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アクアポニックス – 知っておくべきことすべて
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アクアポニックスとは
アクアポニックスは、水産養殖、つまり魚、さらにはザリガニ、カタツムリ、貝殻、エビなどの水生動物の飼育と組み合わせて植物を育てる栽培方法です。これは、水耕栽培や空気栽培を含む、より広範な「土なし」栽培法の一部です。
現代的な形態では、アクアポニックスは、水を使用して栄養分をもたらす、比較的ハイテクな水耕栽培 (土を使わずに植物を栽培する) と組み合わされることがよくあります。多くの場合、垂直農業または屋内農業システムの一部となることができます。
水耕栽培に可能なさまざまなシステムとその長所と短所については、記事「」で詳しく説明しました。水耕栽培 – 知っておくべきことすべて"。
しかし、農業と水産養殖の組み合わせは非常に古いものです。農業高地で栽培されたアステカ族の名前 チャイナパス 中国の農民は何千年もの間、湖の上で水田で魚を使った米を栽培しており、また、東南アジアの土着文化も同様でした。 アンコールワット.
出典： 予防ウェブ
アクアポニックスの市場規模は次のとおりです。 1.2 年には約 2024 億ドルとなり、9.6 年までに 2029% CAGR で成長すると予想されています。最大の市場は北米とアジアにあります。
アクアポニックスの科学
水耕栽培では栽培条件を非常に厳密に制御できるため、高品質の作物を確実に栽培できます。節水性やスペース効率にも優れています。しかし、同じ水で非常に密度の高い健康的な肉も育てることができたらどうなるでしょうか?これは、水耕栽培システムで使用する水を水産養殖育成タンクに接続することによって可能になります。
水耕栽培を支持する最も強力な議論は、各コンポーネントが分離されたときに水耕栽培と水産養殖に存在する問題を解決する円を形成することです。
水耕栽培は非常に効率的な栽培システムですが、植物の健康と成長を維持するには水に肥料を継続的に添加する必要があります。
一方、養殖には、魚（または他の水生動物）の排泄物が蓄積して水を汚染するため、大量の新鮮できれいな水とろ過装置が必要になります。
アクアポニックスシステムでは、両方が「解決」されます。魚の糞はもはや公害ではなく、植物にとって窒素を豊富に含む肥料となります。次に、植物の根が水を吸収することで「無料」で水を浄化し、ろ過します。
出典： アクアポニックスのリソース
アクアポニックスシステムの種類
メディアベースのアクアポニックスシステム
砂利、溶岩石、粘土質の小石などの不活性な媒体が植物の根を固定します。ベルサイフォンを通して水槽から定期的に水が植物の生育床に供給され、植物に栄養が供給されます。
植物によって水がろ過された後、水は水槽に戻され、サイクルが閉じられます。魚の糞の分解を助けるために、不活性培地に虫が加えられることもあります。
出典： ゴーグリーンアクアポニックス
このシステムはフィルターを使用せず、コンポーネントも最小限であるため、最もシンプルです。
ラフトシステム
植物は浮いたいかだの上に置かれ、根は水中にぶら下がっています。養殖タンクからの栄養豊富な水は継続的にフィルターシステムに流れ込み、その後植物のいかだに流れ込みます。
フィルターには、栄養素を植物がより「消化しやすく」するのに役立つバクテリアが含まれています。
このシステムはより複雑ですが、配水管とフィルターが一致する限り、いかだの数や水槽のサイズに制限がなく、はるかに簡単にスケールアップできます。
出典： ゴーグリーンアクアポニックス
栄養膜技術（NFT）
このシステムはメディアベースのアクアポニックスシステムに似ていますが、水槽から連続的に流れる水の薄い膜を備えています。ラフトシステムのような中間フィルターはありません。
出典： ゴーグリーンアクアポニックス
