Pertanian

Aquaponics – Semua yang Perlu Anda Ketahui

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Apa Itu Aquaponics

Aquaponics adalah metode budidaya yang menanam tanaman bersamaan dengan akuakultur, atau pemeliharaan hewan akuatik seperti ikan serta pada akhirnya udang karang, siput, kerang, atau udang galah. Ini merupakan bagian dari metode budidaya “tanpa tanah” yang lebih luas, termasuk hidroponik dan aeroponik.

Dalam bentuk modernnya, aquaponics sering digabungkan dengan budidaya hidroponik berteknologi tinggi – budidaya tanaman tanpa tanah – menggunakan air untuk memberikan nutrisi kepada tanaman. Hal ini sering menjadi bagian dari sistem pertanian vertikal atau pertanian dalam ruangan.

Kami membahas secara detail berbagai sistem yang memungkinkan untuk budidaya hidroponik serta kelebihan dan kekurangannya dalam artikel kami “Hidroponik – Semua yang Perlu Anda Ketahui”.

Campuran pertanian dan akuakultur sebenarnya sudah sangat kuno. Aztec menanam di dataran tinggi pertanian yang disebut chinampas di atas danau, petani Tiongkok menanam padi bersama ikan di sawah selama ribuan tahun, dan begitu pula budaya asli Asia Tenggara, termasuk kota luar biasa Angkor Wat.

Ukuran pasar aquaponics diperkirakan mencapai hampir $1,2 miliar pada tahun 2024 dan diproyeksikan tumbuh dengan CAGR 9,6% hingga 2029. Pasar terbesar berada di Amerika Utara dan Asia.

Ilmu Aquaponics

Hidroponik menawarkan kontrol yang sangat ketat atas kondisi budidaya, membantu menumbuhkan tanaman berkualitas tinggi secara konsisten. Metode ini juga sangat efisien dalam penggunaan air dan ruang. Tetapi bagaimana jika metode ini juga dapat menumbuhkan daging yang padat dan sehat dengan air yang sama? Hal ini dimungkinkan dengan menghubungkan air yang digunakan sistem hidroponik ke tangki pertumbuhan akuakultur.

Argumen terkuat yang mendukung aquaponics adalah membentuk sebuah siklus di mana setiap komponen menyelesaikan masalah yang ada pada hidroponik dan akuakultur ketika dipisahkan.

Hidroponik adalah sistem budidaya yang sangat efisien tetapi memerlukan penambahan pupuk secara konstan ke dalam air agar tanaman tetap sehat dan tumbuh.

Sementara itu, akuakultur membutuhkan banyak air bersih dan segar serta filtrasi, karena limbah ikan (atau hewan akuatik lainnya) akan menumpuk dan mencemari air.

Dalam sistem aquaponik, kedua masalah tersebut “terpecahkan”. Kotoran ikan tidak lagi menjadi pencemaran, melainkan pupuk kaya nitrogen untuk tanaman. Kemudian akar tanaman membersihkan dan menyaring air “secara gratis” dengan menyerapnya.

Jenis Sistem Aquaponics

Sistem Aquaponik Berbasis Media

Media inert seperti kerikil, batu lava, atau pelet tanah liat menahan akar tanaman. Tempat pertumbuhan tanaman secara berkala dibanjiri air dari tangki ikan melalui siphon lonceng. Ini membawa nutrisi ke tanaman.

Air kemudian dikembalikan ke tangki ikan untuk menutup siklus setelah air disaring oleh tanaman. Kadang-kadang, cacing ditambahkan ke tempat media inert untuk membantu memecah kotoran ikan.

Karena sistem ini tidak menggunakan filter dan memiliki komponen paling sedikit, ia merupakan yang paling sederhana.

Sistem Rak

Tanaman ditempatkan pada rak mengambang, dengan akar menggantung di dalam air. Air kaya nutrisi dari tangki akuakultur mengalir terus-menerus ke sistem filter, kemudian ke rak tanaman.

Filter mengandung bakteri yang membantu membuat nutrisi lebih “dapat dicerna” oleh tanaman.

