Akvaponik ( latin aqua - vatten, grekiska πόνος - arbete) är ett högteknologiskt sätt att odla som kombinerar vattenbruk (uppfödning av vattenlevande djur) och hydrokultur (odling av växter utan jord ).
Aquaponics är ett artificiellt ekosystem där tre typer av levande organismer är nyckeln: vattenlevande djur (vanligtvis fiskar ), växter och bakterier . Denna teknik är miljövänlig. Det fungerar enligt principen om ett ekosystem av fiskar och växter: fisk ger mat åt växter och växter renar vatten. Kärnan i metoden är användningen av avfallsprodukter från vattenlevande djur (fisk, räkor ) som ett näringsmedium för växter. Vattendjur släpper ut avfallsprodukter som är giftiga för dem själva: kväve, kalium , fosforföreningar, koldioxid. Ansamlingen av dessa ämnen i vattnet är ett stort problem inom både industriellt vattenbruk inomhus och det enkla akvariet . Samma ämnen är absolut nödvändiga i hydrokultur och tillsätts till vatten för att göra näringslösningar för växter. Inom akvaponik löses detta problem av sig självt: fiskens avfallsprodukter utnyttjas av bakterier och växter.
Aquaponics har gamla rötter, även om det finns flera varianter av dess ursprung:
Termen "akvaponik" dök upp för inte så länge sedan, men folk har lärt sig att använda de uppenbara fördelarna med samodling av växter och fiskar sedan antiken.
Den snabba utvecklingen av vattenbruket och särskilt hydroponiken under 1900-talet ledde till den vetenskapliga förståelsen av vattenkultur.
Flytande akvaponiksystem i mångkulturella fiskdammar har installerats under senare år i Kina för storskalig odling av ris , vete , cannas och andra grödor [10] , dessa anläggningar överstiger 2,5 tunnland (10 000 m 2 ) i yta [11] .
Utvecklingen av modern akvaponik har tillskrivits en mängd olika arbeten av New Alchemy Institute och Dr Mark McMurtry et al. vid North Carolina State University [12] . Inspirerad av framgångarna med New Alchemy Institute och kolvakvaponiktekniker utvecklade av Dr. Mark McMurtry et al., följde snart andra institut efter. Sedan 1997 har Dr. James Rakosi och kollegor vid University of the Virgin Islands forskat och utvecklat användningen av djupvattenkulturer i hydroponiska odlingsbäddar i ett storskaligt akvaponiksystem [9] .
Den första akvaponikforskningen i Kanada var ett litet system som lades till befintligt vattenbruk vid en forskningsstation i Lethbridge , Alberta . De såg tillväxten av akvaponikanläggningar under hela 90-talet, främst i form av inkomstgenererande anläggningar som ökade avkastningen av högvärdiga grödor som öring och sallad . Anläggningen är baserad på ett djupvattensystem utvecklat vid University of the Virgin Islands och byggt i ett växthus i Brooks , Alberta, där Dr. Nick Savidov och kollegor utforskade akvaponik mot bakgrund av jordbruksvetenskap. Teamet fick data om snabb rottillväxt i akvaponiska system och att stänga avfallscykeln; funnit att på grund av vissa fördelar i systemet, jämfört med traditionellt vattenbruk, kan systemet fungera bra vid en låg pH- nivå , vilket är gynnsamt för växter, men inte för fisk.
Aquaponic-system är inte sämre i prestanda än vare sig hydroponics eller vattenbruk. Den kanadensiska forskaren Nick Savidov föreslog att den speciella mikrobiologiska miljön som bildas i akvaponiska system tillåter högre avkastning än i traditionell hydroponik [13] . Det mest effektiva inom akvaponik är odling av grönska , plantor av prydnadsväxter , och från fisk odlas tilapia , havskatt och karp oftare .
Huvudproblemet inom akvaponik är den exakta balansen mellan olika, men beroende av varandras egenskaper hos vatten - livsmiljön för djur, växter och bakterier. Vattentemperaturen bestäms främst av växternas behov. Växter som odlas i aquaponics kräver varmt vatten, så termofila djur används i aquaponics. Kostnaden för att upprätthålla den erforderliga temperaturen och belysningen är en allvarlig begränsning för utvecklingen av vattenkultur, även i ett tempererat klimat (hydrokultur och vattenbruk möter samma svårigheter).
Akvakultur består av två huvuddelar: vattenbruk - för odling av vattenlevande djur, och hydrokultur - för odling av växter [14] [15] .
