Aquaponics – alt hvad du behøver at vide

Hvad er Aquaponics

Aquaponics er en dyrkningsmetode, der dyrker planter i kombination med akvakultur, eller opdræt af vanddyr som fisk og i sidste ende krebs, snegle, skaller eller rejer. Det er en del af de bredere "jordfrie" dyrkningsmetoder, herunder hydroponics og aeroponics.

I sin moderne form kombineres aquaponics ofte med relativt højteknologisk hydroponics-dyrkning - dyrkning af planter uden jord - ved at bruge vand til at give dem deres næringsstoffer. Det kan ofte være en del af et vertikalt landbrug eller indendørs landbrugssystem.

Vi diskuterede detaljeret de forskellige mulige systemer til hydroponisk dyrkning og dens fordele og ulemper i vores artikel "Hydroponics – alt hvad du behøver at vide".

Blandingen af ​​landbrug og akvakultur er dog en meget gammel blanding. Aztekerne dyrkede på landbrugshøjlandet navngivet chinampas over søer dyrkede kinesiske bønder ris med fisk i uafskallet i årtusinder, og det samme var de indfødte kulturer i Sydøstasien, inklusive den bemærkelsesværdige by Angkor Wat.

Kilde: Forebyggende web

Akvaponics markedsstørrelse repræsenterer næsten 1.2 milliarder dollars i 2024 og forventes at vokse med 9.6 % CAGR indtil 2029. De største markeder er placeret i Nordamerika og Asien.

Videnskaben om akvaponik

Hydroponics tilbyder meget stram kontrol over dyrkningsforholdene, hvilket hjælper med at dyrke pålidelige afgrøder af høj kvalitet. Det er også meget vand- og pladsbesparende. Men hvad nu hvis det også kunne dyrke meget tæt, sundt kød med det samme vand? Dette er gjort muligt ved at forbinde vandet, som det hydroponiske system bruger, til akvakulturvæksttanke.

Det stærkeste argument til fordel for akvaponics er at danne en cirkel, hvor hver komponent løser et problem, der findes i hydroponics og akvakultur, når de er adskilt.

Hydroponics er et meget effektivt dyrkningssystem, men kræver konstant tilsætning af gødning i vandet for at holde planten sund og i vækst.

I mellemtiden kræver akvakultur meget frisk, rent vand og filtrering, da fiskens affald (eller andre vandlevende dyr) vil ophobe sig og forurene vandet.

I et akvaponisk system bliver begge "løst". Fiskeklatten er ikke forurening længere, men kvælstofrig gødning til planterne. Derefter renser og filtrerer planterødderne vandet "gratis" ved at absorbere dem.

Kilde: Den akvaponiske ressource

Typer af akvaponiske systemer

Mediebaseret Aquaponic System

Et inert medium som grus, lavasten eller lersten forankrer plantens rødder. Plantens vækstbed oversvømmes periodisk med vand fra akvariet gennem en klokkesifon. Dette bringer næringsstofferne til planterne.

Vandet sendes derefter tilbage til akvariet for at lukke cyklussen, når vandet er blevet filtreret af planterne. Nogle gange tilsættes orme til det inaktive mediebed for at hjælpe med at nedbryde fiskeekskrementerne.

Kilde: Go Green Aquaponics

Da dette system ikke bruger noget filter og den mindste komponent, er det det enkleste.

Flådesystem

Planterne er placeret på flydende flåder, med rødder dinglende i vandet. Det næringsrige vand fra akvakulturtanken strømmer løbende ind i et filtersystem, hvorefter planten flåder.

Filteret indeholder bakterier, der hjælper med at gøre næringsstoffet mere "fordøjeligt" af planterne.

Dette system er mere komplekst, men kan skaleres op meget nemmere uden begrænsning af antallet af flåder eller størrelsen af ​​akvariet, så længe vandrørene og filteret matcher.

Kilde: Go Green Aquaponics

Ernæringsfilmteknik (NFT)

Dette system ligner de mediebaserede akvaponiske systemer, men med en tynd film af kontinuerligt strømmende vand, der kommer fra akvariet. Der er intet mellemfilter som i flådesystemet.

Kilde: Go Green Aquaponics

Systemet giver nogle få fordele, men også begrænsninger.

Det strømmende vand og det tynde lag vand giver mulighed for rig iltning, hvilket er gavnligt for både plantens rødder og fiskene, da vandet derefter løber tilbage i akvariet. Det er også meget pladsbesparende og kan bruges i trange rum eller høje vertikale landbrugssystemer. Endelig øger den kontinuerlige strøm af næringsstoffer og vand plantevæksten bedre end et mediebaseret system, men uden behov for filteret i raft-systemet.

