Aquaponie ( latinsky aqua - voda, řecky πόνος - práce) je high-tech způsob hospodaření , který kombinuje akvakulturu (chov vodních živočichů) a hydroponii (pěstování rostlin bez půdy ).
Aquaponie je umělý ekosystém , ve kterém jsou klíčové tři typy živých organismů: vodní živočichové (obvykle ryby ), rostliny a bakterie . Tato technologie je šetrná k životnímu prostředí. Funguje na principu ekosystému ryb a rostlin: ryby poskytují rostlinám potravu a rostliny čistí vodu. Podstatou metody je využití odpadních produktů vodních živočichů (ryby, krevety ) jako živné půdy pro rostliny. Vodní živočichové vypouštějí odpadní produkty, které jsou pro ně toxické: dusíkaté, draselné , fosforečné sloučeniny, oxid uhličitý. Hromadění těchto látek ve vodě je hlavním problémem jak ve vnitřní průmyslové akvakultuře, tak v jednoduchých akváriích . Tyto stejné látky jsou naprosto nezbytné v hydroponii a přidávají se do vody k výrobě živných roztoků pro rostliny. V akvaponii se tento problém řeší sám: odpadní produkty ryb jsou využívány bakteriemi a rostlinami.
Aquaponie má prastaré kořeny, i když existuje několik variant jejího původu:
Pojem „akvaponie“ se objevil nedávno, nicméně zjevné výhody společného pěstování rostlin a ryb se lidé naučili využívat již od starověku.
Rychlý rozvoj akvakultury a zejména hydroponie ve 20. století vedl k vědeckému pochopení akvaponie.
Plovoucí akvaponické systémy v multikulturních rybnících byly v posledních letech instalovány v Číně pro velkoplošné pěstování rýže , pšenice , cannas a dalších plodin [10] , přičemž tato zařízení na ploše přesahují 2,5 akrů (10 000 m 2 ) [11] .
Rozvoj moderní akvaponie byl přisuzován celé řadě prací New Alchemy Institute ] a Dr. Inspirovány úspěchem New Alchemy Institute a technikami pístové akvaponie vyvinutými Dr. Markem McMurtrym et al., další instituty brzy následovaly jejich příklad. Od roku 1997 Dr. James Rakosi a jeho kolegové na Univerzitě Panenských ostrovů zkoumali a vyvíjeli použití hlubinných kultur v hydroponických pěstebních lůžkách v rozsáhlém systému akvaponie [9] .
Prvním výzkumem akvaponie v Kanadě byl malý systém přidaný k existující akvakultuře na výzkumné stanici v Lethbridge v Albertě . V průběhu 90. let zaznamenali nárůst akvaponických instalací, převážně ve formě zařízení generujících příjmy zvyšujících výnosy vysoce hodnotných plodin, jako jsou pstruzi a salát . Zařízení je založeno na hlubinném systému vyvinutém na Univerzitě Panenských ostrovů a postaveném ve skleníku v Brooks , Alberta, kde Dr. Nick Savidov a kolegové zkoumali akvaponii na pozadí zemědělských věd. Tým získal údaje o rychlém růstu kořenů v akvaponických systémech a uzavření odpadního cyklu; zjistili, že díky určitým výhodám systému ve srovnání s tradiční akvakulturou může systém dobře fungovat při nízké úrovni pH , což je příznivé pro rostliny, ale ne pro ryby.
Aquaponické systémy nejsou z hlediska výkonu horší než hydroponie ani akvakultura. Kanadský výzkumník Nick Savidov navrhl, že speciální mikrobiologické prostředí vytvořené v akvaponických systémech umožňuje vyšší výnosy než v tradiční hydroponii [13] . Nejúčinnější v akvaponii je pěstování zeleně , sazenic okrasných rostlin , z ryb se častěji pěstují tilapie , sumci a kapři .
Hlavním problémem akvaponie je přesná rovnováha různých, ale vzájemně závislých vlastností vody – životního prostředí pro zvířata, rostliny a bakterie. Teplota vody je dána především potřebami rostlin. Rostliny pěstované v akvaponii vyžadují teplou vodu, proto se v akvaponii používají teplomilní živočichové. Náklady na udržování požadované teploty a osvětlení jsou vážným omezením pro rozvoj akvaponie i v mírném klimatu (hydroponie a akvakultura se potýkají se stejnými obtížemi).
Akvaponie se skládá ze dvou hlavních částí: akvakultura - pro pěstování vodních živočichů, a hydroponie - pro pěstování rostlin [14] [15] .