Avloppsvatten från underätet foder eller odlade djur som fisk samlas i vattnet på grund av stängd cirkulation i de flesta vattenbrukssystem. Avloppsrikt vatten blir giftigt för vattenlevande djur i höga koncentrationer, men innehåller samtidigt näringsämnen som är nödvändiga för växternas tillväxt [14] . Även om akvaponik huvudsakligen består av dessa två delar, är akvaponiska system vanligtvis grupperade i flera komponenter eller delsystem som ansvarar för effektivt avlägsnande av avfall, tillsats av en bas för att neutralisera syror eller för att berika vattnet med syre [14] . Typiska komponenter inkluderar:
Beroende på komplexiteten och kostnaden för det akvaponiska systemet kan avfallsbehållare, biofilter och/eller hydroponiska delsystem kombineras till en sektion eller delsystem [14] som inte tillåter vatten att strömma från vattenbruksdelen av systemet till den hydroponiska delen. Aquaponics gör det möjligt att avsevärt minska, och i vissa fall reducera till noll, avloppsvattenutsläpp.
Växter odlas i hydroponiska system där deras rötter är nedsänkta i näringsrikt avloppsvatten. Detta gör att de kan filtrera bort ammoniak, som är giftigt för vattenlevande djur, eller dess metaboliter. Efter att vattnet passerat genom det hydroponiska delsystemet, rengörs det och syresätts och kan återföras till vattenbrukstanken. Denna cykel är kontinuerlig. Allmänna krav för hydroponiska system inom akvaponik inkluderar:
Varje metod har sina egna fördelar [16] .
De flesta gröna bladgrönsaker växer bra i hydroponiska system, som bok choy , sallad , basilika , nypon , tomater , okra , cantaloupe (melon) och paprika [15] . Andra typer av grönsaker som växer bra i ett akvaponiskt system inkluderar bönor , ärtor , kålrabbi , vattenkrasse , taro , rädisa , jordgubbar , pumpa , lök , kålrot , palsternacka , sötpotatis och grönsaker . Eftersom växter i olika tillväxtstadier kräver olika mängder mineraler och näringsämnen skördas grödan i ett rutmönster: medan vissa delar sås, mognar plantorna redan på andra. Detta säkerställer ett stabilt innehåll av näringsämnen i vattnet på grund av den ständiga symbiotiska reningen av vatten från gifter [17] .
Sötvattensfisk är ett av de vanligaste vattenlevande djuren som odlas akvaponiskt, även om sötvattenskräftor och räkor ibland också används [18] . I praktiken har tilapia visat sig vara den mest populära för hem- och kommersiella ätbara fiskprojekt, även om barramundi , silverbas , vanlig sötvattenål, jadebas och Murray-torsk också används 15] . För tempererade klimat där det inte är möjligt eller önskvärt att upprätthålla vattentemperaturen, är blågill och havskatt de mest lämpliga fiskarterna för hemmavattensystem. Koi och guldfisk kan även användas i akvaponiska system om fisken i systemet inte får vara ätbar.
En specifik begränsning för utvecklingen av aquaponics är behovet av att kombinera lika hög kompetens inom både hydroponics och fiskodling.
Andning, rätt näring av fisk och denitrifikation kräver en tillräcklig mängd syre löst i vatten. Den erforderliga nivån av syre upprätthålls genom luftning eller syresättning. CO 2 som en produkt av andning måste effektivt avlägsnas från systemet.
Ammoniak är huvudprodukten av den mikrobiologiska nedbrytningen av fiskavfall som de släpper ut i vattnet. I närvaro av syre löst i vatten oxiderar aeroba bakterier ammoniak och dess gasformiga aminderivat för att bilda nitriter och nitrater. Detta minskar vattnets toxicitet för fisk och gör att växterna kan ta bort de resulterande nitratföreningarna och använda dem för sin egen näring. Nitrifikation , den aeroba omvandlingen av ammoniak till nitrat , är en av de viktigaste funktionerna i ett akvaponiskt system [14] .
En liknande process är analog med bioremediering . Kolonier av specifika bakterier i vattenbruk med sluten krets bebor huvudsakligen biofiltersubstratet , medan de inom akvaponik också bebor rotsystemet och växtsubstratet . Så bakterier renar vatten från ämnen som är giftiga för fisk, och växter förbrukar nitrat , kväve , fosfor , koldioxid löst i vatten och berikar i viss mån vattnet med syre, som kan återföras till fisken.
Herbicider och bekämpningsmedel används inte i aquaponics , eftersom de är skadliga för bakterier och djur. Av samma anledning krävs en noggrann inställning till val och dosering av växtnäringstillskott.