NFT-systemer er dog kun egnede til planter med små rødder, som bladgrønt; større rodsystemer vil ikke fungere godt. Det er også muligt, at rødderne tilstopper de lavvandede kanaler, hvilket kan forårsage næringsstofmangel. Vandets temperatur kan svinge hurtigt, især hvis planterne udsættes for direkte sol, hvilket kan give problemer for både planten og fisken.

Hvad kan dyrkes med Aquaponics

Planteside

De fleste planter, der kan dyrkes med hydroponics, kan dyrkes med aquaponics. Markedet for hydroponics er for det meste domineret af højværdiafgrøder med konstant efterspørgsel og et behov for et højkvalitets og kontrolleret vækstmiljø:

• Tomater.
• Urter.
• Salat.
• Agurk.
• Peberfrugter.

Kilde: Grand View Research

Andre højværdiafgrøder kan dyrkes med hydroponics & aquaponics, som for eksempel cannabis eller humle. I dette tilfælde bringer hydroponics/akvaponics et højt niveau af konsistens til vækstbetingelserne, hvilket resulterer i en ensartet smag og kemisk sammensætning.

Akvakultursiden

Fiskeopdræt

Den mest populære opdræt af vanddyr er fisk.

Ferskvand er obligatorisk for akvaponiske systemer, da salt havvand ville være giftigt for plantekomponenten i systemet.

Der udføres en del forskning for at udvikle saltvandsakvaponik, der leder efter planter med høj nok salttolerance. De undersøgte muligheder inkluderer det almindelige isanlæg (en populær hydroponisk afgrøde i Japan), salt-tolerant GMO-ris sorter eller tang.

Blandt populære fisk til akvaponik er:

• Tilapia (langt den mest almindelige fisk i aquaponics).
• Bluegill/brim/solfisk/crappie.
• Havkat.
• Aborre.
• Karpe.
• Koi.
• Pacu.
• Forskellige prydfisk som angelfish, guppyer, tetras, sværdfisk, mollies, guldfisk.

Generelt vil de bedste fisk have følgende egenskaber, også gavnlige for akvakultur generelt:

• Lev godt med hinanden i små, lukkede tanke, med en lille nok voksen maksimal størrelse.
  • At yngle godt i fangenskab er en anden værdifuld egenskab.
• Hurtig vækst, især for kødfisk, og ideelt set et godt foderomsætningsforhold (hvor mange pund mad der kræves for at vokse et pund fisk).
• God modstandsdygtighed over for sygdomme.
• God tolerance over for koldt vand (reducerer behovet for dyr og energikrævende opvarmning) og temperaturvariationer (svære at kontrollere med sæsonbestemte ændringer).
  • Akvariets temperatur og fiskearterne bør tilpasses placeringen.
• Stærk markedsefterspørgsel efter denne art.

Andre vanddyr

Fisk er ikke de eneste dyr, der kan opdrættes med aquaponics, der findes alternativer, såsom:

• Krebs/yabbies, et lille ferskvand i forhold til hummeren.
• Rejer og rejer, så længe de er af ferskvandstypen. De kræver ret høje vandtemperaturer.
• Muslinger, østers og andre skaller
  • Skaller vil hjælpe med at holde vandet rent og give et produkt af høj værdi til salg.
  • De kan dog forårsage problemer, hvis de spreder sig og sætter sig inde i systemets rør, hvilket skaber tilstopninger.
  • Da skaller for det meste lever af mikroalger og plankton, kunne hydroponisk dyrkning af alger give et originalt akvaponiksystem uden hverken planter eller fisk.
• Skildpadder og vandlevende krybdyr. Vandkrybdyr opdrættes nogle gange som kæledyr eller endda til mad i nogle lande. Så de kunne spille den samme rolle som fisk i et akvaponisk system, især i et varmt miljø.
• Orme ("vermiponics").
  • Ormene kan fodres med landbrugsaffald, køkkenrester, kaningødning og andre produkter, der ikke ville fungere som fiskefoder.
  • De kræver mindre ilt og er generelt mere modstandsdygtige end mere komplekse dyr.

Bakteriefilter

Selvom ikke alle aquaponics-systemer bruger et filter, er det ofte påkrævet til store installationer.