Sistem ini lebih kompleks tetapi dapat ditingkatkan skalanya jauh lebih mudah, tanpa batas jumlah rak atau ukuran tangki ikan, selama pipa air dan filter cocok.

Teknik Film Nutrisi (NFT)

Sistem ini mirip dengan sistem aquaponik berbasis media tetapi dengan lapisan tipis air yang mengalir terus-menerus dari tangki ikan. Tidak ada filter perantara seperti pada sistem rak.

Sistem ini memberikan beberapa keunggulan tetapi juga memiliki keterbatasan.

Aliran air dan lapisan tipis air memungkinkan oksigenasi yang kaya, menguntungkan baik akar tanaman maupun ikan, karena air kemudian kembali ke tangki. Sistem ini juga sangat efisien dalam penggunaan ruang dan dapat digunakan di ruang sempit atau sistem pertanian vertikal tinggi. Terakhir, aliran kontinu nutrisi dan air meningkatkan pertumbuhan tanaman lebih baik daripada sistem berbasis media, tetapi tanpa kebutuhan filter seperti pada sistem rak.

Namun, sistem NFT hanya cocok untuk tanaman dengan akar kecil, seperti sayuran berdaun; sistem akar yang lebih besar tidak akan bekerja dengan baik. Ada kemungkinan akar akan menyumbat saluran dangkal, yang dapat menyebabkan kekurangan nutrisi. Suhu air dapat berfluktuasi dengan cepat, terutama jika tanaman terpapar sinar matahari langsung, yang dapat menimbulkan masalah bagi tanaman maupun ikan.

Apa yang Dapat Ditanam dengan Aquaponics

Sisi Tanaman

Sebagian besar tanaman yang dapat ditanam dengan hidroponik juga dapat ditanam dengan aquaponics. Pasar hidroponik sebagian besar didominasi oleh tanaman bernilai tinggi dengan permintaan konstan dan kebutuhan akan lingkungan pertumbuhan yang berkualitas tinggi dan terkontrol:

  • Tomat.
  • Herba.
  • Selada.
  • Timun.
  • Paprika.

Tanaman bernilai tinggi lainnya dapat ditanam dengan hidroponik & aquaponics, seperti misalnya ganja atau hops. Dalam kasus ini, hidroponik/aquaponics memberikan tingkat konsistensi tinggi pada kondisi pertumbuhan, menghasilkan rasa & komposisi kimia yang konsisten.

Sisi Akuakultur

Budidaya Ikan

Hewan akuatik yang paling populer untuk dibudidayakan adalah ikan.

Air tawar wajib untuk sistem aquaponik, karena air laut asin akan beracun bagi komponen tanaman dalam sistem.

Beberapa penelitian sedang dilakukan untuk mengembangkan aquaponik air asin, mencari tanaman dengan toleransi garam yang cukup tinggi. Pilihan yang dieksplorasi meliputi tanaman es umum (tanaman hidroponik populer di Jepang), varietas padi GMO tahan garam, atau rumput laut.

Di antara ikan populer untuk aquaponics adalah:

  • Tilapia (jauh paling umum dalam aquaponics).
  • Bluegill/brim/sunfish/crappie.
  • Catfish.
  • Perch.
  • Carp.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Berbagai ikan hias seperti angelfish, guppy, tetra, swordfish, molly, ikan mas.

Secara umum, ikan terbaik akan memiliki karakteristik berikut, yang juga menguntungkan akuakultur secara umum:

  • Hidup baik bersama dalam tangki kecil yang terbatas, dengan ukuran dewasa maksimum yang cukup kecil.
    • Berbunting dengan baik dalam penangkaran merupakan sifat berharga lainnya.
  • Pertumbuhan cepat, terutama untuk ikan daging, dan idealnya rasio konversi pakan yang baik (berapa pon makanan yang diperlukan untuk menumbuhkan satu pon ikan).
  • Resistensi yang baik terhadap penyakit.
  • Toleransi yang baik terhadap air dingin (mengurangi kebutuhan pemanasan yang mahal dan intensif energi) serta variasi suhu (sulit dikendalikan dengan perubahan musim).
    • Suhu tangki ikan dan spesies ikan harus disesuaikan dengan lokasi.
  • Permintaan pasar yang kuat untuk spesies ini.