Ammoniak släpps stadigt ut i vattnet genom fiskens gälar och avföring som en biprodukt av deras ämnesomsättning och måste filtreras ut ur vattnet eftersom höga koncentrationer av ammoniak (vanligtvis mellan 0,5 och 1 ppm) kan döda fisk. Även om växter kan absorbera ammoniak från vattnet, i viss mån, absorberas nitrater lättare [15] , vilket effektivt minskar vattentoxiciteten för fiskar [14] . Ammoniak kan omvandlas till andra kvävehaltiga föreningar genom följande friska populationer:
I ett akvaponiskt system bildar de bakterier som ansvarar för denna process en biofilm på alla fasta ytor av systemet som är i konstant kontakt med vattnet. Nedsänkta vegetabiliska rötter har en stor yta där många bakterier kan samlas. Tillsammans med koncentrationen av ammoniak och nitrit i vatten bestämmer ytarean den hastighet med vilken nitrifikation sker. Vård av kolonierna av dessa bakterier är viktigt för regleringen av den fullständiga absorptionen av ammoniak och nitriter. Det är därför de flesta akvaponiska system innehåller en biofiltersektion för att underlätta tillväxten av dessa mikroorganismer . Typiskt, efter att systemet stabiliserat ammoniaknivån i intervallet 0,25 till 2,0 ppm, stabiliseras nitriten i intervallet 0,25 till 1 ppm och nitrathalten i intervallet 2 till 150 ppm. Ammoniak (upp till 6,0 ppm) och nitrit (upp till 15 ppm) kan få toppar under systemstart, medan nitrat toppar senare än startfasen. Eftersom nitrifikationsprocessen oxiderar vattnet kan natriumfria baser tillsättas för att neutralisera vattnets pH, såsom kaliumhydroxid eller kalciumhydroxid [14] om det inte finns tillräckligt med naturlig mängd närvarande för att buffra oxidationen. Dessutom kan utvalda mineraler eller näringsämnen som järn tillsättas för att komplettera fiskavfall och tjäna som en viktig källa till växtnäring [14] .
Ett bra sätt att bekämpa ansamling av fasta ämnen i aquaponics är att använda maskar som gör organiska fasta ämnen flytande så att de kan användas av växter och/eller andra djur i systemet (se Vermiponics .
De fem huvudsakliga förbrukningsvarorna i systemet är vatten, syre, ljus, vattenlevande djurfoder och elektricitet för pumpning, filtrering och syresättning av vattnet. Ägg eller yngel kan läggas till systemet för att ersätta odlad fisk, som i sin tur tas bort för att hålla systemet stabilt. Typiska proportioner: 0,5 till 1 kvadratfot uppfödningsutrymme för varje 1 US gallon (3,8 L) vattenbruksvatten i systemet. 1 US gallon (3,8 L) vatten kan bära 0,5 lb (0,23 kg) och 1 lb (0,45 kg) fiskbestånd beroende på luftning och filtrering [19] . De tio grundläggande riktlinjerna för att bygga ett framgångsrikt akvakultursystem publiceras av Dr. James Rakosi, chef för akvaponikforskningsteamet vid University of the Virgin Islands, baserat på omfattande forskning utförd av Aquaculture Program vid Agricultural Experiment Station [20] :
Som med alla vattenbruksbaserade system innehåller råvaran lågkvalitets fiskmjöl. Det nuvarande tillståndet för naturligt fiskavfall gör denna praxis ohållbar. Ekologisk fiskfoder kan visa sig vara ett alternativ till detta problem. Andra alternativ föreslår till exempel att odla andmat i ett akvaponiskt system som också kommer att matas till fiskar [21] , överskott av maskar i odlingskompost med hjälp av köksavfall [22] , det är också bra att odla lejonflugor för att mata fisk med återvunnen kompost. larver [23] .
Om de odlade växterna eller en del av dem matas till fisk, gör aquaponics det möjligt att spara på inköp av djurfoder.
