Akvaponik ( latin aqua - vand, græsk πόνος - arbejde) er en højteknologisk måde at drive landbrug på , der kombinerer akvakultur (opdræt af vanddyr) og hydroponik (dyrkning af planter uden jord ).
Aquaponics er et kunstigt økosystem , hvor tre typer af levende organismer er nøglen: vanddyr (normalt fisk ), planter og bakterier . Denne teknologi er miljøvenlig. Det fungerer efter princippet om et økosystem af fisk og planter: fisk giver mad til planter, og planter renser vand. Essensen af metoden er brugen af affaldsprodukter fra vanddyr (fisk, rejer ) som et næringsmedium for planter. Vanddyr udsender affaldsprodukter, der er giftige for dem selv: nitrogenholdig, kalium , fosforforbindelser, kuldioxid . Ophobningen af disse stoffer i vandet er et stort problem i både indendørs industriel akvakultur og det simple akvarium . De samme stoffer er absolut essentielle i hydroponics og tilsættes vand for at lave næringsopløsninger til planter. I akvaponik løses dette problem af sig selv: affaldsprodukter fra fisk udnyttes af bakterier og planter.
Aquaponics har gamle rødder, selvom der er flere varianter af dens oprindelse:
Udtrykket "akvaponik" dukkede op for ikke så længe siden, men folk har lært at bruge de åbenlyse fordele ved samdyrkning af planter og fisk siden oldtiden.
Den hurtige udvikling af akvakultur og især hydroponics i det 20. århundrede førte til den videnskabelige forståelse af akvaponics.
Flydende akvaponiksystemer i multikulturelle fiskedamme er blevet installeret i de senere år i Kina til storskala dyrkning af ris , hvede , cannas og andre afgrøder [10] , disse faciliteter overstiger 2,5 acres (10.000 m 2 ) i areal [11] .
Udviklingen af moderne akvaponik er blevet tilskrevet en række arbejde af New Alchemy Institute og Dr. Mark McMurtry et al. ved North Carolina State University [12] . Inspireret af succesen med New Alchemy Institute og piston aquaponics-teknikker udviklet af Dr. Mark McMurtry et al., fulgte andre institutter hurtigt efter. Siden 1997 har Dr. James Rakosi og kolleger ved University of the Virgin Islands forsket i og udviklet brugen af dybvandskulturer i hydroponiske vækstbede i et storstilet akvaponiksystem [9] .
Den første akvaponikforskning i Canada var et lille system tilføjet til eksisterende akvakultur på en forskningsstation i Lethbridge , Alberta . De så væksten af aquaponics-installationer gennem 90'erne, overvejende i form af indtægtsgenererende faciliteter, der øgede udbyttet af højværdiafgrøder som ørred og salat . Anlægget er baseret på et dybvandssystem udviklet ved University of the Virgin Islands og bygget i et drivhus i Brooks , Alberta, hvor Dr. Nick Savidov og kolleger udforskede akvaponik på baggrund af landbrugsvidenskab. Holdet modtog data om hurtig rodvækst i akvaponiske systemer og lukning af affaldskredsløbet; fundet, at systemet på grund af visse fordele i systemet, sammenlignet med traditionel akvakultur, godt kan fungere ved et lavt pH -niveau , hvilket er gunstigt for planter, men ikke for fisk.
Akvaponiske systemer er ikke ringere i ydeevne til hverken hydroponics eller akvakultur. Den canadiske forsker Nick Savidov foreslog, at det specielle mikrobiologiske miljø, der dannes i akvaponiske systemer, tillader højere udbytter end i traditionel hydroponi [13] . Den mest effektive i akvaponik er dyrkning af grønt , frøplanter af prydplanter , og fra fisk dyrkes tilapia , havkat og karper oftere .
Hovedproblemet i akvaponik er den nøjagtige balance mellem forskellige, men indbyrdes afhængige egenskaber ved vand - livsmiljøet for dyr, planter og bakterier. Vandtemperaturen bestemmes primært af planternes behov. Planter dyrket i akvaponik kræver varmt vand, så termofile dyr bruges i akvaponik. Omkostningerne ved at opretholde den nødvendige temperatur og belysning er en alvorlig begrænsning for udviklingen af akvaponics, selv i et tempereret klima (hydroponics og akvakultur møder de samme vanskeligheder).
Aquaponics består af to hoveddele: akvakultur - til dyrkning af vanddyr, og hydroponics - til dyrkning af planter [14] [15] .