Hewan Akuatik Lainnya

Ikan bukan satu-satunya hewan yang dapat dibudidayakan dengan aquaponics, alternatif lain ada, seperti:

  • Udang karang/yabbies, sejenis udang air tawar kecil yang berhubungan dengan lobster.
  • Udang dan udang galah, selama mereka berjenis air tawar. Mereka memerlukan suhu air yang cukup tinggi.
  • Kerang, Tiram & cangkang lainnya
    • Cangkang akan membantu menjaga kebersihan air dan menyediakan produk bernilai tinggi untuk dijual.
    • Namun mereka dapat menimbulkan masalah jika menyebar dan mengendap di dalam pipa sistem, menyebabkan penyumbatan.
    • Karena cangkang sebagian besar memakan mikroalga dan plankton, budidaya hidroponik alga dapat menjadi sistem aquaponik orisinal tanpa tanaman atau ikan.
  • Kura-kura & reptil akuatik. Reptil akuatik kadang dibudidayakan sebagai hewan peliharaan, atau bahkan untuk makanan di beberapa negara. Jadi mereka dapat memainkan peran yang sama seperti ikan dalam sistem aquaponik, terutama di lingkungan hangat.
  • Cacing (“vermiponics”).
    • Cacing dapat diberi limbah pertanian, sisa dapur, kotoran kelinci, dan produk lain yang tidak dapat dijadikan pakan ikan.
    • Mereka membutuhkan lebih sedikit oksigen dan umumnya lebih tahan dibandingkan hewan yang lebih kompleks.

Filter Bakteri

Meskipun tidak semua sistem aquaponics menggunakan filter, filter sering diperlukan untuk instalasi skala besar.

Tujuan filter tersebut adalah menampung bakteri yang dapat mengubah limbah hewan akuatik yang kaya amonia menjadi nitrit dan nitrat (“nitrifikasi”), yang lebih menguntungkan bagi tanaman.

Jika tidak diubah menjadi nitrat dan digunakan oleh tanaman, konsentrasi amonia tinggi (dan dalam tingkat lebih rendah nitrit) dapat membunuh ikan dan hewan akuatik lainnya. Karena tanaman menyerap amonia dengan kurang baik, hal ini menjadikan nitrifikasi suatu keharusan dalam banyak desain.

Amonia diubah menjadi nitrit oleh bakteri Nitrosomonas dan nitrit menjadi nitrat oleh bakteri Nitrobacter . Proses ini dapat memakan waktu, sehingga harus dipertimbangkan dalam desain dan operasi sistem akuakultur, dengan kemungkinan beberapa tangki filter bakteri yang melepaskan air yang telah diproses secara berurutan.

Keuntungan Aquaponics

Aquaponics berbagi banyak keuntungan (dan keterbatasan) hidroponik. Ini termasuk konsumsi air 1/6th hingga 1/10th dibandingkan pertanian tradisional, kondisi pertumbuhan yang sangat konsisten dan produktif, konsumsi pestisida lebih rendah dan tanpa herbisida, serta penghilangan penyakit yang berasal dari tanah.

Aquaponics juga memiliki keunggulan unik di atas hidroponik atau akuakultur saja:

  • Semua pupuk alami, sepenuhnya berasal dari limbah ikan.
    • Pakan ikan, yang memang diperlukan dalam akuakultur, kini digunakan kembali “dua kali”, menghemat biaya pupuk.
    • Hal ini memungkinkan budidaya hidroponik yang lebih alami dan organik, tanpa pupuk kimia masuk ke dalam sistem.
  • Air ikan secara alami tersaring. Ini menggantikan kebutuhan membuang 5‑30% air setiap hari.
  • Memproduksi sekaligus makanan tinggi protein dan produk tanaman sehat.
  • Sumber pendapatan yang terdiversifikasi.
    • Harga pasar sayuran dan ikan dapat berfluktuasi luas tetapi tidak berkorelasi satu sama lain.
    • Panen ikan kurang teratur tetapi dapat memberikan aliran kas besar di atas pendapatan budidaya hidroponik yang lebih reguler.