このシステムにはいくつかの利点がありますが、制限もあります。
流れのある水と薄い水層により、豊富な酸素供給が可能になり、水は水槽に戻るため、植物の根と魚の両方に有益です。また、スペース効率も非常に高く、狭いスペースや背の高い垂直農法システムにも使用できます。さらに、栄養分と水が継続的に供給されるため、メディアベースのシステムよりも植物の成長を促進しますが、ラフトシステムのようなフィルターは必要ありません。
ただし、NFT システムは、葉物野菜のような小さな根を持つ植物にのみ適しています。ルートシステムが大きくなるとうまく機能しません。また、根が浅い溝を詰まらせ、栄養不足を引き起こす可能性もあります。特に植物が直射日光にさらされている場合、水温は急速に変動する可能性があり、植物と魚の両方に問題を引き起こす可能性があります。
アクアポニックスで何が栽培できるのか
プラントサイド
水耕栽培で栽培できる植物のほとんどは、アクアポニックスでも栽培できます。水耕栽培の市場は、一定の需要があり、高品質で管理された生育環境が必要とされる高価値作物が大半を占めています。
- トマト。
- ハーブ。
- レタス。
- きゅうり。
- コショウ。
出典： グランドビューリサーチ
大麻やホップなど、他の高価値作物も水耕栽培やアクアポニックスで栽培できます。この場合、水耕栽培/アクアポニックスは成長条件に高レベルの一貫性をもたらし、一貫した味と化学組成をもたらします。
水産養殖側
魚の飼育
最も人気のある水生動物の飼育は魚です。
塩辛い海水はシステムの植物成分に有毒であるため、アクアポニックスシステムには淡水が必須です。
十分な耐塩性を備えた植物を探して、塩水アクアポニックスを開発するためにいくつかの研究が行われています。検討されたオプションには以下が含まれます 一般的なアイスプラント （日本で人気の水耕作物）、 耐塩性GMO米 品種とか海藻とか。
アクアポニックスで人気のある魚には次のようなものがあります。
- ティラピア (アクアポニックスで最も一般的な魚)。
- ブルーギル/つば/マンボウ/クラッピー。
- ナマズ。
- とまり木。
- 鯉。
- 恋。
- パク。
- エンゼルフィッシュ、グッピー、テトラ、メカジキ、モーリー、金魚など様々な観賞魚。
一般に、最高の魚は次のような特徴を備えており、水産養殖全般にとっても有益です。
- 成人の最大サイズが十分に小さく、狭い密閉された水槽で互いに仲良く暮らします。
- 飼育下でよく繁殖することも貴重な特徴です。
- 特に肉魚の場合は成長が早く、理想的には飼料転換率 (1 ポンドの魚を成長させるのに何ポンドの餌が必要か) が優れています。
- 病気に対する優れた耐性。
- 冷水（高価でエネルギーを大量に消費する暖房の必要性を軽減）と温度変化（季節の変化による制御が難しい）に対する優れた耐性。
- 水槽の温度と魚の種類は、場所に合わせて調整する必要があります。
- この種に対する市場の強い需要。
その他の水生動物
アクアポニックスで飼育できる動物は魚だけではありません。次のような代替動物が存在します。
- ザリガニ/ヤビー、ロブスターに比べて小さな淡水魚。
- 淡水性のものに限り、エビとエビ。かなり高い水温を必要とします。
- ムール貝、カキ、その他の貝殻
- 貝殻は水をきれいに保ち、高価値の製品を販売するのに役立ちます。
- ただし、これらがシステム配管内に拡散して定着し、詰まりが生じると、問題が発生する可能性があります。
- 貝殻の主な餌は微細藻類やプランクトンであるため、植物や魚を使わずに藻類を水耕栽培すれば、独自のアクアポニックスシステムが実現できる可能性があります。
- カメと水生爬虫類。水生爬虫類はペットとして飼育されることもあれば、国によっては食用として飼育されることもあります。したがって、特に暖かい環境では、アクアポニックスシステムにおいて魚と同じ役割を果たすことができます。
