Aquaponik (Aquaponics)

Akuaponik, balık, kerevit, salyangoz veya karides gibi suda yaşayan organizmaların kontrollü ortamlarda yetiştirilmesini içeren su ürünleri yetiştiriciliğini, suda bitki yetiştirmeyi gerektiren hidroponik ile bütünleştiren bir gıda üretim metodolojisini temsil eder. Bu simbiyotik sistemde, su ürünleri yetiştiriciliği bileşeninden gelen besin açısından yoğun su, hidroponik olarak yetiştirilen bitkilere sağlanır.

Hidroponik sistemlerde bitkiler, kök yapıları besin açısından zengin atık suya batırılarak yetiştirilir. Bu düzenleme, bitkilerin sudaki yaşama zararlı olan amonyak veya onun metabolik yan ürünlerini emmesini ve filtrelemesini kolaylaştırır. Su, hidroponik alt sistemden geçtikten sonra, su ürünleri tanklarına yeniden sirküle edilmeden önce arıtılır ve oksijenlenir.

Akuaponik sistemler, geleneksel su ürünleri yetiştiriciliği veya hidroponik uygulamalarda gözlemlenen aralığı yansıtacak şekilde, ölçekleri, karmaşıklıkları ve yetiştirilen gıda ürünlerinin çeşitliliği açısından önemli farklılıklar sergiler. Aquaponics'te yaygın olarak yetiştirilen balık türleri arasında tilapia, koi, Japon balığı, sazan, yayın balığı, barramundi ve çeşitli süs balıkları bulunur. Birincil bitki bitkileri marul, pak choi, lahana, fesleğen, nane, su teresi, domates, biber, salatalık, fasulye, bezelye, kabak, brokoli, karnabahar ve lahanayı kapsar.

Akuaponiklerin temel bileşenleri balık, bitkiler ve mikroorganizmalardır; ikincisi balık atıklarını biyolojik olarak kullanılabilir bitki besin maddelerine dönüştürerek çok önemli bir aracı işlev görür. Çağdaş akuaponik tasarımlar ağırlıklı olarak üç ana türe ayrılır: derin su kültürü ("sal" sistemleri olarak da bilinir), besin filmi teknolojisi ve ortam bazlı yatak veya ileri geri hareket eden sistemler.

Sistem Sınıflandırmaları

Akuaponik sistemler genel olarak üç ana konfigürasyona ayrılır: ortam bazlı yataklar, yüzen sal sistemleri ve besin filmi tekniği. Medya bazlı sistemin, diğer iki tasarıma kıyasla mikrobiyal aktiviteyi artıran üstün hacim-yüzey alanı oranı nedeniyle nitrojen kullanımında genellikle daha etkili olduğu düşünülüyor.

Derin Su Kültürü

Derin su kültür sistemi, içine bitki içeren ağ kapların yerleştirildiği delikli yüzen salların bulunduğu büyük oluklarla karakterize edilir. Bu bitki saksıları genellikle köklere yapısal destek sağlayan taşyünü, hindistan cevizi lifi veya pomza gibi inert ortamlarla doldurulur. Kökler sürekli olarak su rezervuarının altında kalır.

Besleyici Film Tekniği

Besleyici film tekniğinde, bitki köklerinin kısmen sığ, sürekli akan bir su akışına batırıldığı, genellikle delikli kare borulardan inşa edilen dar kanallar kullanılır.

Medya Tabanlı Büyütme Yatağı

Ortam bazlı bir yetiştirme yatağı, bitki köklerini destekleyen ve faydalı mikroorganizmaların çoğalmasını teşvik eden, inert bir substratla doldurulmuş bir oluğa sahip hidroponik sistem tasarımından oluşur. Su dağıtımı genellikle bir gel-git döngüsü yoluyla gerçekleşir ve bitkilere hem besin hem de oksijen sağlanmasını sağlar.

Bitkiyi destekleyen bir ortam olarak çakıl veya kumun kullanılması, katı atıkların yakalanmasını kolaylaştırır ve sabit film nitrifikasyonu için geniş yüzey alanı sağlar. Biyofiltrasyonu hidrofonik sistemlerle entegre etme konusundaki bu doğal kapasite, sıklıkla akuaponik sistemlerde maliyetli, bağımsız bir biyofiltre ihtiyacını ortadan kaldırır.

