Аквапоника – все, что вам нужно знать

Что такое аквапоника

Аквапоника — это метод выращивания растений в сочетании с аквакультурой или разведение водных животных, таких как рыбы и, в конечном итоге, раки, улитки, ракушки или креветки. Это часть более широких «беспочвенных» методов выращивания, включая гидропонику и аэропонику.

В своей современной форме аквапоника часто сочетается с относительно высокотехнологичным выращиванием гидропоники – выращиванием растений без почвы – с использованием воды для доставки им питательных веществ. Часто это может быть частью системы вертикального земледелия или внутреннего земледелия.

В нашей статье мы подробно обсудили различные системы гидропонного выращивания, их плюсы и минусы.Гидропоника – все, что вам нужно знать».

Однако сочетание сельского хозяйства и аквакультуры очень древнее. Ацтеки возделывали землю на сельскохозяйственных высокогорьях, названных чинампас Над озерами китайские фермеры на протяжении тысячелетий выращивали рис с рыбой на рисовых полях, как и коренные культуры Юго-Восточной Азии, включая замечательный город Ангкор-Ват.

Источник: Профилактическая сеть

Объем рынка аквапоники представляет собой почти $1.2 млрд в 2024 году, и ожидается, что среднегодовой темп роста составит 9.6% до 2029 года.. Крупнейшие рынки расположены в Северной Америке и Азии.

Наука аквапоники

Гидропоника обеспечивает очень жесткий контроль над условиями выращивания, помогая выращивать надежно и высококачественные культуры. Он также очень экономичен в использовании воды и пространства. Но что, если бы с той же водой можно было вырастить очень плотное и здоровое мясо? Это стало возможным благодаря подключению воды, которую использует гидропонная система, к резервуарам для выращивания аквакультуры.

Самым сильным аргументом в пользу аквапоники является создание круга, в котором каждый компонент решает проблему, возникающую в гидропонике и аквакультуре при разделении.

Гидропоника — очень эффективная система выращивания, но требует постоянного добавления удобрений в воду, чтобы растения оставались здоровыми и росли.

Между тем, аквакультура требует большого количества свежей чистой воды и фильтрации, поскольку отходы жизнедеятельности рыб (или других водных животных) будут накапливаться и загрязнять воду.

В аквапонной системе оба «решаются». Рыбий помет больше не является загрязнением, а является богатым азотом удобрением для растений. Затем корни растений очищают и фильтруют воду «бесплатно», поглощая ее.

Источник: Аквапонный ресурс

Типы аквапонических систем

Аквапоническая система на основе среды

Инертный субстрат, такой как гравий, вулканические породы или галька, закрепляет корни растений. Грядка для выращивания растений периодически заливается водой из аквариума через сифон-колокол. Это обеспечивает поступление питательных веществ к растениям.

Затем вода отправляется обратно в аквариум, чтобы замкнуть цикл после того, как вода будет отфильтрована растениями. Иногда в слой инертной среды добавляют червей, которые помогают расщепить рыбий помет.

Источник: Зеленая аквапоника

Поскольку в этой системе не используется фильтр и наименьшее количество компонентов, она является самой простой.

Плотная система

Растения расположены на плавучих плотах, а корни свисают в воде. Богатая питательными веществами вода из резервуара для аквакультуры непрерывно поступает в систему фильтров, а затем подается в растения.

Фильтр содержит бактерии, которые помогают растениям лучше усваивать питательные вещества.

Эта система более сложна, но ее гораздо легче масштабировать, без ограничений по количеству плотов или размеру аквариума, при условии, что водопроводные трубы и фильтр совпадают.

Источник: Зеленая аквапоника

Техника Питательных Пленок (NFT)

Эта система аналогична аквапонным системам на основе среды, но с тонкой пленкой непрерывно текущей воды, поступающей из аквариума. Здесь нет промежуточного фильтра, как в рафт-системе.

Источник: Зеленая аквапоника

Система предоставляет несколько преимуществ, но также и ограничения.

Текучая вода и тонкий слой воды обеспечивают обильное насыщение кислородом, что полезно как для корней растений, так и для рыб, поскольку вода затем возвращается в аквариум. Кроме того, система очень компактна и может использоваться в ограниченном пространстве или в высоких вертикальных системах. Кроме того, непрерывный поток питательных веществ и воды стимулирует рост растений лучше, чем система с наполнителем, но без необходимости использования фильтра, как в системе с плотом.

