argilă expandată (A-SH:20,75±l 1,1%, B-SH:26,53±12,61%) (Figura 19).Prezenta situație este confirmată și prin valorile ratei procentuale de retenție a N-NO3 (ASR: 2,02±0,02%, B-SR: 4,ll±0,14%, A-SH:3,16±0,22%, B-SH: 4,22±0,93%) (Figura 19).Cu toate acestea, procentul de retenție a N-NO2 este superior în dreptul variantele cu substrat inovativ, de cochili de rapane (A-SR: 10,15±29,47%, B-SR: 21,14±10,14%), comparativ cu cele cu substrat de argilă expandată (A-SH: 19,23±10,19% , B-SH: 15,20±9,04%) (Figura 19).

Identificarea abilității sistemului imagistic de a capta imagini optime, cu biomasa sturionicolă (in diverse stadii de dezvoltare) și cea vegetală (crescută cu input-uri diferite de nutrienți) a fost testată de-a lungul perioadei experimentale. Astfel, în Figura 20 este prezentată o imagine captată cu modulul imagistic destinat biomasei sturionicole și supusă procesării ulterioare, cu succes, în timp ce în Figura 21 este prezentată o imagine captată cu modulul imagistic destinat biomasei de vegetale, busuioc, și supusă, de asemenea, cu succes, prelucrării ulterioare.

6. Avantajelor rezultate din aplicarea invenției

Drept concluzie, se poate afirma faptul că sistemul acvaponic cu substrat pentru creșterea durabilă a busuiocului (Ocimum basilicum) și a sturionului siberian (Acipenser baerii) prezintă o serie de avantaje. Astfel, un prim avantaj este legat de posibilitatea de a implica produse reziduale, din industria alimentară, în cadrul design-ului, fapt ce conferă o creștere a sustenabilității economice (costurile cu achiziția de substrat de creștere scad) a sistemelor acvaponice, cât și o creștere a sustenabilității de mediu (scăderea cantității de produse reziduale). De asemena, substratul inovativ, format din cochilii de rapane, este ușor de manipulat și accesibil spre a fi găsit în România, în special, deoarece există cantități considerabile de rapane ce sunt pescuite din Marea Neagră în vederea procesării ulterioare.

Un alt avantaj al sistemului propus este legat de parametrii de creștere a materialului vegetal, în cazul de față, a busuiocului. Astfel, conform celor prezentate mai sus, în urma testărilor realizate s-a constatat că folosirea cochiliilor de rapane ca substrat acvaponic pentru creșterea busuiocului conduce la maximizarea parametrilor de creștere a biomasei vegetale, comparativ cu performanțele înregistrate în alte sisteme acvaponice în cazul cărora a fost folosit substrat convențional de creștere (bile de argilă expandată), diferențe semnificative statistic (p<0.05) înregistrându-se în special în cazul valorilor biomasei individuale medii a plantelor.

De asemenea, în urma analizelor efectuate pe materialul vegetal rezultat în urma testărilor întreprinse și prezentate anterior, plantele de busuioc crescute folosind sistemul bazat pe substrat acvaponic format din cochili de rapane prezintă o calitate superioară celor crescute în sisteme acvaponice ce folosesc substrat convențional, fapt reliefat prin valorile superioare de P, Ca, Mg, Fe, K, polifenoli și flavonoide.

în ceea ce privește capacitatea de control a calității apei reliefată prin rata de retenție a compușilor azotului (N-NH4, N-NO2, N-NO3), sistemul inovativ propus în actuala cerere de brevet a înregistrat performanțe asemănătoare celor raportate de sistemele bazate pe substraturi acvaponice convenționale.

Modulele imagistice de observație a biomasei sturionicole și vegetale (de busuioc), au arătat capacitate excelentă de a prelua imagini optime ce pot fi prelucrate cu succes folosind tehnici de recunoaștere vizuală.

Trebuie precizat faptul că toate avantajele identificate și expuse au fost rezultate în urma etapei de testare, considerând două scenarii tehnologice diferite (A - pești mari, cantitate ridicată de hrană administrată și B - pești mici, cantitate mai scăzută de hrană administrată), fapt ce confirmă aplicabilitatea la nivel universal, indiferent de tehnologia aplicată, a sistemului inovativ propus.

Claims

REVENDICĂRI

SISTEM ACVAPONIC CU SUBSTRAT PENTRU CREȘTEREA DURABILĂ A BUSUIOCULUI (OCIMUM BASILICUM) ȘI A STURIONULUI SIBERIAN (ACIPENSER BAERII)

1. Metodă de prelucrare a cochiliilor de rapane (Rapana venosa), considerate produse reziduale în industria alimentară, spre a fi utilizate ca și integrarea, ca substrat acvaponic în cadrul sistemelor multi-trofice integrate de producție.
2. Sistem acvaponic cu substrat format din cochilii de rapane provenite din rezidurile fabricilor alimentare de procesare, pentru creșterea durabilă a busuiocului (Ocimum basilicutri) și a sturionului siberian (Acipenser baerii).
3. Modul imagistic pentru observația biomasei sturionicole și a celei vegetale, integrat în sistem acvaponic cu substrat, pentru creșterea durabilă a busuiocului (Ocimum basilicutri) și a sturionului siberian (Acipenser baerii).