Kekurangan Aquaponics

Meskipun secara keseluruhan lebih efisien daripada hidroponik dan akuakultur secara terpisah, aquaponics dapat menghadirkan tantangan tersendiri.

Kompleksitas & Biaya

Sementara biaya sudah menjadi batasan utama hidroponik, aquaponics bahkan lebih kompleks dan oleh karena itu lebih mahal untuk dibangun. Sistem akuakultur kini ditambahkan ke sistem hidroponik.

Setiap sistem harus diukur sehingga keduanya cocok secara tepat, sehingga ada cukup tanaman untuk menyaring air, serta cukup ikan untuk menyediakan pupuk yang cukup.

Sistem yang lebih kompleks ini juga harus mengelola suhu dengan baik, baik suhu udara maupun suhu air, dengan penguapan dan kelembapan rata-rata yang juga harus dipertimbangkan. Dan baik tanaman maupun hewan dapat memodifikasi pH air, yang dapat mengurangi pertumbuhan atau bahkan membunuh mereka jika tidak seimbang.

Kontrol & Keterampilan

Karena semua parameter saling terhubung untuk dipantau, pengawasan konstan dan sensor diperlukan untuk memeriksa metrik tersebut.

Demikian pula, pemantauan wabah penyakit kini harus dilakukan untuk ikan maupun tanaman. Pengobatannya dapat lebih sulit, misalnya memberi antibiotik pada ikan berpotensi mencemari tanaman, atau fungisida untuk tanaman mencemari daging ikan.

Pemantauan dan perawatan sistem kompleks ini memerlukan pengetahuan dan pelatihan yang baik, bahkan lebih dari yang diperlukan untuk hidroponik atau akuakultur “lebih sederhana”, yang keduanya merupakan bidang pertanian yang cukup kompleks.

Permintaan Energi

Fluktuasi suhu dapat mematikan hewan akuatik, bahkan lebih cepat daripada tanaman yang memiliki toleransi lebih rendah terhadap perubahan besar atau cepat.

Jadi sistem aquaponik kemungkinan memerlukan sistem pemanas dan/atau pendingin untuk menjaga suhu air dalam kisaran yang dapat diterima.

Hal ini dapat membuat aquaponik sangat intensif energi, terutama di beberapa iklim. Ini juga dapat mempersulit penggunaan cahaya alami dan rumah kaca untuk komponen tanaman sistem. Sementara hal ini mengurangi kebutuhan lampu buatan dan pemanasan tanaman, hal ini juga dapat menyebabkan pemanasan berlebih air pada bulan-bulan musim panas, yang dengan mudah menjadi masalah bagi hewan akuatik.

Ketahanan

Sistem aquaponik pada dasarnya sangat buatan. Mereka memerlukan banyak pipa, pompa, sensor, filter, dll. Ini berarti mereka bergantung pada semua komponen berjalan lancar:

  • Rantai pasokan suku cadang dan komponen.
  • Pasokan listrik.
  • Sistem elektronik terhubung untuk operasi yang sangat otomatis dan canggih.
  • Tenaga kerja terampil yang dapat melakukan pemantauan dan perawatan yang diperlukan secara efisien.

Masalah ini bahkan lebih menonjol dibandingkan hidroponik karena ikan memerlukan pasokan pakan, air yang disaring, dan oksigen secara konstan.

Jadi jika sistem aquaponik mati selama hanya 24 jam dapat berarti kematian semua ikan, sesuatu yang mungkin masih dapat ditoleransi oleh tanaman saja.

Meskipun ada cara untuk mengurangi risiko ini, misalnya dengan redundansi sistem atau inventaris yang lebih besar (yang menambah biaya pemasangan), atau pasokan energi lokal melalui pembangkit energi terbarukan, aquaponics tidak akan pernah sekuat hidroponik, dan jauh lebih lemah dibandingkan tanaman yang disiram hujan di lapangan terbuka.