Spildevand fra underspist foder eller opdrættede dyr som fisk ophobes i vandet på grund af lukket cirkulation i de fleste akvakultursystemer. Spildevandsrigt vand bliver giftigt for vanddyr i høje koncentrationer, men indeholder samtidig næringsstoffer, der er nødvendige for plantevækst [14] . Selvom akvaponik hovedsageligt består af disse to dele, er akvaponiske systemer normalt grupperet i flere komponenter eller undersystemer, der er ansvarlige for effektiv fjernelse af affald, tilsætning af en base for at neutralisere syrer eller for at berige vandet med ilt [14] . Typiske komponenter omfatter:
Afhængigt af kompleksiteten og omkostningerne ved det akvaponiske system, kan affaldsbeholdere, biofiltre og/eller hydroponiske delsystemer kombineres i én sektion eller delsystem [14] , der ikke tillader vand at strømme fra akvakulturdelen af systemet til den hydroponiske del. Aquaponics gør det muligt markant at reducere, og i nogle tilfælde reducere til nul, spildevandsudledning.
Planter dyrkes i hydroponiske systemer, hvor deres rødder er nedsænket i næringsrigt spildevand. Dette giver dem mulighed for at filtrere ammoniak fra, som er giftigt for vanddyr, eller dets metabolitter. Efter at vandet er passeret gennem det hydroponiske delsystem, renses og iltes det og kan returneres til akvakulturtankene. Denne cyklus er kontinuerlig. Generelle krav til hydroponiske systemer i akvaponik omfatter:
Каждый способ имеет свои преимущества [16] .
De fleste grønne bladgrøntsager vokser godt i hydroponiske systemer, såsom bok choy , salat , basilikum , hyben , tomater , okra , cantaloupe (melon) og peberfrugter [15] . Andre typer grøntsager, der vokser godt i et akvaponisk system, omfatter bønner , ærter , kålrabi , brøndkarse , taro , radise , jordbær , græskar , løg , majroer , pastinak , søde kartofler og grøntsager . Da planter i forskellige vækststadier kræver forskellige mængder af mineraler og næringsstoffer, høstes afgrøden i et skakternet mønster: Mens nogle dele er sået, modnes planterne allerede på andre. Dette sikrer et stabilt indhold af næringsstoffer i vandet på grund af den konstante symbiotiske rensning af vand fra giftstoffer [17] .
Ferskvandsfisk er et af de mest almindelige vanddyr, der opdrættes akvaponisk, selvom ferskvandskrebs og rejer også lejlighedsvis bruges [18] . I praksis har tilapia vist sig at være den mest populære til hjemme- og kommercielle spisefiskprojekter, selvom barramundi , sølvbas , almindelig ferskvandsål, jadebas og Murray-torsk også bruges 15] . Til tempererede klimaer, hvor det ikke er muligt eller ønskeligt at opretholde vandtemperaturen, er blågælle og havkat de bedst egnede fiskearter til hjemmeakvaponiske systemer. Koi og guldfisk kan også bruges i akvaponiske systemer, hvis fiskene i systemet ikke må være spiselige.
En specifik begrænsning for udviklingen af aquaponics er behovet for at kombinere lige høj kompetence inden for både hydroponics og fiskeopdræt.
Respiration, korrekt ernæring af fisk og denitrifikation kræver en tilstrækkelig mængde ilt opløst i vand. Det nødvendige niveau af ilt opretholdes ved beluftning eller iltning. CO 2 som et produkt af respiration skal effektivt fjernes fra systemet.
Ammoniak er hovedproduktet af den mikrobiologiske nedbrydning af fiskeaffald, som de slipper ud i vandet. I nærvær af oxygen opløst i vand oxiderer aerobe bakterier ammoniak og dets gasformige aminderivater til dannelse af nitritter og nitrater. Dette reducerer vandets toksicitet over for fisk og gør det muligt for planterne at fjerne de resulterende nitratforbindelser ved at bruge dem til deres egen ernæring. Nitrifikation , den aerobe omdannelse af ammoniak til nitrat , er en af de vigtigste funktioner i et akvaponisk system [14] .
En lignende proces er analog med bioremediering . Kolonier af specifikke bakterier i akvakultur med lukket kredsløb bebor hovedsageligt biofiltersubstratet , mens de i akvaponik også bebor rodsystemet og plantesubstratet . Så bakterier renser vand fra stoffer, der er giftige for fisk, og planter indtager nitrater , nitrogen , fosfor , kuldioxid opløst i vand og beriger til en vis grad vandet med ilt, som kan returneres til fiskene.