Odpadní voda z nedojedeného krmiva nebo chovaných zvířat, jako jsou ryby, se hromadí ve vodě kvůli uzavřené cirkulaci ve většině systémů akvakultury. Voda bohatá na odpadní vody se ve vysokých koncentracích stává toxickou pro vodní živočichy, ale zároveň obsahuje živiny nezbytné pro růst rostlin [14] . Přestože se akvaponie skládá převážně z těchto dvou částí, akvaponické systémy jsou obvykle seskupeny do více složek či subsystémů odpovědných za účinné odstraňování odpadu, přidávání zásady k neutralizaci kyselin nebo obohacování vody o kyslík [14] . Mezi typické součásti patří:
V závislosti na složitosti a ceně akvaponického systému lze odpadové nádoby, biofiltry a/nebo hydroponické subsystémy sloučit do jedné sekce nebo subsystému [14] , který nedovolí vodě proudit z akvakulturní části systému do hydroponické části. Aquaponie umožňuje výrazně snížit a v některých případech až na nulu vypouštění odpadních vod.
Rostliny se pěstují v hydroponických systémech, kde jsou jejich kořeny ponořeny do odpadní vody bohaté na živiny. To jim umožňuje odfiltrovat amoniak, který je toxický pro vodní živočichy, nebo jeho metabolity. Poté, co voda projde hydroponickým subsystémem, je vyčištěna a okysličena a může být vrácena do akvakulturních nádrží. Tento cyklus je nepřetržitý. Obecné požadavky na hydroponické systémy v akvaponii zahrnují:
Každá metoda má své výhody [16] .
Většina zelené listové zeleniny roste dobře v hydroponických systémech, jako je bok choy , hlávkový salát , bazalka , šípky , rajčata , okra , cantaloupe (meloun) a paprika [15] . Mezi další druhy zeleniny, které dobře rostou v akvaponickém systému, patří fazole , hrách , kedlubna , řeřicha , taro , ředkvičky , jahody , dýně , cibule , tuřín , pastinák , sladké brambory a zelenina . Vzhledem k tomu, že rostliny v různých fázích růstu vyžadují různé množství minerálů a živin, úroda se sklízí v šachovnicovém vzoru: zatímco některé části jsou zasety, na jiných již rostliny dozrávají. Tím je zajištěn stabilní obsah živin ve vodě díky neustálému symbiotickému čištění vody od toxinů [17] .
Sladkovodní ryby jsou jedním z nejběžnějších vodních živočichů chovaných akvaponicky, i když příležitostně se používají i sladkovodní raci a krevety [18] . V praxi bylo zjištěno, že tilapie je nejoblíbenější pro domácí a komerční projekty zaměřené na jedlé ryby, ačkoli se používají také barramundi , stříbrný okoun , obyčejný sladkovodní úhoř, nefritový okoun a treska Murray 15] . Pro mírné podnebí, kde není možné nebo žádoucí udržovat teplotu vody, jsou pro domácí akvaponické systémy nejvhodnějšími druhy ryb modrásek a sumec . Koi a zlaté rybky lze také použít v akvaponických systémech, pokud ryby v systému nesmí být jedlé.
Specifickým omezením rozvoje akvaponie je potřeba spojit stejně vysoké schopnosti jak v hydroponii, tak v chovu ryb.
Dýchání, správná výživa ryb a denitrifikace vyžadují dostatečné množství kyslíku rozpuštěného ve vodě. Potřebná hladina kyslíku se udržuje provzdušňováním nebo okysličováním. CO 2 jako produkt dýchání musí být ze systému účinně odstraněn.
Amoniak je hlavním produktem mikrobiologického rozkladu rybího odpadu, který uvolňují do vody. V přítomnosti kyslíku rozpuštěného ve vodě oxidují aerobní bakterie amoniak a jeho plynné deriváty aminů za vzniku dusitanů a dusičnanů. To snižuje toxicitu vody pro ryby a umožňuje rostlinám odstraňovat výsledné dusičnanové sloučeniny a využívat je pro vlastní výživu. Nitrifikace , aerobní přeměna amoniaku na dusičnany , je jednou z nejdůležitějších funkcí v akvaponickém systému [14] .
Podobný proces je analogický s bioremediací . Kolonie specifických bakterií v akvakultuře s uzavřenou smyčkou obývají hlavně substrát biofiltru , zatímco v akvaponii obývají také kořenový systém a rostlinný substrát . Bakterie tedy čistí vodu od látek toxických pro ryby a rostliny spotřebovávají dusičnany , dusík , fosfor , oxid uhličitý rozpuštěné ve vodě a do určité míry obohacují vodu kyslíkem, který se může vrátit rybám.
Herbicidy a pesticidy se v akvaponii nepoužívají , protože jsou škodlivé pro bakterie a zvířata. Ze stejného důvodu je nutný pečlivý přístup k výběru a dávkování rostlinných doplňků výživy.