Inovasi dalam Aquaponics

Inovasi Aquaponik

Karena Aquaponics menggabungkan hidroponik dan akuakultur, inovasi di kedua bidang ini dapat meningkatkan produktivitas.

Inovasi Hidroponik

Pencahayaan LED

Lampu LED adalah intervensi teknologi penting lainnya dalam hidroponik dan aquaponics. Lampu ini mengonsumsi jauh lebih sedikit energi, memancarkan lebih sedikit panas, dan bertahan lebih lama dibandingkan sumber cahaya lainnya.

Selain itu, tidak semua spektrum cahaya tampak berguna bagi tanaman dalam fotosintesis, sehingga LED khusus tanpa cahaya hijau dapat digunakan untuk lebih mengurangi listrik yang dikonsumsi oleh pencahayaan buatan.

Sumber: Agritecture

eSoil

Budidaya hidroponik memungkinkan kontrol langsung atas tanaman dengan cara yang tidak mungkin dilakukan pada pertanian tradisional. Ini membuka pintu untuk eksperimen cara baru meningkatkan produktivitas tanaman melampaui peningkatan cahaya atau nutrisi.

Misalnya, kami mengeksplorasi salah satu opsi tersebut dalam artikel kami “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Peneliti menggunakan substrat buatan khusus, atau “tanah konduktif / eSoil” yang terbuat dari selulosa (komponen utama kertas) dicampur dengan polimer konduktif bernama PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). Dengan cara ini, mereka dapat mengekspos bibit pada tegangan rendah terus-menerus, menghasilkan peningkatan laju pertumbuhan sebesar 50%.

Ini hanyalah satu contoh bagaimana sistem hidroponik dapat menawarkan peningkatan produktivitas signifikan berkat tingkat kontrol yang lebih tinggi yang mereka tawarkan.

Inovasi Akuakultur

Salah satu masalah utama dalam akuakultur adalah pengelolaan hama dan penyakit. Kemajuan bioteknologi memungkinkan penggunaan perawatan RNAi untuk mengurangi dampak virus seperti misalnya virus sindrom bintik putih (WSSV), virus yang berdampak negatif signifikan pada udang budidaya.

Vaksin juga dapat diberikan melalui pakan ikan, baik melalui mikro-enkapsulasi khusus atau bahkan menggunakan alga hasil rekayasa genetika yang membentuk vaksin dapat dimakan, berulang diri.

Akhirnya, dengan stok ikan liar yang cepat habis, metode penyediaan yang sangat dapat diandalkan menggunakan solusi blockchain seperti Fishcoin dapat digunakan untuk memastikan daging ikan yang sampai ke konsumen diproduksi dengan cara paling etis dan dengan biaya energi terendah.

Solusi berteknologi tinggi lainnya mungkin juga digunakan, seperti sensor pemantauan ikan individual, seperti iFarm, yang dikembangkan dalam kolaborasi antara peternakan salmon Cermaq di Norwegia dan perusahaan sensor BioSort.

Inovasi untuk Hidroponik & Akuakultur

IoT & Otomatisasi Berbasis Sensor

Penurunan biaya sensor dan elektronik telah memungkinkan pemantauan kontinu suhu, kelembapan, cahaya, tingkat pH, dan volume nutrisi. Tingkat pemantauan ini bahkan lebih penting daripada pada hidroponik karena keberadaan hewan membuat variasi yang tidak diinginkan lebih mungkin terjadi dan memiliki konsekuensi yang lebih serius.

Metode berbasis sensor ini membantu melacak dan menyesuaikan secara real-time agar kondisi tetap optimal secara konstan.

Teknologi Berbasis AI

Seperti yang disebutkan, aquaponics memerlukan tingkat pemantauan intensif pada sistem air, penyakit, tingkat nutrisi, suhu, pH, kualitas filtrasi, dll.