Однако системы NFT подходят только для растений с маленькими корнями, например листовой зелени; более крупные корневые системы не будут работать хорошо. Также возможно, что корни забьют неглубокие каналы, что может вызвать дефицит питательных веществ. Температура воды может быстро колебаться, особенно если растения подвергаются воздействию прямых солнечных лучей, что может вызвать проблемы как для растений, так и для рыб.

Что можно выращивать на аквапонике

Сторона завода

Большинство растений, которые можно выращивать с помощью гидропоники, можно выращивать и с помощью аквапоники. На рынке гидропоники в основном доминируют дорогостоящие культуры, имеющие постоянный спрос и нуждающиеся в высококачественной и контролируемой среде роста:

• Помидоры.
• Травы.
• Салат.
• Огурец.
• Перец.

Источник: Grand View Research

С помощью гидропоники и аквапоники можно выращивать и другие ценные культуры, например, каннабис или хмель. В этом случае гидропоника/аквапоника обеспечивает высокий уровень постоянства условий роста, что приводит к единообразию вкуса и химического состава.

Сторона аквакультуры

Разведение рыбы

Самым популярным водным животным является рыба.

Пресная вода обязательна для аквапонных систем, поскольку соленая морская вода токсична для растительного компонента системы.

Проводятся некоторые исследования по разработке аквапоники с соленой водой в поисках растений с достаточно высокой солеустойчивостью. Рассмотренные варианты включают в себя обычный ледяной завод (популярная гидропонная культура в Японии), солеустойчивый рис с ГМО сорта или морские водоросли.

Среди популярных рыб для аквапоники:

• Тилапия (безусловно, самая распространенная рыба в аквапонике).
• Синежабрник/край/солнечная рыба/краппи.
• Сом.
• Окунь.
• Карп.
• Кой.
• Паку.
• Различные декоративные рыбы, такие как скалярии, гуппи, тетры, рыбы-меч, моллинезии, золотые рыбки.

В целом, лучшие рыбы будут обладать следующими характеристиками, которые также полезны для аквакультуры в целом:

• Хорошо живут друг с другом в небольших, закрытых резервуарах с достаточно маленьким максимальным размером взрослой особи.
  • Еще одна ценная черта – хорошее размножение в неволе.
• Быстрый рост, особенно мясной рыбы, и в идеале хороший коэффициент конверсии корма (сколько фунтов пищи требуется для выращивания фунта рыбы).
• Хорошая устойчивость к заболеваниям.
• Хорошая переносимость холодной воды (снижает потребность в дорогостоящем и энергоемком отоплении) и перепадов температуры (трудно контролировать сезонные изменения).
  • Температура в аквариуме и виды рыб должны соответствовать местоположению.
• Высокий рыночный спрос на этот вид.

Другие водные животные

Рыбы — не единственные животные, которых можно выращивать с помощью аквапоники. Существуют альтернативы, такие как:

• Раки/ябби, небольшие пресноводные животные по сравнению с лобстерами.
• Креветки и креветки, если они пресноводные. Они требуют довольно высокой температуры воды.
• Мидии, устрицы и другие ракушки
  • Ракушки помогут сохранить воду чистой и обеспечить продажу ценного продукта.
  • Однако они могут вызвать проблемы, если распространяются и оседают внутри трубопроводов системы, создавая засоры.
  • Поскольку раковины в основном питаются микроводорослями и планктоном, гидропонное выращивание водорослей может создать оригинальную систему аквапоники без растений и рыб.
• Черепахи и водные рептилии. Водных рептилий иногда выращивают в качестве домашних животных или даже в пищу в некоторых странах. Таким образом, они могут играть ту же роль, что и рыбы в аквапонной системе, особенно в теплой среде.
• Черви ("вермипоника»).
  • Червей можно скармливать сельскохозяйственным отходам, кухонным отходам, кроличьему навозу и другим продуктам, которые не подходят в качестве корма для рыб.
  • Им требуется меньше кислорода и, как правило, они более выносливы, чем более сложные животные.

Бактериальный фильтр

Хотя не все системы аквапоники используют фильтр, он часто требуется для крупномасштабных установок.