Ett akvaponiskt system använder inte typisk vattendränering eller vattenutbyte i sin vanliga mening, utan använder istället återvinning av slutna utrymmen och vattenåteranvändning, vilket är mycket effektivt. Systemet är beroende av förhållandet mellan djur och växter för att upprätthålla en stabil vattenmiljö samtidigt som minimala fluktuationer i närings- och syrenivåer i miljön bibehålls. Vatten tillsätts endast för att ersätta förluster från upptag och transpiration av växter, avdunstning till luft från ytvatten , översvämning på grund av nederbörd och på grund av att biomassa avlägsnas som fast avfall från systemet. Som ett resultat använder aquaponics cirka 2 % av den mängd vatten som normalt krävs för jordbruksbevattning när man odlar liknande vegetabiliska produkter. Detta gör att aquaponics kan producera både grödor - fisk och grödor - i områden där vatten eller bördig mark är knapp. Aquaponic system kan också användas för replikering av förvaltade våtmarker . Hanterade våtmarker kan vara användbara för rening och biofiltrering av typiskt hushållsavloppsvatten [ 24] . Näringsrikt vatten kan lagras i dräneringstankar och återanvändas för att öka tillväxten av grödor som planterats i jorden, eller pumpas tillbaka till ett akvaponiskt system för att fylla på vattennivåerna.
Aquaponics kan avsevärt spara vattenresurser, särskilt i system med maximal vattenrecirkulation. Naturligtvis sparar aquaponics pengar på inköp av kväve- och fosforhaltiga gödselmedel. Detritus - fast avfall från fiskens liv - fungerar som ett utmärkt gödningsmedel .
Aquaponic-anläggningar är i varierande grad beroende av mänskligt genererad energi, tekniska lösningar och exogena kontroller för att upprätthålla recirkulation och vatten/omgivningstemperatur. Men om systemets utformning tillåter energibesparingar, användning av alternativa energikällor, och ett minskat antal pumpar som låter vattnet rinna ner så mycket som möjligt, kan detta vara mycket effektivt vad gäller energibesparingar. Även om noggrann design kan minimera riskerna, kan ett aquaponiskt system ha flera "felpunkter" där problem som elektriska fel eller rörblockering kan leda till en absolut förlust av fiskbestånd.
Inom akvaponik utförs vattencirkulationen i de erforderliga volymerna av pumpar. Skicklig beräkning av nivåerna på vilka elementen i systemet är belägna kan avsevärt minska energikostnaderna.
De modernaste akvaponiska installationerna är utrustade med elektroniska automatiserade kontroll- och varningssystem, reglering av alla vitala indikatorer.
Den karibiska ön Barbados har tagit initiativet till att börja skapa akvaponiska system hemma, med intäkter från att sälja produkter till turister, i ett försök att minska sitt växande beroende av matimport.
I Bangladesh , världens folkrikaste land , använder de flesta bönder jordbrukskemikalier för att öka livsmedelsproduktionen och hållbarheten, även om landet saknar tillsyn över kemikaliesäkerheten i livsmedel för mänsklig konsumtion [25] . I kampen mot denna fråga vid Institutionen för vattenbruk vid Bangladesh Agricultural University i Maimansingh , ledde ett team av prof. Dr. M.A. till salthalten i de södra regionerna och översvämningsbenägna områdena i haora i den östra regionen [26] [27] . Dr. Samals arbete har format en ny sorts självförsörjandejordbruk för mikroindustriella ändamål i samhället och personliga mål, medan Chowdhurys och Graffs designarbete är rent vinstorienterat, det senare av dessa två tillvägagångssätt används främst i skalfördelar. ( skalfördelar).
Mer än en tredjedel av den palestinska jordbruksmarken i Gazaremsan har förvandlats till en israelisk buffertzon där vattenbruksträdgårdsskötsel på taket är möjlig i Gaza City [28] .
Growing Power , en ideell organisation skapad för att ge ungdomar sysselsättningsmöjligheter i Milwaukee , är en möjlighet att lära sig samtidigt som man odlar mat för ditt samhälle. Detta ledde till flera liknande projekt i andra städer, som New Orleans , där den vietnamesiska fiskargemenskapen påverkades av oljeutsläppet i Mexikanska golfen , i södra Bronx , i New York 28] .
Whispering Roots [29] är en ideell organisation i Omaha , Nebraska som tillhandahåller färsk, hälsosam mat till socialt och ekonomiskt missgynnade invånare genom aquaponics, hydroponics och urban farming [30] .
Dessutom har vattenodlare runt om i världen samlats i en online-community för att dela sina erfarenheter och främja utvecklingen av denna form av trädgårdsskötsel[20] samt skapa omfattande resurser om hur man bygger ett aquaponiksystem hemma [31 ] .
På senare tid har aquaponics gått mot hemproduktionssystem. I städer som Chicago använder entreprenörer vertikala strukturer för att odla mat året runt. En kombination av aquaponics och dessa anläggningar kan användas för att odla mat året runt med minimalt avfall [32] .
|
|