Herbicider og pesticider bruges ikke i aquaponics , da de er skadelige for bakterier og dyr. Af samme grund er en omhyggelig tilgang til udvælgelsen og doseringen af plantenæringstilskud påkrævet.
Ammoniak frigives støt til vandet gennem fiskens gæller og afføring som et biprodukt af deres stofskifte og skal filtreres ud af vandet, da høje koncentrationer af ammoniak (normalt mellem 0,5 og 1 ppm) kan dræbe fisk. Selvom planter kan absorbere ammoniak fra vandet, absorberes nitrater til en vis grad lettere [15] og reducerer dermed vandtoksiciteten for fisk [14] . Ammoniak kan omdannes til andre nitrogenholdige forbindelser gennem følgende sunde populationer:
I et akvaponisk system danner de bakterier, der er ansvarlige for denne proces, en biofilm på alle faste overflader af systemet, som er i konstant kontakt med vandet. Nedsænkede vegetabilske rødder har et stort overfladeareal, hvor mange bakterier kan samle sig. Sammen med koncentrationen af ammoniak og nitrit i vand bestemmer overfladearealet den hastighed, hvormed nitrifikation sker. Pleje af kolonierne af disse bakterier er vigtig for reguleringen af den fuldstændige absorption af ammoniak og nitrit. Det er derfor, de fleste akvaponiske systemer indeholder en biofiltersektion for at hjælpe med at lette væksten af disse mikroorganismer . Efter at systemet har stabiliseret ammoniakniveauet i området fra 0,25 til 2,0 ppm, stabiliseres nitrittet typisk i området fra 0,25 til 1 ppm og nitratindholdet i området fra 2 til 150 ppm. Ammoniak (op til 6,0 ppm) og nitrit (op til 15 ppm) kan opleve spidser under opstart af systemet, mens nitrat topper senere end opstartsfasen. Da nitrifikationsprocessen oxiderer vandet, kan natriumfrie baser tilsættes for at neutralisere vandets pH, såsom kaliumhydroxid eller calciumhydroxid [14], hvis der ikke er nok naturlig mængde til stede til at buffere oxidationen. Derudover kan udvalgte mineraler eller næringsstoffer såsom jern tilsættes for at supplere fiskeaffald og tjene som en vigtig kilde til plantenæringsstoffer [14] .
En god måde at bekæmpe faststofopbygning i aquaponics er at bruge orme, der gør organiske faste stoffer flydende, så de kan bruges af planter og/eller andre dyr i systemet (se Vermiponics .
De fem vigtigste forbrugsstoffer i systemet er vand, ilt, lys, foder til vanddyr og elektricitet til pumpning, filtrering og iltning af vandet. Æg eller yngel kan tilføjes til systemet for at erstatte opvokset fisk, som igen fjernes for at holde systemet stabilt. Typiske proportioner: 0,5 til 1 kvadratfod opdrætsplads for hver 1 US gallon (3,8 L) akvakulturvand i systemet. 1 US gallon (3,8 L) vand kan understøtte 0,5 lb (0,23 kg) og 1 lb (0,45 kg) fiskebestand afhængigt af beluftning og filtrering [19] . De ti grundlæggende retningslinjer for opbygning af et vellykket akvaponisk system er udgivet af Dr. James Rakosi, direktør for akvaponisk forskningsteam ved University of the Virgin Islands, baseret på omfattende forskning udført af akvakulturprogrammet på Agricultural Experiment Station [20] :
Som med alle akvakulturbaserede systemer indeholder råmateriale lavkvalitets fiskemel. Den nuværende tilstand af naturligt fiskeaffald gør denne praksis uholdbar. Økologisk fiskefoder kan vise sig at være et alternativ til dette problem. Andre muligheder foreslår for eksempel at dyrke andemad i et akvaponisk system, der også vil blive fodret til fisk [21] , overskydende orme i vermikulturkompost ved hjælp af køkkenaffald [22] , det er også godt at dyrke Løvefluer til at fodre fisk med genbrugskompost. larver [23] .
Hvis de dyrkede planter eller en del af dem fodres til fisk, gør aquaponics det muligt at spare på indkøb af dyrefoder.
