Jordbruk

Aquaponik – Allt du behöver veta

mm
Publicerad
Uppdaterad
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Information: Securities.io kan få ersättning när du använder länkar till produkter vi granskar. Det påverkar inte våra redaktionella bedömningar. Vi är inte registrerad investeringsrådgivare; detta är inte investeringsråd. Läs vår affiliateinformation.

Vad är aquaponik

Aquaponik är en odlingsmetod som odlar växter i kombination med akvakultur, dvs. uppfödning av vattenlevande djur som fiskar och eventuellt kräftor, sniglar, musslor eller räkor. Det är en del av de bredare ”jordlösa” odlingsmetoderna, inklusive hydroponik och aeroponik.

I sin moderna form kombineras aquaponik ofta med relativt högteknologisk hydroponisk odling – odling av växter utan jord – där vatten används för att leverera näringsämnen. Den kan ofta vara en del av ett vertikalt jordbruk eller inomhusodlingssystem.

Vi diskuterade i detalj de olika systemen som är möjliga för hydroponisk odling samt dess för- och nackdelar i vår artikel “Hydroponik – Allt du behöver veta”.

Denna blandning av jordbruk och akvakultur är dock mycket gammal. Aztekerna odlade på jordbrukshöjder kallade chinampas över sjöar, kinesiska bönder odlade ris med fisk i fälten i årtusenden, och så var de inhemska kulturerna i Sydostasien, inklusive den anmärkningsvärda staden Angkor Wat.

Aquaponikmarknadens storlek uppgår till nära 1,2 miljarder dollar år 2024 och förväntas växa med 9,6 % CAGR fram till 2029. De största marknaderna finns i Nordamerika och Asien.

Vetenskapen bakom aquaponik

Hydroponik erbjuder mycket exakt kontroll över odlingsförhållanden, vilket hjälper till att odla pålitligt högkvalitativa grödor. Det är också mycket vatten- och rymmeffektivt. Men vad händer om man också kan odla mycket tät, hälsosam kött med samma vatten, likaså? Detta blir möjligt genom att koppla vattnet som hydroponiksystemet använder till akvakulturtankar.

Det starkaste argumentet för aquaponik är att skapa en cirkel där varje komponent löser ett problem som finns i hydroponik och akvakultur när de är separata.

Hydroponik är ett mycket effektivt odlingssystem men kräver ständig tillsats av gödsel i vattnet för att hålla växten frisk och växande.

Samtidigt kräver akvakultur mycket färskt, rent vatten och filtrering, eftersom fiskens avfall (eller andra vattenlevande djur) samlas och förorenar vattnet.

I ett aquaponiksystem blir båda “lösta”. Fiskavfallet är inte längre förorening utan kvälenrik gödsel för växterna. Sedan renar växtrötterna vattnet ”gratis” genom att absorbera näringsämnena.

Typer av aquaponiksystem

Mediebaserat aquaponiksystem

Ett inert medium som grus, lavasten eller lerkulor förankrar växternas rötter. Växtbädden översvämmas periodiskt med vatten från fisktanken genom en klocksyfon. Detta för med sig näringsämnen till växterna.

Vattnet skickas sedan tillbaka till fisktanken för att sluta cykeln när vattnet har filtrerats av växterna. Ibland tillsätts maskar till det inerta mediet för att hjälpa bryta ner fiskavfallet.

Eftersom detta system inte använder något filter och har minst komponenter är det det enklaste.

Flottsystem

Växterna placeras på flytande flotter, med rötterna hängande i vattnet. Det näringsrika vattnet från akvakulturtanken flödar kontinuerligt in i ett filtersystem och sedan till växtflotterna.

Filtret innehåller bakterier som hjälper till att göra näringsämnena mer ”smältbara” för växterna.

Detta system är mer komplext men kan skalas upp mycket lättare, utan gräns för antalet flotter eller storleken på fisktanken, så länge rör och filter matchar.

Näringsfilmteknik (NFT)

Detta system liknar de mediebaserade aquaponiksystemen men med en tunn film av kontinuerligt flödande vatten från fisktanken. Det finns inget mellanfiltret som i flottsystemet.

Systemet ger några fördelar men också begränsningar.

