Comparison of four chicken manure based bioponic solutions with conventional hydroponics in terms of lettuce quality and quantity produced, and the loss of nitrogen in bioponic systems

Abstract

Following the decrease in fundings for the Sahrawi refugees crisis, the average food basket has shrinked in terms of quantity and diversity, especially with fresh vegetables. With hopes of promoting local agriculture, chicken droppings underwent anaerobic digestion then aerobic digestion to create four bioponic solutions with different initial concentrations in minerals based on nitrogen (N) (65mgN/L, 90mgN/L, 115mgN/L and 140mgN/L) for lettuce culture. The nitrification efficiencies were calculated, the causes of the loss of nitrogen were discussed, several physical parameters were monitored and bioponics was compared to conventional hydroponics. Bioponics and conventional hydroponics were equal in terms of the quantity produced. However the former led to lettuce richer in calcium, magnesium, zinc, manganese and sodium based on fresh weight. Conversely, those cultivated in hydroponics were richer in nitrogen. In addition, it would be best to create bioponic nutrient solutions with initial nitrogen concentrations between 65mgN/L and 90mgN/L, then to add organic matter by fractions during culture. In fact, all the different concentrations led to similar productivity. However higher initial concentrations led to greater mineral losses, and lower nitrification efficiencies. Moreover, it was speculated that most nitrogen losses were linked to the incorporation of this element into bacterial biomass, the sedimentation of solid residues on the NFT systems and plant roots, and ammonia volatilization. The latter could have been responsible for up to 30% of the losses.

Suite à la diminution des financements alloués à la crise des réfugiés Sahraouis, le panier alimentaire moyen fut réduit en termes de quantité et de diversité, surtout en matière de fruits et légumes. Avec l’intention de promouvoir l’agriculture locale, des fientes de poules ont subi une digestion anaérobie, suivie d’une digestion aérobie pour créer quatre solutions bioponiques avec différentes concentrations initiales en minéraux, basées sur l’azote (N) (65mgN/L, 90mgN/L, 115mgN/L and 140mgN/L) pour la culture de laitues. Les efficiences de nitrification furent calculées, les causes de perte en azote furent discutées, plusieurs paramètres physiques furent suivis et la bioponie fut comparée à l’hydroponie conventionnelle. La bioponie et l’hydroponie conventionnelle étaient égales en termes de quantité produite. Cependant, la bioponie a abouti à des laitues plus riches en calcium, magnésium, zinc, manganèse et sodium sur poids frais. Mais, celles produites en hydroponie étaient plus riches en azote. De plus, il serait préférable de créer des solutions nutritives bioponiques avec des concentrations initiales en azote entre 65mgN/L et 90mgN/L, puis de fractionner les ajouts de la matière organique durant la culture. Effectivement, toutes les différentes concentrations ont abouti à des productivités similaires. Néanmoins, des concentrations initiales plus élevées ont conduit à des pertes de minéraux plus importantes et des efficiences de nitrification plus faibles. Enfin, la perte d’azote est probablement liée à l'incorporation de cet élément dans la biomasse bactérienne, la sédimentation des résidus solides sur les systèmes NFT et les racines des plantes, et à la volatilisation de l’ammonium. Cette dernière pourrait être responsable de jusqu’à 30% des pertes en azote.