Amoniak se neustále uvolňuje do vody přes žábry a výkaly ryb jako vedlejší produkt jejich metabolismu a musí být z vody odfiltrován, protože vysoké koncentrace amoniaku (obvykle mezi 0,5 a 1 ppm) mohou ryby zabít. Ačkoli rostliny mohou absorbovat čpavek z vody, do určité míry jsou dusičnany absorbovány snadněji [15] , čímž se účinně snižuje toxicita vody pro ryby [14] . Amoniak může být přeměněn na jiné dusíkaté sloučeniny prostřednictvím následujících zdravých populací:
V akvaponickém systému tvoří bakterie odpovědné za tento proces biofilm na všech pevných površích systému, které jsou v neustálém kontaktu s vodou. Ponořené kořeny zeleniny mají velkou plochu, kde se může hromadit mnoho bakterií. Spolu s koncentrací čpavku a dusitanů ve vodě určuje povrchová plocha rychlost, kterou probíhá nitrifikace. Péče o kolonie těchto bakterií je důležitá pro regulaci úplného vstřebávání amoniaku a dusitanů. To je důvod, proč většina akvaponických systémů obsahuje sekci biofiltru, která pomáhá usnadnit růst těchto mikroorganismů . Typicky poté, co systém stabilizuje hladinu amoniaku v rozmezí 0,25 až 2,0 ppm, se dusitany stabilizují v rozmezí 0,25 až 1 ppm a obsah dusičnanů v rozmezí 2 až 150 ppm. Amoniak (až 6,0 ppm) a dusitany (až 15 ppm) mohou zaznamenat špičky během spouštění systému, zatímco dusičnany dosahují maxima později než ve fázi spouštění. Vzhledem k tomu, že proces nitrifikace vodu okysličuje, lze k neutralizaci pH vody přidat zásady bez sodíku, jako je hydroxid draselný nebo hydroxid vápenatý [14] , pokud není přítomno dostatečné přirozené množství pro tlumení oxidace. Kromě toho mohou být přidány vybrané minerály nebo živiny, jako je železo, které doplňují rybí odpad a slouží jako hlavní zdroj rostlinných živin [14] .
Dobrým způsobem, jak bojovat proti nahromadění pevných látek v akvaponii, je použití červů, které zkapalňují organické pevné látky, aby je mohly využívat rostliny a/nebo jiná zvířata v systému (viz Vermiponie .
Pět hlavních spotřebních materiálů systému jsou voda, kyslík, světlo, krmivo pro vodní živočichy a elektřina pro čerpání, filtrování a okysličování vody. Do systému lze přidat vejce nebo potěr, aby se nahradily pěstované ryby, které jsou zase odstraněny, aby byl systém stabilní. Typické proporce: 0,5 až 1 čtvereční stopa chovného prostoru na každý 1 americký galon (3,8 l) vody z akvakultury v systému. 1 americký galon (3,8 l) vody dokáže unést 0,5 lb (0,23 kg) a 1 lb (0,45 kg) rybí populace v závislosti na provzdušňování a filtraci [19] . Deset základních pokynů pro vybudování úspěšného akvaponického systému je publikováno Dr. Jamesem Rakosim, ředitelem týmu akvaponického výzkumu na Univerzitě Panenských ostrovů, na základě rozsáhlého výzkumu prováděného Programem akvakultury na Agricultural Experiment Station [20] :
Stejně jako u všech systémů založených na akvakultuře obsahuje krmivo rybí moučku nízké kvality. Současný stav přirozeného rybího odpadu činí tuto praxi neudržitelnou. Organické krmivo pro ryby se může ukázat jako alternativa k tomuto problému. Další možnosti naznačují například pěstování okřehku v akvaponickém systému, kterým budou zkrmovány i ryby [21] , přebyteční červi ve vermikultačním kompostu s využitím kuchyňského odpadu [22] , dobré je také pěstovat Lampiony na krmení ryb recyklovaným kompostem. larvy [23] .
Pokud se pěstovanými rostlinami nebo jejich částí krmí ryby, akvaponie umožňuje ušetřit za nákup krmiva.