Et akvaponisk system bruger ikke typisk vanddræning eller vandudskiftning i sin sædvanlige forstand, i stedet for genbrug af lukkede rum og genbrug af vand, hvilket er meget effektivt. Systemet afhænger af forholdet mellem dyr og planter for at opretholde et stabilt vandmiljø og samtidig opretholde minimale udsving i næringsstof- og iltniveauer i miljøet. Vand tilsættes kun for at erstatte tab fra planters optagelse og transpiration , fordampning til luft fra overfladevand , overløb på grund af nedbør og på grund af fjernelse af biomasse som fast affald fra systemet. Som et resultat bruger aquaponics cirka 2% af den mængde vand, der normalt kræves til landbrugsvanding, når der dyrkes lignende vegetabilske produkter. Dette gør det muligt for aquaponics at producere både afgrøder - fisk og afgrøder - i områder, hvor der er knaphed på vand eller frugtbar jord. Aquaponiske systemer kan også bruges til replikation af forvaltede vådområder . Administrerede vådområder kan være nyttige til behandling og biofiltrering af typisk husspildevand [ 24] . Næringsrigt vand kan opbevares i dræntanke og genbruges til at øge væksten af afgrøder plantet i jorden, eller pumpes tilbage i et akvaponisk system for at genopbygge vandstanden.
Aquaponics kan spare vandressourcer betydeligt, især i systemer med maksimal vandrecirkulation. Naturligvis sparer aquaponics penge på indkøb af kvælstof- og fosforholdig gødning. Detritus - fast affald fra fiskens liv - tjener som en fremragende gødning .
Aquaponic faciliteter afhænger i varierende grad af menneskeskabt energi, teknologiske løsninger og eksogene kontroller for at opretholde recirkulation og vand/omgivelsestemperatur. Men hvis designet af systemet giver mulighed for energibesparelser, brug af alternative energikilder og et reduceret antal pumper, der tillader vandet at strømme ned så meget som muligt, kan dette være meget effektivt i forhold til energibesparelser. Mens omhyggeligt design kan minimere risici, kan et akvaponisk system have flere "fejlpunkter", hvor problemer såsom elektrisk fejl eller rørblokering kan føre til et absolut tab af fiskebestande.
I aquaponics udføres vandcirkulation i de nødvendige volumener af pumper. Dygtig beregning af de niveauer, som elementerne i systemet er placeret på, kan reducere energiomkostningerne betydeligt.
De mest moderne akvaponiske installationer er udstyret med elektroniske automatiserede kontrol- og advarselssystemer, regulering af alle vitale indikatorer.
Den caribiske ø Barbados har taget initiativ til at begynde at skabe akvaponiske systemer derhjemme, med indtægter fra salg af produkter til turister, i et forsøg på at reducere dens voksende afhængighed af fødevareimport.
I Bangladesh , verdens mest folkerige land , bruger de fleste landmænd agrokemikalier til at øge fødevareproduktionen og holdbarheden, selvom landet mangler tilsyn med sikkerheden af kemikalier i fødevarer til konsum [25] . I bekæmpelsen af dette problem ved Department of Aquaculture ved Bangladesh Agricultural University [ i Maimansingh , et hold ledet af prof. Dr. [26] [27] . Dr. Samals arbejde har formet en ny form for subsistenslandbrug til mikroindustrielle formål i samfundet og personlige mål, mens Chowdhury og Graffs designarbejde er rent profitorienteret, hvor sidstnævnte af disse to tilgange overvejende anvendes i stordriftsfordele. ( stordriftsfordele).
Mere end en tredjedel af det palæstinensiske landbrugsareal i Gaza-striben er blevet omdannet til en israelsk bufferzone, hvor det er muligt at dyrke akvaponisk havearbejde på taget i Gaza By [28] .
Growing Power , en non-profit organisation oprettet for at give unge beskæftigelsesmuligheder i Milwaukee , er en mulighed for at lære, mens du dyrker mad til dit lokalsamfund. Dette affødte flere lignende projekter i andre byer, såsom New Orleans , hvor det vietnamesiske fiskersamfund blev ramt af olieudslippet i den Mexicanske Golf , i South Bronx , i New York [28] .
Whispering Roots [29] er en non-profit organisation i Omaha , Nebraska , der leverer frisk, sund mad til socialt og økonomisk dårligt stillede beboere gennem aquaponics, hydroponics og urban farming [30] .
Derudover er akvaponiske avlere over hele verden gået sammen i et online-fællesskab for at dele deres erfaringer og fremme udviklingen af denne form for havearbejde[20] samt skabelsen af omfattende ressourcer til, hvordan man bygger et akvaponisk system derhjemme [31 ] .
For nylig har aquaponics bevæget sig mod hjemmeproduktionssystemer. I byer som Chicago bruger iværksættere lodrette strukturer til at dyrke mad hele året rundt. En kombination af aquaponics og disse faciliteter kan bruges til at dyrke mad hele året rundt med minimalt spild [32] .
|
|