- ワーム (「ミミポニックス」）から生じた、裁判所により認定され、または和解により合意されたすべての損失、損害、賠償金、費用と出費（合理的な弁護士費用および訴訟費用を含む）について、貴社を防御、免責し、貴社に損害を与えない。
- 農業廃棄物、生ゴミ、ウサギの糞尿、その他魚の餌としては機能しない製品をワームに与えることができます。
- 彼らは酸素の必要性が少なく、一般に複雑な動物よりも回復力が優れています。
バクテリアフィルター
すべてのアクアポニックス システムでフィルターが使用されるわけではありませんが、大規模な設置ではフィルターが必要になることがよくあります。
このようなフィルターの重要な点は、アンモニアが豊富な水生動物を、植物にとってより有益な亜硝酸塩と硝酸塩に変換 (「硝化」) できるバクテリアを収容することです。
硝酸塩に変換されずに植物が使用した場合、高濃度のアンモニア（および程度は低いが亜硝酸塩）も魚や他の水生動物を殺す可能性があります。植物はアンモニアをうまく吸収しないため、多くの設計では硝化の要件が必須になります。
アンモニアは次のように亜硝酸塩に変換されます。 ニトロソモナス 細菌と亜硝酸塩を硝酸塩に変える nitrobacta 細菌。このプロセスには時間がかかる場合があるため、水産養殖システムの設計と運用ではこのことを考慮する必要があり、バクテリアフィルターの複数のタンクが処理水を順次放出する可能性があります。
アクアポニックスの利点
アクアポニックスには、水耕栽培の利点 (および制限) の多くが共通しています。これには1/6が含まれますth 1/10までth 従来の農業に比べて水の消費量が少なく、一貫性が高く生産的な生育条件、農薬の使用量が少なく除草剤が使用されていないこと、土壌由来の病気が排除されていることなどです。
アクアポニックスには、水耕栽培や水産養殖単独に加えて、次のような独自の利点もあります。
- すべて魚の排泄物から作られた天然肥料です。
- 水産養殖に必要な魚の餌は現在「2回」再利用されており、肥料のコストが節約されています。
- 化学肥料をシステムに入れることなく、より自然で有機的な水耕栽培が可能になります。
- 魚の水は自然にろ過されます。これにより、毎日5～30%の水を排出する必要がなくなります。
- 養殖用水の使用量を大幅に削減します。
- また、近くの水源への損害を引き起こす可能性がある養殖関連の汚染も軽減します。 有毒な藻類が発生する の三脚と 淡水域の富栄養化.
- タンパク質が豊富な食品と健康的な植物製品の両方を同時に生産します。
- 収入源が多様化。
- 野菜や魚の市場価格は大きく変動しますが、相互に相関関係はありません。
- 魚の収穫はそれほど定期的ではありませんが、より定期的な水耕栽培の収入に加えて、多額の現金流入をもたらします。
アクアポニックスの短所
水耕栽培と水産養殖を別々に行うよりも全体的には効率的ですが、水耕栽培には独自の課題が存在する可能性があります。
複雑さとコスト
水耕栽培の主な制限はすでにコストでしたが、水耕栽培はさらに複雑なため、設置に費用がかかります。水耕栽培システムに水産養殖システムが追加されました。
水をろ過するのに十分な植物と、十分な肥料を提供するのに十分な魚が存在するように、それぞれのサイズが互いに正確に一致するようにする必要があります。
このより複雑なシステムでは、気温と水温の両方の温度を適切に管理する必要があり、蒸発と平均湿度も考慮する必要があります。また、植物も動物も水の pH を変えることができ、バランスが崩れると成長が低下したり、死んでしまったりする可能性があります。
コントロールとスキル
監視するすべてのパラメータは相互に接続されているため、これらのメトリクスをチェックするには継続的な監視とセンサーが必要です。
同様に、魚と植物の両方について病気の発生を監視する必要があります。それらの治療はより困難になる可能性があり、例えば、魚に抗生物質を与えると植物の汚染につながる可能性があったり、植物の殺菌剤が魚肉を汚染したりする可能性があります。