Pointen med et sådant filter er at rumme bakterier, der er i stand til at omdanne vanddyret, der er rigt på ammoniak, til nitrit og nitrater ("nitrifikation"), hvilket er mere gavnligt for planter.

Hvis det ikke omdannes til nitrater og bruges af planterne, kan høj koncentration af ammoniak (og i mindre grad nitrit) også dræbe fiskene og andre vandlevende dyr. Da planter optager ammoniak dårligere, gør dette kravet om nitrifikation til et must i mange designs.

Ammoniak omdannes til nitrit ved Nitrosomonas bakterier, og nitrit til nitrater ved nitrobacta bakterie. Processen kan tage tid, så dette skal tages i betragtning ved design og drift af et akvakultursystem, hvor potentielt flere tanke med bakteriefiltre frigiver det behandlede vand sekventielt.

Fordelene ved Aquaponics

Aquaponics deler mange af hydroponics fordele (og begrænsninger). Dette inkluderer 1/6^th til 1/10^th af vandforbrug sammenlignet med traditionelt landbrug, meget konsistente og produktive vækstbetingelser, lavere pesticidforbrug og ingen herbicid og eliminering af jordbårne sygdomme.

Aquaponics har også unikke fordele ud over hydroponics eller akvakultur alene:

• Alle naturlige gødninger, udelukkende fra fiskeaffald.
  • Fiskefoderet, der i hvert fald er nødvendigt i akvakultur, genbruges nu "to gange", hvilket sparer omkostningerne til gødning.
  • Det kan give mulighed for mere naturlig og organisk hydroponisk dyrkning, uden at der kommer kemisk gødning ind i systemet.
• Fiskens vand filtreres naturligt. Dette erstatter behovet for at tømme 5-30% af vandet dagligt.
  • Det reducerer akvakulturens vandforbrug dramatisk.
  • Det reducerer også akvakultur-relateret forurening, som kan resultere i skader på nærliggende vandkilder, samt giftige algeopblomstringer og ferskvandsforekomsters eutrofiering.
• Fremstil både proteinrig mad og sunde planteprodukter på samme tid.
• Diversificeret indkomstkilde.
  • Priserne på grøntsags- og fiskemarkederne kan svinge meget, men uden at være korreleret med hinanden.
  • Fiskehøsten er mindre regelmæssig, men kan give en stor kontanttilstrømning oven i den mere regelmæssige hydroponiske dyrkningsindkomst.

Ulemper ved Aquaponics

Selvom det generelt er mere effektivt end både hydroponics og akvakultur separat, kan akvaponics præsentere sit eget sæt af udfordringer.

Kompleksitet og omkostninger

Mens omkostninger allerede var hovedbegrænsningen for hydroponics, er aquaponics endnu mere kompleks og derfor dyr at sætte op. Akvakultursystemer er nu blevet tilføjet til de hydroponiske systemer.

Hver skal dimensioneres, så de nøjagtigt matcher hinanden, så der er nok planter til at filtrere vandet, samt nok fisk til at give nok gødning.

Dette mere komplekse system skal også styre temperaturen godt, både lufttemperatur og vandtemperatur, med fordampning og gennemsnitlig luftfugtighed, der også skal tages i betragtning. Og både planter og dyr kan ændre vandets pH, hvilket kan reducere væksten eller endda dræbe dem, hvis de er ude af balance.

Kontrol og færdigheder

På grund af sammenkoblingen af ​​alle de parametre, der skal overvåges, kræves konstant overvågning og sensorer for at kontrollere disse metrikker.

Tilsvarende skal der nu foretages overvågning for udbrud af sygdomme for både fisk og planter. Det kan være vanskeligere at behandle dem, idet f.eks. at give fiskene antibiotika, der potentielt kan føre til forurening af planterne, eller at plantens svampemidler forurener fiskekødet.

Overvågningen og plejen af ​​et så komplekst system kræver god viden og træning, endda mere end hvad der kræves til "simpelere" hydroponics eller akvakultur alene, som er ret komplekse områder i landbruget.

Energibehov

Temperaturvariationer kan være dødelige for vanddyr, endda hurtigere end for planter med mindre tolerance over for store eller hurtige ændringer.

Så et akvaponiksystem vil sandsynligvis kræve et varme- og/eller kølesystem for at holde vandet i et acceptabelt område.

Dette kan gøre akvaponik meget energikrævende, især i nogle klimaer. Det kan også komplicere brugen af ​​naturligt lys og drivhuse til plantekomponenten i systemet. Selvom dette reducerer behovet for kunstigt lys og opvarmning af planterne, kan det også føre til overophedning af vandet i sommermånederne, hvilket let kan blive et problem for vanddyr.