Смысл такого фильтра – содержать бактерии, способные превращать богатую аммиаком водную живность в нитриты и нитраты («нитрификация»), более полезные для растений.

Если аммиак высокой концентрации (и в меньшей степени нитрит) не превратиться в нитраты и не будет использован растениями, он также может привести к гибели рыб и других водных животных. Поскольку растения хуже усваивают аммиак, во многих проектах требование нитрификации становится обязательным.

Аммиак превращается в нитрит путем Нитросомонады бактерии, а нитриты в нитраты Нитробактер бактерии. Этот процесс может занять время, поэтому это необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации системы аквакультуры, в которой потенциально несколько резервуаров с бактериальными фильтрами последовательно выпускают очищенную воду.

Плюсы аквапоники

Аквапоника разделяет многие преимущества (и ограничения) гидропоники. Сюда входит 1/6^th к 1 / 10^th потребление воды по сравнению с традиционным сельским хозяйством, очень стабильные и продуктивные условия роста, более низкое потребление пестицидов и отсутствие гербицидов, а также ликвидация болезней, передающихся через почву.

Аквапоника также имеет уникальные преимущества по сравнению с гидропоникой или аквакультурой:

• Все натуральные удобрения, полностью полученные из рыбных отходов.
  • Корм для рыб, который и так необходим в аквакультуре, теперь используется повторно «дважды», что позволяет сэкономить на удобрениях.
  • Это может обеспечить более естественное и органическое гидропонное выращивание без попадания в систему химических удобрений.
• Вода, поступающая к рыбкам, фильтруется естественным образом. Это избавляет от необходимости ежедневно сливать от 5 до 30% воды.
  • Это значительно снижает потребление воды в аквакультуре.
  • Это также снижает загрязнение, связанное с аквакультурой, которое может привести к повреждению близлежащих источников воды, а также цветение токсичных водорослей и эвтрофикация пресноводных водоемов.
• Производите одновременно богатую белком пищу и полезные растительные продукты.
• Диверсифицированный источник дохода.
  • Цены на рынках овощей и рыбы могут сильно колебаться, но не коррелируют друг с другом.
  • Вылов рыбы менее регулярен, но может обеспечить большой приток денежных средств в дополнение к более регулярному доходу от гидропонного выращивания.

Минусы аквапоники

Хотя аквапоника в целом более эффективна, чем гидропоника и аквакультура по отдельности, она может представлять собой ряд проблем.

Сложность и стоимость

Хотя стоимость уже была основным ограничением гидропоники, аквапоника еще более сложна и, следовательно, дорогостояща в установке. К гидропонным системам теперь добавились системы аквакультуры.

Размер каждого из них должен быть таким, чтобы они точно соответствовали друг другу, чтобы было достаточно растений для фильтрации воды, а также достаточно рыбы для обеспечения достаточного количества удобрений.

Эта более сложная система также должна хорошо управлять температурой, как температурой воздуха, так и температурой воды, а также учитывать испарение и среднюю влажность. И растения, и животные могут изменять pH воды, что может замедлить рост или даже убить их, если он выйдет из равновесия.

Контроль и навыки

Из-за взаимосвязи всех контролируемых параметров требуется постоянный контроль и датчики для проверки этих показателей.

Аналогичным образом, мониторинг вспышек заболеваний теперь необходимо проводить как для рыб, так и для растений. Лечение их может быть более трудным: например, введение антибиотиков рыбам может привести к заражению растений или фунгицида для растений, загрязняющих мясо рыбы.

Мониторинг и уход за такой сложной системой требует хороших знаний и подготовки, даже больше, чем то, что требуется для «более простой» гидропоники или аквакультуры, которые являются довольно сложными областями сельского хозяйства.

Потребность в энергии

Колебания температуры могут быть смертельными для водных животных, даже быстрее, чем для растений, которые менее терпимы к большим или быстрым изменениям.

Таким образом, системе аквапоники, скорее всего, потребуется система нагрева и/или охлаждения, чтобы поддерживать воду в приемлемом диапазоне.

Это может сделать аквапонику очень энергоемкой, особенно в некоторых климатических условиях. Это также может усложнить использование естественного света и теплиц для растительного компонента системы. Хотя это снижает потребность в искусственном освещении и согревании растений, это также может привести к перегреву воды в летние месяцы, что может легко стать проблемой для водных животных.