このような複雑なシステムの監視とケアには、農業のかなり複雑な分野である「単純な」水耕栽培や水産養殖単独に必要なもの以上に、十分な知識と訓練が必要です。
エネルギー需要
温度変化は水生動物にとって致命的となる可能性があり、大規模な変化や急激な変化に対する耐性が低い植物よりもさらに速くなります。
したがって、アクアポニックス システムでは、水を許容範囲内に保つために加熱および/または冷却システムが必要になる可能性があります。
これにより、特に一部の気候では、アクアポニックスが非常にエネルギーを消費する可能性があります。また、システムの植物コンポーネントに対する自然光や温室の利用が複雑になる可能性もあります。これにより、人工照明や植物の温度上昇の必要性が減りますが、夏場には水の過熱が発生する可能性があり、水生動物にとって問題になりやすいです。
回復力
アクアポニックスシステムは本質的に非常に人工的なものです。多くの配管、ポンプ、センサー、フィルターなどが必要です。これは、すべてがスムーズに動作することに依存していることを意味します。
- 部品およびコンポーネントのサプライ チェーン。
- 電力供給。
- 高度に自動化された高度な操作を実現する電子接続システム。
- 必要な監視とメンテナンスを効率的に実行できる熟練労働者。
魚には飼料、ろ過水、酸素の継続的な供給が必要となるため、これらの問題は水耕栽培よりもさらに顕著になります。
したがって、アクアポニックスシステムがわずか 24 時間停止すると、すべての魚の死を意味する可能性がありますが、これはおそらく植物だけであれば許容できることです。
これらのリスクを軽減する方法はありますが、たとえば、システムの冗長性や在庫の拡大（セットアップコストが増加します）、または再生可能発電によるエネルギーの局地的供給などがありますが、アクアポニックスの回復力は水耕栽培ほどではなく、雨よりはるかに小さいです。 -オープンフィールドの作物に水を与えます。
アクアポニックスのイノベーション
アクアポニックスのイノベーション
アクアポニックスは水耕栽培と水産養殖の両方を組み合わせたものであるため、これらの両方の分野におけるイノベーションにより生産性が向上します。
水耕栽培のイノベーション
LED照明
LED ライトは、水耕栽培やアクアポニックスにおけるもう 1 つの重要な技術介入です。これらのライトは、他の光源よりも消費エネルギーがはるかに少なく、熱の放出も少なく、寿命が長くなります。
さらに、可視光スペクトルのすべてが植物の光合成に役立つわけではないため、緑色光を含まない専用の LED を使用して、人工照明によって消費される電力をさらに削減できます。
出典： 農業
e土壌
水耕栽培は、従来の農業では不可能な方法で植物を直接制御することを可能にします。これにより、光や栄養素へのアクセスを増やすだけでなく、作物の生産性を高める新しい方法の実験への扉が開かれます。
たとえば、そのようなオプションの 1 つを記事「水耕作物の成長を促進する電力の設定”。研究者らは、セルロース（紙の主成分）と呼ばれる導電性ポリマーを混合したカスタム人工基材、または「導電性土壌/eSoil」を使用しました。 PEDOT (ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))）。このようにして、苗木を継続的に低電圧にさらすことができ、その結果、成長率が 50% 増加しました。
これは、水耕栽培システムが提供する制御レベルの向上により、生産性が大幅に向上する可能性があることを示す一例にすぎません。
水産養殖のイノベーション
水産養殖における主要な問題の 1 つは、害虫と病気の管理です。バイオテクノロジーの進歩により、RNAi 治療を使用してウイルスの影響を軽減するというアイデアが可能になりました。 白点症候群ウイルス（WSSV）、水産養殖エビに重大な悪影響を与えるウイルス.
ワクチンは、魚の餌と一緒に配送される可能性もあります。 特殊なマイクロカプセル化 または使用しても 食用の自己複製ワクチンを形成する遺伝子組み換え藻類.