Det flödande vattnet och den tunna vattenlagret möjliggör rik syresättning, gynnsamt för både växtrötter och fisk, eftersom vattnet sedan återgår till tanken. Det är också mycket rymmeffektivt och kan användas i trånga utrymmen eller höga vertikala jordbrukssystem. Slutligen ökar den kontinuerliga flödet av näringsämnen och vatten växttillväxten bättre än ett mediebaserat system, men utan behovet av flottsystemets filter.

Dock är NFT‑system bara lämpliga för växter med små rötter, som bladgrönsaker; större rotsystem fungerar inte bra. Det är också möjligt att rötterna täpper till de grunda kanalerna, vilket kan leda till näringsbrist. Vattentemperaturen kan svänga snabbt, särskilt om växterna utsätts för direkt sol, vilket kan orsaka problem för både växter och fisk.

Vad kan odlas med aquaponik

Växtsidan

De flesta växter som kan odlas med hydroponik kan odlas med aquaponik. Hydroponikmarknaden domineras främst av högvärdiga grödor med konstant efterfrågan och behov av en högkvalitativ och kontrollerad odlingsmiljö:

  • Tomater.
  • Örter.
  • Sallad.
  • Gurka.
  • Paprikor.

Andra högvärdiga grödor kan odlas med hydroponik & aquaponik, till exempel cannabis eller humle. I detta fall ger hydroponik/aquaponik en hög grad av konsistens i odlingsförhållandena, vilket resulterar i en jämn smak & kemisk sammansättning.

Akvakultursidan

Fiskuppfödning

Den mest populära uppfödningen av vattenlevande djur är fisk.

Färskvatten är obligatoriskt för aquaponiksystem, eftersom salt havsvatten skulle vara giftigt för växtdelen av systemet.

Viss forskning pågår för att utveckla saltvattens‑aquaponik, med sökande efter växter med tillräckligt hög salt‑tolerans. Alternativen som undersöks inkluderar vanlig isväxt (en populär hydroponisk gröda i Japan), salt‑tolerant GMO‑ris-varianter eller alger.

Bland populära fiskar för aquaponik finns:

  • Tilapia (utan tvekan den vanligaste fisken i aquaponik).
  • Bluegill/brim/solfisk/crappie.
  • Katfisk.
  • Abborre.
  • Karp.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Olika prydnadsfiskar såsom ängelfisk, guppyer, tetra, svärdfisk, molly, guldfisk.

I allmänhet har de bästa fiskarna följande egenskaper, som också är fördelaktiga för akvakultur i allmänhet:

  • Lever bra tillsammans i små, begränsade tankar, med en tillräckligt liten maximal vuxenstorlek.
    • God avel i fångenskap är en annan värdefull egenskap.
  • Snabb tillväxt, särskilt för köttfisk, och helst ett bra foderomvandlingsförhållande (hur många pund foder som krävs för att odla ett pund fisk).
  • God motståndskraft mot sjukdomar.
  • God tolerans för kallt vatten (minskar behovet av dyr och energikrävande uppvärmning) och temperaturvariationer (svårt att kontrollera med säsongsförändringar).
    • Fisktankens temperatur och fiskart bör anpassas till platsen.
  • Stark marknadsefterfrågan för denna art.

Andra vattenlevande djur

Fiskar är inte de enda djur som kan uppfostras med aquaponik, alternativ finns, såsom:

  • Kräftor/yabbies, en liten sötvattensläkting till hummern.
  • Räkor och räkor (prawns), så länge de är av sötvattensort. De kräver relativt hög vattentemperatur.
  • Musslor, ostron och andra skal
    • Skal hjälper till att hålla vattnet rent och ger en högvärdig produkt för försäljning.
    • De kan dock orsaka problem om de sprider sig och sätter sig i systemrören, vilket skapar blockeringar.
    • Eftersom skal främst äter mikroalger och plankton, kan hydroponisk odling av alger skapa ett originellt aquaponiksystem utan varken växter eller fisk.
  • Sköldpaddor och vattenreptiler. Vattenreptiler föds ibland upp som husdjur, eller till och med för mat i vissa länder. Så de kan spela samma roll som fiskar i ett aquaponiksystem, särskilt i en varm miljö.
  • Maskar (“vermiponics”).
    • Maskarna kan matas med jordbruksavfall, köksrester, kaninavföring och andra produkter som inte skulle fungera som fiskfoder.
    • De kräver mindre syre och är generellt mer motståndskraftiga än mer komplexa djur.