AI dapat membantu mengoptimalkan kondisi lingkungan yang ada, termasuk tingkat cahaya, kelembapan, dan tingkat nutrisi. AI juga membantu mengoptimalkan investasi dan menurunkan biaya dengan menciptakan solusi khusus untuk kondisi tertentu. Seiring waktu, hal ini dapat mengurangi kebutuhan operator manusia yang sangat terlatih dan berpengetahuan tentang aquaponics.

AI juga dapat menggunakan visi mesin atau tes biokimia otomatis reguler untuk memperingatkan tentang keberadaan penyakit sebelum manusia dapat mendeteksinya.

Akhirnya, dengan munculnya robot pertanian otonom, kita dapat membayangkan sistem aquaponik di mana penanaman, pemangkasan, panen, dan penggantian tanaman, serta pemberian pakan, pemijahan, dan panen ikan, dapat dilakukan secara otonom oleh AI yang mengendalikan sistem aquaponik.

Meluncurkan Instalasi Aquaponik

Hal ini juga memerlukan fase inisiasi yang lambat, yang diperlukan untuk mendapatkan siklus nitrogen yang seimbang dan stabil. Sebelum menambahkan ikan, sebaiknya membangun siklus nitrogen dengan memperkenalkan amonia ke dalam sistem dan membiarkan biofilm bakteri tumbuh di dalam filter sehingga amonia akan diubah secara efisien menjadi nitrit dan nitrat.

Hal yang sama berlaku untuk menambahkan ikan dan tanaman, dengan pengenalan bertahap yang memungkinkan penyesuaian parameter kualitas air, pemberian pakan ikan, dan pertumbuhan tanaman. Hanya setelah sistem berjalan lancar dengan tanaman dan hewan pada tahap pertumbuhan yang berbeda serta panen berkelanjutan, sistem akuakultur dapat dianggap sepenuhnya terpasang.

Ukuran

Karena kompleksitas aquaponics, sebagian besar sistem ini cenderung dibangun pada skala komersial dengan perkiraan pengembalian investasi yang tepat. Mereka juga cenderung mengintegrasikan tingkat otomatisasi dan teknologi sensor yang tinggi.

Ini tidak berarti bahwa sistem yang lebih dikendalikan secara manual atau lebih kecil tidak dapat dibangun, tetapi mereka mungkin lebih sulit untuk dipertahankan keseimbangannya terkait keasaman, suhu, tingkat amonia, dll., dan memerlukan penyesuaian yang lebih tepat waktu.

Sektor ini masih berada pada tahap awal, tanpa templat standar dan banyak eksperimen. Namun, ini bukan sekadar konsep yang sedang dikembangkan lagi, dengan beberapa instalasi besar yang menonjol:

Kesimpulan

Aquaponics adalah desain yang sangat efisien, menyelesaikan banyak keterbatasan metode hidroponik dan akuakultur saat ini. Ia dapat mengurangi ketergantungan hidroponik pada pupuk kimia serta polusi dan limbah air yang disebabkan oleh akuakultur.

Namun, ia jauh lebih teknis, dan kebanyakan orang serta perusahaan kemungkinan akan lebih diuntungkan dengan terlebih dahulu mengembangkan pengalaman luas dalam bekerja setidaknya pada hidroponik atau akuakultur sebelum menggabungkannya dengan aquaponics.

Dengan cara ini, mereka lebih mungkin berhasil menangani berbagai tantangan yang ditimbulkan oleh kompleksitas sistem, seperti manajemen penyakit & hama, ketidakseimbangan kimia (pH, tingkat amonia, dll.), pemilihan spesies, fluktuasi suhu, dll.

Meski begitu, mengingat pertumbuhan populasi global yang dipadukan dengan penurunan populasi ikan liar & penurunan luas lahan pertanian, aquaponics dapat menjadi solusi kuat untuk menghasilkan produk tanaman berkualitas tinggi dan daging sehat berprotein tinggi. Dan melakukannya dengan penggunaan lahan dan air yang lebih rendah, sambil menghasilkan jauh lebih sedikit polusi.

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.