Modstandskraft

Aquaponiske systemer er af natur meget kunstige. De kræver en masse rør, pumper, sensorer, filtre osv. Det betyder, at de er afhængige af, at alt kører glat:

• Forsyningskæde i dele og komponenter.
• Elektrisk strømforsyning.
• Elektronisk tilsluttet system til højt automatiserede og avancerede operationer.
• Faglært arbejdskraft i stand til effektivt at udføre den nødvendige overvågning og vedligeholdelse.

Disse problemer er endnu mere udtalte end med hydroponics, da fisk har brug for en konstant forsyning af foder, filtreret vand og ilt.

Så akvaponiksystemet, der går offline i kun 24 timer, kan betyde døden for alle fiskene, noget der sandsynligvis kunne have været tolereret af planterne alene.

Selvom der er måder at afbøde disse risici på, for eksempel med systemredundans eller større lagerbeholdning (hvilket øger opsætningsomkostningerne) eller lokaliseret energiforsyning gennem vedvarende energiproduktion, vil akvaponics aldrig være så modstandsdygtig som hydroponics og meget mindre end regn. -vandet afgrøde på åben mark.

Innovation i Aquaponics

Aquaponic innovation

Da Aquaponics kombinerer både hydroponics og akvakultur, kan innovationer på begge disse områder forbedre produktiviteten.

Hydroponiske innovationer

LED Belysning

LED-lys er en anden vigtig teknologiintervention inden for hydroponi og akvaponik. Disse lys bruger langt mindre energi, udsender mindre varme og holder længere end andre lyskilder.

Derudover er ikke hele det synlige lys spektrum nyttigt for planter i fotosyntese, så dedikerede LED'er uden grønt lys kan bruges til yderligere at reducere den elektricitet, der forbruges af kunstigt lyn.

Kilde: Landbrug

eSoil

Hydroponisk dyrkning giver mulighed for direkte kontrol over planter på en måde, der er umulig i traditionelt landbrug. Dette åbner døren til eksperimenter med nye måder at øge afgrødens produktivitet ud over at øge adgangen til lys eller næringsstoffer.

For eksempel undersøger vi en sådan mulighed i vores artikel "Elektricitet indstillet til at øge væksten i hydroponiske afgrøder”. Forskere brugte et tilpasset kunstigt substrat eller "ledende jord / eSoil" lavet af cellulose (hovedbestanddelen af ​​papir) blandet med en ledende polymer kaldet PEDOT (poly(3,4-ethylendioxythiophen)). På denne måde kunne de udsætte frøplanter for kontinuerlig lavspænding, hvilket resulterer i en 50% stigning i væksthastigheden.

Dette er blot et eksempel på, hvordan hydroponiske systemer kan tilbyde betydelig produktivitetsgevinst takket være det øgede kontrolniveau, de tilbyder.

Akvakulturinnovation

Et af de store spørgsmål i akvakultur er skadedyrs- og sygdomshåndtering. Bioteknologiske fremskridt muliggør ideen om at bruge RNAi-behandlinger til at reducere virkningen af ​​vira som f.eks den hvide plet syndrom virus (WSSV), en virus, der har en betydelig negativ indvirkning på akvakulturerede rejer.

Vacciner kunne også leveres sammen med fiskenes mad, enten igennem speciel mikroindkapsling eller endda bruge genetisk modificerede alger, der danner en spiselig, selvreplikerende vaccine.

Endelig, da vilde fiskebestande hurtigt udtømmes, er yderst pålidelige indkøbsmetoder ved hjælp af blockchain-løsninger som f.eks. Fiskemønt kan bruges til at sikre, at fiskekød, der når forbrugerne, er produceret på den mest etiske måde og med de laveste energiomkostninger.

Andre højteknologiske løsninger kan også bruges, såsom individuelle fiskeovervågningssensorer, såsom iFarm, der er udviklet i samarbejde mellem laksefarmen Cermaq i Norge og sensorvirksomheden BioSort.

Innovation til både hydrokultur og akvakultur

IoT og sensorbaseret automatisering

De faldende omkostninger til sensorer og elektronik har muliggjort kontinuerlig overvågning af temperatur, luftfugtighed, lys, pH-niveauer og næringsstofvolumen. Dette niveau af overvågning er endnu vigtigere end med hydroponics, da tilstedeværelsen af ​​dyr gør uønsket variation mere sandsynlig og har mere alvorlige konsekvenser.