最後に、天然魚資源が急速に枯渇する中、次のようなブロックチェーンソリューションを使用した信頼性の高い調達方法が必要になります。 フィッシュコイン 消費者に届く魚肉が最も倫理的な方法で、最も低いエネルギーコストで生産されていることを確認するために使用できます。
他のハイテク ソリューションも同様に使用される可能性があります。たとえば、魚を個別に監視するセンサー (iFarm など) です。 ノルウェーのサーモン養殖場Cermaqとセンサー会社BioSort。
水耕栽培と水産養殖の両方のためのイノベーション
IoT およびセンサーベースの自動化
センサーや電子機器のコストが下がったことにより、温度、湿度、光、pH レベル、栄養素の量を継続的に監視できるようになりました。動物の存在により望ましくない変動が発生しやすくなり、より深刻な結果が生じるため、このレベルのモニタリングは水耕栽培よりもさらに重要です。
このセンサーベースの方法は、状態が常に最適に保たれるようにリアルタイムで追跡および調整するのに役立ちます。
AIベースのテクノロジー
前述したように、アクアポニックスでは、水システム、病気、栄養素レベル、温度、pH、濾過の品質などを非常に厳密なレベルで監視する必要があります。
AI は、光レベル、湿度、栄養素レベルなどの既存の環境条件を最適化するのに役立ちます。 AI は、特定の条件に合わせたカスタム ソリューションを作成することで、投資の最適化とコストの削減にも役立ちます。これにより、時間の経過とともに、人間のオペレーターがアクアポニックスについて高度な訓練を受け、知識を持っている必要性が軽減される可能性があります。
AI は、マシン ビジョンや定期的な自動生化学検査を使用して、人間が警告する前に病気の存在を警告することもできます。
最後に、自律型農業ロボットの台頭により、植物の植え付け、剪定、収穫、交換、および魚の餌やり、飼育、収穫が、アクアポニックス システムを制御する AI によって自律的に実行できるアクアポニックス システムを想像できます。 。
アクアポニックス インストールの開始
また、バランスの取れた安定した窒素サイクルを得るために必要な、ゆっくりとした開始段階も必要になります。魚を加える前に、システムにアンモニアを導入し、フィルター内でバクテリアのバイオフィルムを成長させ、アンモニアが効率的に亜硝酸塩と硝酸塩に変換されるようにして、窒素サイクルを確立することが最善です。
魚や植物を追加する場合も同様で、段階的に導入することで水質パラメータ、魚の餌、植物の成長を調整することができます。成長のさまざまな段階にある動植物を対象にシステムがスムーズに稼働し、継続的に収穫されて初めて、水産養殖システムは完全にセットアップされたと見なすことができます。
サイズ展開
アクアポニックスは複雑であるため、これらのシステムのほとんどは、正確な投資収益率が期待できる商業規模で構築される傾向があります。また、高度な自動化技術やセンサー技術を統合する傾向もあります。
これは、より手動で制御するシステムやより小規模なシステムを構築できないという意味ではありませんが、酸性度、温度、アンモニア レベルなどのバランスを保つのが難しくなり、より正確な調整が必要になる可能性があります。
この分野はまだ初期段階にあり、標準化されたテンプレートがなく、多くの実験が行われています。しかし、これはもはや開発中の単なるコンセプトではなく、いくつかの注目すべき大規模なインストールが行われています。
- ウィスコンシン州の優れたフレッシュは、2017 年以来、1.8 平方フィート (40,000 平方メートル以上) の生産スペース内で、毎年 123,000 万ポンドのレタスと葉物野菜、そして 11,000 ポンドの魚を栽培しています。
- フランスのレ・ヌーベル・フェルム、2年に2020万ドルを調達し、年間60トンの生鮮食品と12トンのニジマスを生産しています。
- ジャバール・アル・マズルーイの4,000平方メートルのアクアポニック アラブ首長国連邦での設置。
結論
アクアポニックスは非常に効率的な設計であり、現在の水耕栽培方法と水産養殖方法の両方の制限の多くを解決します。これにより、水耕栽培の化学肥料への依存と、水産養殖によって引き起こされる水質汚染と廃棄物の両方を削減できます。
ただし、これははるかに技術的なものであり、ほとんどの人や企業は、水耕栽培と水耕栽培を組み合わせて取り組む前に、少なくとも水耕栽培または水産養殖のいずれかで広範な経験を積むことで恩恵を受ける可能性があります。
こうすることで、病気や害虫の管理、化学物質の不均衡（pH、アンモニアレベルなど）、種の選択、温度変動など、システムの複雑さによってもたらされる複数の課題にうまく対処できる可能性が高くなります。
それにもかかわらず、世界的な人口増加と野生魚の個体数の減少、耕作可能な地表の減少を考慮すると、アクアポニックスは高品質の植物製品や高タンパク質の健康的な肉を生産するための強力なソリューションとなる可能性があります。そして、土地と水の使用量を減らしながら、汚染の排出を大幅に削減します。