Устойчивость

Аквапонические системы по своей природе очень искусственны. Им требуется много труб, насосов, датчиков, фильтров и т. д. Это означает, что они зависят от бесперебойной работы:

• Цепочка поставок деталей и компонентов.
• Электроснабжение.
• Электронная подключенная система для высокоавтоматизированных и сложных операций.
• Квалифицированный персонал, способный эффективно выполнять необходимый мониторинг и техническое обслуживание.

Эти проблемы даже более выражены, чем при гидропонике, поскольку рыбам потребуется постоянное снабжение кормом, фильтрованной водой и кислородом.

Таким образом, отключение системы аквапоники всего на 24 часа может означать гибель всей рыбы, что, вероятно, могло бы быть перенесено только растениями.

Хотя существуют способы смягчить эти риски, например, за счет резервирования систем или увеличения запасов (что увеличивает затраты на установку) или локализованного снабжения энергией за счет производства возобновляемой энергии, аквапоника никогда не будет такой устойчивой, как гидропоника, и намного менее устойчивой, чем дождь. -поливают посевы в открытом грунте.

Инновации в аквапонике

Аквапонические инновации

Поскольку аквапоника сочетает в себе гидропонику и аквакультуру, инновации в обеих этих областях могут повысить производительность.

Гидропонные инновации

Светодиодное освещение

Светодиодные фонари — еще одно важное технологическое вмешательство в гидропонику и аквапонику. Эти светильники потребляют гораздо меньше энергии, излучают меньше тепла и служат дольше, чем другие источники света.

Кроме того, не весь спектр видимого света полезен растениям для фотосинтеза, поэтому можно использовать специальные светодиоды без зеленого света для дальнейшего снижения потребления электроэнергии искусственным освещением.

Источник: Агритектура

eSoil

Гидропонное выращивание позволяет осуществлять прямой контроль над растениями, что невозможно в традиционном сельском хозяйстве. Это открывает двери для экспериментов в поисках новых способов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, помимо увеличения доступа к свету и питательным веществам.

Например, один из таких вариантов мы рассматриваем в нашей статье «Электричество ускорит рост гидропонных культур». Исследователи использовали специальную искусственную подложку, или «проводящую почву / eSoil», сделанную из целлюлозы (основного компонента бумаги), смешанной с проводящим полимером, называемым ПЕДОТ (поли(3,4-этилендиокситиофен)). Таким образом, они могли подвергать рассаду постоянному воздействию низкого напряжения, что приводило к увеличению скорости роста на 50%.

Это лишь один пример того, как гидропонные системы могут обеспечить значительный прирост производительности благодаря повышенному уровню контроля, который они предлагают.

Инновации в аквакультуре

Одной из основных проблем аквакультуры является борьба с вредителями и болезнями. Прогресс биотехнологий делает возможной идею использования лечения RNAi для уменьшения воздействия вирусов, таких как, например, вирус синдрома белых пятен (WSSV), вирус, который оказывает значительное негативное воздействие на выращиваемые в аквакультуре креветки..

Вакцины также можно доставлять с пищей рыб либо через специальная микрокапсуляция или даже используя генетически модифицированные водоросли, образующие съедобную самовоспроизводящуюся вакцину.

Наконец, поскольку запасы дикой рыбы быстро истощаются, высоконадежные методы поиска с использованием блокчейн-решений, таких как Фишкоин может использоваться для обеспечения того, чтобы мясо рыбы, поступающее к потребителям, было произведено наиболее этичным способом и с наименьшими энергетическими затратами.

Могут быть использованы и другие высокотехнологичные решения, такие как индивидуальные датчики мониторинга рыбы, такие как iFarm, который был разработан в сотрудничестве между лососевая ферма Cermaq в Норвегии и сенсорная компания BioSort.

Инновации для гидропоники и аквакультуры

Интернет вещей и автоматизация на основе датчиков

Снижение стоимости датчиков и электроники сделало возможным непрерывный мониторинг температуры, влажности, освещенности, уровня pH и объема питательных веществ. Этот уровень мониторинга даже более важен, чем при гидропонике, поскольку присутствие животных повышает вероятность нежелательных изменений и имеет более серьезные последствия.