Medya bazlı sistemler, öncelikle derin su salı veya besin filmi tekniği sistemleriyle karşılaştırıldığında mikrobiyal kolonizasyon için üstün bir hacim-yüzey alanı oranı sundukları için nitrojen kullanımında genellikle daha verimli kabul edilir.

Tarihsel Bağlam

Akuaponik biliminin kökenleri antik uygulamalara dayanmaktadır, ancak ilk ortaya çıkışının kesin zamanlaması bilimsel bir tartışma konusu olmaya devam etmektedir.

Erken Geçmişler: Aztek ve Çin Medeniyetleri (6. yüzyıl - 13. yüzyıl)

Akuaponik teknolojisinin, özellikle Güneydoğu Asya'daki sular altında çeltik tarımı ve Güney Amerika Chinampa (yüzen ada) tarım sistemlerinde gözlemlenen balık yetiştiriciliğini bitkisel üretimle bütünleştiren eski tarım yöntemlerinden geliştiği ileri sürülmektedir (Komives ve Junge 2015). Bununla birlikte, tarihsel kanıtlar, balıkların on dokuzuncu yüzyıldan önce çeltik tarlalarına nadiren kasıtlı olarak getirildiğini (Halwart ve Gupta 2004) ve balık popülasyonlarının bitkilere önemli besinsel faydalar sağlayamayacak kadar seyrek olduğunu göstermektedir. Geleneksel olarak Meksika gölleri üzerine inşa edilen Chinampalar, besin avantajlarını kasıtlı olarak tasarlanmış veya aktif olarak entegre edilmiş bir balık üretim sisteminden ziyade muhtemelen ötrofik veya yarı-ötrofik göl çökeltilerinden elde ediyordu (Morehart 2016; Baquedano 1993).

• Aztek uygarlığı, chinampalar adı verilen ve bazı bilim adamlarının akuaponik tekniğin erken bir biçimi olduğunu düşündüğü tarım adaları geliştirdi. Bu sistem, manüel sulama için Chinampa kanallarından ve bitişik şehir merkezlerinden alınan atık malzemeleri kullanarak, sığ göl alanlarındaki sabit veya ara sıra hareketli adalarda bitki yetiştirmeyi içeriyordu.
• İlk akuaponik sistemlerin örnekleri, balığın yanı sıra çeltik tarlalarında da pirinç yetiştirilen Güney Çin ve Güneydoğu Asya'daki uygulamalarda görülüyor. Bu teknoloji, MS 5 civarında Yunnan'dan göç eden Çinli yerleşimciler tarafından tanıtıldı. Bu tür çokkültürlü tarım sistemleri çok sayıda Uzak Doğu ülkesinde yaygındı ve doğu çopra balığı (泥鳅, ドジョウ), bataklık yılan balığı (黄鳝, 田鰻), sazan (鯉魚, コイ) ve havuz sazanı (鯽魚) gibi balık türlerinin yanı sıra gölet salyangozlarının yetiştirilmesini entegre ediyordu. (田螺), pirinç tarlalarının içinde.
• 13. yüzyıl Çin tarım incelemesi, Wang Zhen'in Çiftçilik Kitabı (王禎農書), pirinç, yabani pirinç ve yem yetiştirmek için çamur ve toprakla yüklü yüzen ahşap salların kullanımını ayrıntılarıyla anlatıyordu. Bu yüzen ekim makineleri, çağdaş Jiangsu, Zhejiang ve Fujian eyaletlerine karşılık gelen alanlarda kullanıldı. Bunlar sırasıyla "çerçeveli çeltik" ve "brassica çeltik" anlamına gelen jiatian (架田) veya fengtian (葑田) olarak tanımlandı. Bu tarımsal metin ayrıca daha önceki Çin belgelerine de atıfta bulunarak yüzen salda pirinç ekiminin Tang hanedanlığı (6. yüzyıl) ve Kuzey Song hanedanlığı (8. yüzyıl) dönemlerinde uygulandığını öne sürüyor.