Akvaponický systém nepoužívá typický odvod vody nebo výměnu vody ve svém obvyklém smyslu, místo toho využívá recyklaci v uzavřeném prostoru a opětovné využití vody, což je velmi efektivní. Systém závisí na vztahu mezi živočichy a rostlinami, aby udržoval stabilní vodní prostředí při zachování minimálních kolísání hladiny živin a kyslíku v prostředí. Voda se přidává pouze proto, aby nahradila ztráty při příjmu a transpiraci rostlinami, odpařování do vzduchu z povrchové vody , přetečení v důsledku srážek a kvůli odstraňování biomasy jako pevného odpadu ze systému. Výsledkem je, že akvaponie při pěstování podobných rostlinných produktů spotřebuje přibližně 2 % množství vody běžně potřebné pro zemědělské zavlažování. To umožňuje akvaponii produkovat jak plodiny – ryby, tak plodiny – v oblastech, kde je nedostatek vody nebo úrodné půdy. Akvaponické systémy mohou být také použity pro replikaci spravovanými mokřady . Manažované mokřady mohou být užitečné pro čištění a biofiltraci typických domácích odpadních vod [24] . Voda bohatá na živiny může být skladována v drenážních nádržích a znovu použita k podpoře růstu plodin vysazených v půdě nebo čerpána zpět do akvaponického systému k doplnění vodní hladiny.
Akvaponie dokáže výrazně šetřit vodní zdroje, zejména v systémech s maximální recirkulací vody. Akvaponie přirozeně šetří peníze za nákup hnojiv obsahujících dusík a fosfor. Detritus - pevný odpad ze života ryb - slouží jako vynikající hnojivo .
Zařízení pro akvaponii závisí v různé míře na lidsky generované energii, technologických řešeních a exogenních kontrolách pro udržení recirkulace a teploty vody/okolí. Pokud však konstrukce systému počítá s úsporami energie, využíváním alternativních zdrojů energie a se sníženým počtem čerpadel, která umožňují stékání vody co nejvíce dolů, může to být z hlediska úspory energie velmi efektivní. Zatímco pečlivý návrh může minimalizovat rizika, akvaponický systém může mít více "bodů selhání", kde problémy, jako je elektrické selhání nebo ucpání potrubí, mohou vést k absolutní ztrátě rybích populací.
V akvaponii je cirkulace vody v požadovaných objemech prováděna čerpadly. Zručný výpočet úrovní, na kterých se prvky systému nacházejí, může výrazně snížit náklady na energii.
Nejmodernější akvaponické instalace jsou vybaveny elektronickými automatizovanými kontrolními a varovnými systémy, regulací všech životně důležitých ukazatelů.
Karibský ostrov Barbados se chopil iniciativy a začal doma vytvářet akvaponické systémy, s výtěžkem z prodeje produktů turistům, ve snaze snížit svou rostoucí závislost na dovozu potravin.
V Bangladéši , nejlidnatější zemi světa , většina farmářů používá agrochemikálie ke zvýšení produkce potravin a skladovatelnosti, ačkoliv země postrádá dohled nad bezpečností chemikálií v potravinách pro lidskou spotřebu [25] . V boji proti tomuto problému na katedře akvakultury na Bangladéšské zemědělské univerzitě Maimansinghu tým vedený prof. Dr. [26] [27] . Práce Dr. Samala vytvořila nový druh samozásobitelského zemědělství pro mikroprůmyslové účely ve společnosti a osobní cíle, zatímco návrhářské práce Chowdhuryho a Graffa jsou orientovány čistě na zisk, přičemž druhý z těchto dvou přístupů se používá převážně v úsporách z rozsahu. ( úspory z rozsahu).
Více než třetina palestinské zemědělské půdy v pásmu Gazy byla přeměněna na izraelskou nárazníkovou zónu, kde je možné střešní akvaponické zahradničení ve městě Gaza [28] .
Growing Power , nezisková organizace vytvořená za účelem poskytování pracovních příležitostí pro mladé v Milwaukee , je příležitostí učit se a zároveň pěstovat jídlo pro vaši komunitu. Toto zplodilo několik podobných projektů v jiných městech, takový jako New Orleans , kde vietnamská rybářská komunita byla zasažena únikem ropy v Mexickém zálivu , v jižním Bronxu , v New Yorku [28] .
Whispering Roots [29] je nezisková organizace v Omaze v Nebrasce , která poskytuje čerstvé, zdravé jídlo sociálně a ekonomicky znevýhodněným obyvatelům prostřednictvím akvaponie, hydroponie a městského zemědělství [30] .
Kromě toho se pěstitelé akvaponiky z celého světa spojili v online komunitě, aby sdíleli své zkušenosti a podporovali rozvoj této formy zahradničení[20] a také vytváření rozsáhlých zdrojů o tom, jak si doma vybudovat akvaponický systém [31 ] .
V poslední době akvaponie směřuje k systémům domácí výroby. Ve městech, jako je Chicago , využívají podnikatelé vertikální struktury k pěstování potravin po celý rok. Kombinací akvaponie a těchto zařízení lze pěstovat potraviny po celý rok s minimálním odpadem [32] .
|
|