Bakteriellt filter

Även om inte alla aquaponiksystem använder ett filter, är det ofta nödvändigt för storskaliga installationer.

Syftet med ett sådant filter är att hysa bakterier som kan omvandla de vattenlevande djurens avfall, rika på ammoniak, till nitrit och nitrat (”nitrifikation”), vilket är mer fördelaktigt för växterna.

Om det inte omvandlas till nitrat och används av växterna, kan hög koncentration av ammoniak (och i mindre grad nitrit) också döda fiskarna och andra vattenlevande djur. Eftersom växter absorberar ammoniak sämre, gör detta nitrifikationskravet nödvändigt i många konstruktioner.

Ammoniak omvandlas till nitrit av Nitrosomonas‑bakterier, och nitrit till nitrat av Nitrobacter‑bakterier. Processen kan ta tid, så detta måste tas med i beräkningen för design och drift av ett akvakultursystem, med potentiellt flera tankar med bakteriefilter som släpper ut det behandlade vattnet sekventiellt.

Fördelar med aquaponik

Aquaponik delar många av hydroponikens fördelar (och begränsningar). Detta inkluderar 1/6th till 1/10th av vattenförbrukningen jämfört med traditionellt jordbruk, mycket konsistenta och produktiva odlingsförhållanden, lägre bekämpningsmedelsförbrukning och ingen herbicid, samt eliminering av jordbundna sjukdomar.

Aquaponik har dessutom unika fördelar utöver hydroponik eller akvakultur ensamt:

  • Alla naturliga gödselmedel, helt från fiskavfall.
    • Fiskfodret, som ändå behövs i akvakultur, återanvänds nu ”två gånger”, vilket sparar på gödselkostnaderna.
    • Det kan möjliggöra mer naturlig och organisk hydroponisk odling, utan kemiska gödselmedel i systemet.
  • Fiskens vatten filtreras naturligt. Detta ersätter behovet av att släppa ut 5‑30 % av vattnet dagligen.
    • Det minskar dramatiskt vattenförbrukningen i akvakulturen.
    • Det minskar också föroreningar relaterade till akvakultur, vilket kan skada närliggande vattenkällor, samt giftiga algblomningar och övergödsling av sötvattenskroppar.
  • Producerar både proteinrik mat och hälsosamma växtprodukter samtidigt.
  • Diversifierad inkomstkälla.
    • Priser på grönsaker och fisk kan svänga kraftigt men utan att korrelera med varandra.
    • Fiskuppskörningen är mindre regelbunden men kan ge ett stort kassinflöde utöver den mer regelbundna inkomsten från hydroponisk odling.

Nackdelar med aquaponik

Trots att den är överlag mer effektiv än både hydroponik och akvakultur separat, kan aquaponik presentera egna utmaningar.

Komplexitet och kostnader

Medan kostnad redan var den största begränsningen för hydroponik, är aquaponik ännu mer komplex och därför kostsam att sätta upp. Akvakultursystem har nu lagts till hydroponiska system.

Varje del måste dimensioneras så att de exakt matchar varandra så att det finns tillräckligt med växter för att filtrera vattnet, samt tillräckligt med fisk för att ge tillräckligt med gödsel.

Detta mer komplexa system måste också hantera temperatur väl, både luft- och vattentemperatur, med avdunstning och genomsnittlig luftfuktighet som också måste tas med. Och både växter och djur kan förändra vattnets pH, vilket kan minska tillväxten eller till och med döda dem om balansen rubbas.

Kontroll och färdigheter

På grund av den inbördes kopplingen av alla parametrar som ska övervakas krävs ständig tillsyn och sensorer för att kontrollera dessa mått.

På samma sätt måste övervakning av sjukdomsutbrott nu göras för både fisk och växter. Att behandla dem kan vara svårare, exempelvis kan antibiotikabehandling av fisk leda till kontaminering av växterna, eller svampmedel för växterna kan kontaminera fiskköttet.

Övervakning och skötsel av ett så komplext system kräver god kunskap och utbildning, ännu mer än vad som krävs för ”enklare” hydroponik eller akvakultur ensamt, vilka redan är komplexa områden inom jordbruket.

Energiåtgång

Temperaturvariationer kan vara dödliga för vattenlevande djur, ännu snabbare än för växter med mindre tolerans för stora eller snabba förändringar.