Этот метод на основе датчиков помогает отслеживать и корректировать в режиме реального времени, чтобы условия оставались постоянно оптимальными.

Технологии на основе искусственного интеллекта

Как уже упоминалось, аквапоника требует чрезвычайно интенсивного мониторинга водной системы, заболеваний, уровня питательных веществ, температуры, pH, качества фильтрации и т. д.

ИИ может помочь оптимизировать существующие условия окружающей среды, включая уровень освещенности, влажности и уровня питательных веществ. ИИ также помогает оптимизировать инвестиции и снизить затраты за счет создания индивидуальных решений для конкретных условий. Со временем это может снизить потребность в высокой квалификации и знаниях операторов в области аквапоники.

ИИ также может использовать машинное зрение или регулярные автоматизированные биохимические тесты, чтобы предупреждать о наличии заболеваний раньше, чем это сделает человек.

Наконец, с появлением автономных сельскохозяйственных роботов мы можем представить себе аквапоническую систему, в которой посадка, обрезка, сбор и замена растений, а также кормление, разведение и сбор рыбы могут выполняться автономно с помощью ИИ, управляющего системой аквапоники. .

Запуск аквапонной установки

Также потребуется медленная фаза инициации, которая будет необходима для достижения сбалансированного и стабильного азотного цикла. Прежде чем добавлять рыбу, лучше всего наладить азотный цикл, введя в систему аммиак и позволив бактериальной биопленке вырасти внутри фильтра, чтобы аммиак мог эффективно превращаться в нитриты и нитраты.

То же самое относится и к добавлению рыб и растений, причем постепенное введение позволяет регулировать параметры качества воды, кормление рыб и рост растений. Только после того, как система будет работать бесперебойно с растениями и животными на разных стадиях роста и непрерывным сбором урожая, можно будет считать, что система аквакультуры полностью настроена.

Калибровка

Из-за сложности аквапоники большинство этих систем, как правило, строятся в коммерческих масштабах с ожидаемой точной окупаемостью инвестиций. Они также будут стремиться интегрировать высокую степень автоматизации и сенсорных технологий.

Это не означает, что невозможно построить более управляемые вручную или меньшие по размеру системы, но их может быть сложнее поддерживать в балансе относительно кислотности, температуры, уровня аммиака и т. д., и они требуют более пунктуальной корректировки.

Этот сектор все еще находится на ранней стадии развития, без стандартизированного шаблона и большого количества экспериментов. Однако это уже не просто концепция, находящаяся в разработке, с некоторыми примечательными крупными установками:

• Superior Fresh в Висконсине, с 2017 года ежегодно выращивает 1.8 миллиона фунтов салата и листовой зелени — и 40,000 123,000 фунтов рыбы — на производственных площадях площадью 11,000 XNUMX квадратных футов (более XNUMX XNUMX квадратных метров).
• Les Nouvelles Fermes во Франции, которая в 2 году привлекла 2020 миллиона долларов для производства 60 тонн свежих продуктов и 12 тонн радужной форели в год.
• 4,000 квадратных метров аквапонического парка Джаббера Аль Мазруи установка в Объединенных Арабских Эмиратах.

Заключение

Аквапоника — это чрезвычайно эффективная конструкция, решающая многие ограничения современных методов гидропоники и аквакультуры. Это может снизить как зависимость гидропоники от химических удобрений, так и загрязнение воды и отходы, вызванные аквакультурой.

Однако это гораздо более технический вопрос, и большинству людей и компаний, вероятно, будет полезно сначала получить обширный опыт работы, по крайней мере, в гидропонике или аквакультуре, прежде чем приступать к их объединению с аквапоникой.

Таким образом, они с большей вероятностью добьются успеха в решении многочисленных проблем, связанных со сложностью системы, таких как борьба с болезнями и вредителями, химический дисбаланс (pH, уровень аммиака и т. д.), выбор видов, колебания температуры и т. д.

Тем не менее, учитывая рост мирового населения в сочетании с истощением популяций диких рыб и сокращением площади пахотных земель, аквапоника может стать мощным решением для производства высококачественных растительных продуктов и полезного мяса с высоким содержанием белка. И при этом с меньшим использованием земли и воды, а также с гораздо меньшими выбросами загрязняющих веществ.