Denne sensorbaserede metode hjælper med at spore og justere i realtid, så forholdene hele tiden forbliver optimale.

AI-baserede teknologier

Som nævnt kræver aquaponics et ekstremt intenst niveau af overvågning af vandsystemet, sygdomme, næringsstofniveauer, temperatur, pH, kvaliteten af ​​filtreringen mv.

AI kan hjælpe med at optimere eksisterende miljøforhold, herunder lysniveauer, fugtighed og næringsstofniveauer. AI hjælper også med at optimere investeringer og reducere omkostningerne ved at skabe skræddersyede løsninger til specifikke forhold. Over tid kan dette reducere kravet om, at menneskelige operatører skal være højtuddannede og vidende om akvaponik.

AI kan også bruge maskinsyn eller regelmæssige automatiserede biokemiske test til at advare om tilstedeværelsen af ​​sygdomme, før et menneske kan.

Til sidst, med fremkomsten af ​​autonome opdrætsrobotter, kan vi forestille os et akvaponisk system, hvor plantning, beskæring, høst og udskiftning af planter, samt fodring, avl og høstning af fiskene, kan udføres autonomt af den AI, der kontrollerer akvaponiksystemet .

Lancering af en Aquaponic-installation

Det vil også have brug for en langsom initieringsfase, hvilket vil være nødvendigt for at få et afbalanceret og stabilt nitrogenkredsløb. Før tilsætning af fisk, er det bedst at etablere kvælstofkredsløbet ved at indføre ammoniak i systemet og lade bakteriernes biofilm vokse inde i filteret, så ammoniak effektivt bliver omdannet til nitritter og nitrater.

Det samme gælder for tilføjelse af fisk og planter, med progressive introduktioner, der giver mulighed for at justere vandkvalitetsparametre, fiskefodring og plantevækst. Først når systemet kører problemfrit med planter og dyr i forskellige vækststadier og kontinuerlig høst, kan akvakultursystemet anses for at være fuldt opbygget.

Dimensionering

På grund af kompleksiteten af ​​aquaponics har de fleste af disse systemer en tendens til at blive bygget i kommerciel skala med et præcist afkast af investeringen forventet. De vil også have en tendens til at integrere en høj grad af automatisering og sensorteknologier.

Dette betyder ikke, at mere manuelt styrede eller mindre systemer ikke kan bygges, men de kan være sværere at holde balancen med hensyn til surhedsgrad, temperatur, ammoniakniveauer osv., og kræver mere punktlige justeringer.

Sektoren er stadig i de tidlige stadier, uden en standardiseret skabelon og en masse eksperimenter. Det er dog ikke kun et koncept i udvikling længere, med nogle bemærkelsesværdige store installationer:

• Superior Fresh i Wisconsin, siden 2017, har årligt vokset 1.8 millioner pund salat og grønne blade - og 40,000 pund fisk - inden for 123,000 kvadratfod produktionsareal (11,000+ kvadratmeter).
• Les Nouvelles Fermes i Frankrig, som rejste $2 millioner i 2020 til at producere 60 tons friske råvarer og 12 tons regnbueørred årligt.
• Jabber Al Mazrouis 4,000 kvadratmeter akvaponiske installation i De Forenede Arabiske Emirater.

Konklusion

Aquaponics er et bemærkelsesværdigt effektivt design, der løser mange af begrænsningerne ved både nuværende hydroponiske og akvakulturmetoder. Det kan både reducere hydroponics afhængighed af kemisk gødning og vandforureningen og affaldet forårsaget af akvakultur.

Det er dog meget mere teknisk, og de fleste mennesker og virksomheder vil sandsynligvis drage fordel af først at udvikle omfattende erfaring med at arbejde med i det mindste enten hydroponics eller akvakultur, før de arbejder på at kombinere dem med akvaponics.

På denne måde vil de være mere tilbøjelige til at lykkes med at håndtere de mange udfordringer, som systemets kompleksitet udgør, såsom sygdomme og skadedyrsbekæmpelse, kemisk ubalance (pH, ammoniakniveauer osv.), artsvalg, temperaturudsving osv.

Ikke desto mindre, i betragtning af den globale befolkningsvækst kombineret med udtømning af vilde fiskebestande og fald i agerjordsoverfladen, kunne aquaponics være en kraftfuld løsning til at producere højkvalitets planteprodukter og sundt kød med højt proteinindhold. Og gør det med lavere brug af jord og vand, samtidig med at det udleder meget mindre forurening.