Så ett aquaponiksystem kommer sannolikt att behöva ett värme‑ och/eller kylsystem för att hålla vattnet inom ett acceptabelt intervall.

Detta kan göra aquaponik mycket energikrävande, särskilt i vissa klimat. Det kan också komplicera användningen av naturligt ljus och växthus för växtdelen av systemet. Medan detta minskar behovet av artificiell belysning och uppvärmning av växterna, kan det också leda till överhettning av vattnet under sommarmånaderna, vilket lätt kan bli ett problem för vattenlevande djur.

Motståndskraft

Aquaponiksystem är av naturen mycket konstgjorda. De kräver mycket rördragning, pumpar, sensorer, filter osv. Detta innebär att de är beroende av att allt fungerar smidigt:

  • Leveranskedja för delar och komponenter.
  • Elektrisk strömförsörjning.
  • Elektroniskt anslutet system för högautomatiserade och avancerade operationer.
  • Kunnig arbetskraft som kan utföra den nödvändiga övervakningen och underhållet effektivt.

Dessa problem är ännu mer uttalade än för hydroponik eftersom fiskarna behöver en konstant tillförsel av foder, filtrerat vatten och syre.

Så om aquaponiksystemet går offline i bara 24 timmar kan det innebära att alla fiskar dör, något som troligen hade kunnat tolereras av växterna ensamma.

Även om det finns sätt att mildra dessa risker, exempelvis med systemredundans eller större lager (vilket ökar installationskostnaderna), eller lokalt energitillförsel via förnybar kraftproduktion, kommer aquaponik aldrig att vara lika motståndskraftig som hydroponik, och långt mindre än en regnbevattnad gröda på ett öppet fält.

Innovation inom aquaponik

Aquaponikinnovation

Eftersom aquaponik kombinerar både hydroponik och akvakultur kan innovationer inom båda dessa områden förbättra produktiviteten.

Hydroponiska innovationer

LED-belysning

LED‑lampor är en annan avgörande teknologisk insats i hydroponik och aquaponik. Dessa lampor förbrukar mycket mindre energi, avger mindre värme och håller längre än andra ljuskällor.

Dessutom är inte hela det synliga ljusspektrumet användbart för växter i fotosyntesen, så dedikerade LED‑lampor utan grönt ljus kan användas för att ytterligare minska den elektricitet som förbrukas av artificiell belysning.

Källa: Agritecture

eSoil

Hydroponisk odling möjliggör direkt kontroll över växterna på ett sätt som är omöjligt i traditionellt jordbruk. Detta öppnar dörren för experiment med nya sätt att öka grödans produktivitet bortom att bara öka tillgången till ljus eller näringsämnen.

Till exempel utforskar vi ett sådant alternativ i vår artikel “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Forskare använde ett specialtillverkat artificiellt substrat, eller ”ledande jord / eSoil” gjort av cellulosa (huvudkomponenten i papper) blandat med en ledande polymer kallad PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). På så sätt kunde de exponera plantor för kontinuerlig låg spänning, vilket resulterade i en 50 % ökning av tillväxthastigheten.

Detta är bara ett exempel på hur hydroponiska system kan erbjuda betydande produktivitetsökning tack vare den ökade kontrollnivå de erbjuder.

Akvakulturinnovation

Ett av de stora problemen inom akvakultur är skadedjurs‑ och sjukdomshantering. Bioteknologiska framsteg gör det möjligt att använda RNAi‑behandlingar för att minska påverkan av virus, till exempel white spot syndrome virus (WSSV), ett virus som har en betydande negativ inverkan på odlad räka.

Vacciner kan också levereras via fiskarnas foder, antingen genom special mikro‑inkapsling eller till och med med genetiskt modifierade alger som bildar ett ätbart, självreproducerande vaccin.

Slutligen, med vilda fiskbestånd som snabbt minskar, kan mycket pålitliga leveransmetoder med blockkedjelösningar som Fishcoin användas för att säkerställa att fiskköttet som når konsumenterna har producerats på det mest etiska sättet och med lägst energikostnad.

Andra högtekniska lösningar kan också användas, såsom individuella fiskövervakningssensorer, som iFarm, som utvecklats i samarbete mellan salmonfarm Cermaq i Norge och sensorföretaget BioSort.

Innovation för både hydroponik och akvakultur

IoT och sensorbaserad automatisering

De fallande kostnaderna för sensorer och elektronik har gjort kontinuerlig övervakning av temperatur, luftfuktighet, ljus, pH‑nivåer och näringsvolym möjlig. Denna nivå av övervakning är ännu viktigare än i hydroponik eftersom närvaron av djur gör oönskade variationer mer sannolika och har allvarligare konsekvenser.

Denna sensorbaserade metod hjälper till att i realtid spåra och justera så att förhållandena förblir optimala.

AI-baserade teknologier

Som nämnt kräver aquaponik en extremt intensiv nivå av övervakning av vattensystemet, sjukdomar, näringsnivåer, temperatur, pH, filtreringskvalitet osv.

AI kan hjälpa till att optimera befintliga miljöförhållanden, inklusive ljusnivåer, luftfuktighet och näringsnivåer. AI hjälper också till att optimera investeringar och sänka kostnader genom att skapa skräddarsydda lösningar för specifika förhållanden. Med tiden kan detta minska kravet på att mänskliga operatörer måste vara mycket utbildade och kunniga om aquaponik.

AI kan också använda maskinseende eller vanliga automatiserade biokemiska tester för att varna om närvaro av sjukdomar innan en människa hinner upptäcka dem.

Till sist, med framväxten av autonoma jordbruksrobotar, kan vi föreställa oss ett aquaponiksystem där plantering, beskärning, skörd och byte av växter, liksom utfodring, avel och skörd av fisk, kan utföras autonomt av AI som styr aquaponiksystemet.

Starta en aquaponikinstallation

Det kommer också att behöva en långsam initieringsfas, som är nödvändig för att få en balanserad och stabil kvävecykel. Innan fisk läggs till är det bäst att etablera kvävecykeln genom att introducera ammoniak i systemet och låta bakterie‑biofilmen växa i filtret så att ammoniak effektivt omvandlas till nitrit och nitrat.

Samma gäller för att lägga till fisk och växter, med gradvisa introduktioner som möjliggör justering av vattenkvalitetsparametrar, fiskutfodring och växttillväxt. Först när systemet fungerar smidigt med växter och djur i olika tillväxtstadier och kontinuerlig skörd kan akvakultursystemet anses vara fullt uppsatt.

Dimensionering

På grund av aquaponiks komplexitet tenderar de flesta av dessa system att byggas i kommersiell skala med en exakt förväntad avkastning på investeringen. De kommer också att integrera en hög grad av automatisering och sensorteknik.

Det betyder inte att mer manuellt kontrollerade eller mindre system inte kan byggas, men de kan vara svårare att hålla i balans när det gäller surhet, temperatur, ammoniaknivåer osv., och kräver mer punktvisa justeringar.

Sektorn är fortfarande i ett tidigt skede, utan standardiserad mall och med mycket experimentering. Det är dock inte bara ett koncept i utveckling längre, med några anmärkningsvärda stora installationer:

Slutsats

Aquaponik är en anmärkningsvärd effektiv design som löser många av begränsningarna i både nuvarande hydroponiska och akvakulturella metoder. Den kan minska både hydroponikens beroende av kemiska gödselmedel och vattenföroreningar samt avfall som orsakas av akvakultur.

Det är dock mycket mer tekniskt, och de flesta personer och företag kommer sannolikt att ha nytta av att först utveckla omfattande erfarenhet av att arbeta i åtminstone antingen hydroponik eller akvakultur innan de kombinerar dem med aquaponik.

På så sätt kommer de sannolikt att lyckas bättre med att hantera de många utmaningar som systemets komplexitet medför, såsom sjukdoms‑ och skadedjurshantering, kemisk obalans (pH, ammoniaknivåer osv.), artval, temperaturfluktuationer osv.

Trots detta, med tanke på den globala befolkningstillväxten i kombination med minskande vilda fiskbestånd & minskad odlingsbar mark, kan aquaponik vara en kraftfull lösning för att producera högkvalitativa växtprodukter och högproteinert, hälsosamt kött. Och göra det med lägre mark‑ och vattenanvändning, samtidigt som mycket mindre föroreningar släpps ut.

mm

Jonathan är en före detta biokemist som arbetade med genetisk analys och kliniska prövningar. Han är nu en aktieanalytiker och finansskribent med fokus på innovation, marknads cykler och geopolitik i sin publikation The Eurasian Century.