Modern Gelişmeler (1930'lar-günümüz)

1930'lardan bu yana, Malezya Yarımadası'ndaki Perak'ın Kuzey Kerian bölgesinde pirinç tarlalarında balık yetiştirilmesini içeren entegre bir su ürünleri yetiştiriciliği ve tarım sistemi uygulanmaktadır. Ek olarak, çok sayıda pirinç balığı sisteminin Endonezya'da uzun bir tarihsel varlığa sahip olduğu belgelenmiştir.

1965'te Sengbusch ve işbirlikçileri, su arıtma için aktif çamur içeren bir su devridaim sistemi kullanarak tanklarda adi sazan yetiştirme çabalarına öncülük etti. Daha sonra, 1971'de Scherb ve Braun, gökkuşağı alabalığı yetiştiriciliğinde benzer bir sistemin kullanılmasına ilişkin daha kapsamlı bir araştırma yayınladı. Clemson'daki Güney Carolina Tarımsal Deney İstasyonunda, Loyacano ve Grosvenor (1973), fazla besin maddelerini absorbe etmek için su kestanesi bitkilerinin uygulanması yoluyla kanal yayın balığı içeren balık havuzlarının saflaştırılmasını araştırdı.

1977'de Alman bilim adamı Ludwig C.A. Naegel, 'Dönüşümlü Suda Balık ve Bitkilerin Kombine Üretimi' adlı yayınıyla akuaponik alanını geliştirdi. Bu çalışma, tilapia ve domateslerin birlikte yetiştirilmesine ilişkin deneyleri ayrıntılı bir şekilde ortaya koyuyor ve böylece hem balık hem de botanik üretimini destekleyebilen bir yeniden dolaşım sisteminin uygulanabilirliğini ortaya koyuyor. Bu katkı, çağdaş akuaponik sistemlerin geliştirilmesine odaklanan daha geniş küresel araştırma çabasının bir parçasını oluşturmaktadır.

Balarin ve Haller, akuaponik sistemlerin termal dinamiklerini araştırarak dalgalanan su sıcaklıklarının hem balıkların hem de bitkilerin büyüme oranları üzerindeki etkisini analiz etti.

Muir, Paller ve Lewis, pistonlu biyofiltreleri (RBF'ler) tanıtarak akuaponikte biyofiltrasyon tekniklerinin ilerlemesine katkıda bulundular. Bu biyofiltreler, bitkiler tarafından besin asimilasyonunun verimliliğini önemli ölçüde artırdı ve su ortamında zararlı metabolitlerin oluşumunu azalttı.

Watten ve Busch, akuaponik sistemlerdeki besin dinamiklerinin anlaşılmasını daha da ileri götürdü. Damarlı bitkileri devridaimli su ürünleri yetiştiriciliği sistemlerine (RAS) dahil etme konusundaki araştırmaları, bitkilerin sudan fazla besin maddesini çıkarmadaki etkinliğini gösterdi.

1980'lerdeki teknolojik ilerlemelerden önce, hidroponik ve su ürünleri yetiştiriciliğini entegre etmeye yönelik çabaların çoğu yalnızca sınırlı bir başarı sağladı. Çağdaş akuaponik gelişmelerin ve keşiflerin önemli bir kısmı, büyük ölçüde New Alchemy Institute ve North Carolina Eyalet Üniversitesi'ne atfedilmektedir.

Yeni Simya Enstitüsü

1969'da John ve Nancy Todd, William McLarney ile birlikte Yeni Simya Enstitüsü'nü kurdular ve Aztek akuaponik sisteminden modifiye edilmiş, yıl boyunca barınak, sebze ve balık sağlayacak şekilde tasarlanmış bir prototip inşa ettiler. Daha sonra, 1984 yılında, yine Yeni Simya Enstitüsü'ne bağlı Ronald Zweig, 'topraksız su ürünleri yetiştiriciliği havuzu' veya 'topraksız güneş havuzu' olarak adlandırılan bir sistem tasarladı. Bu yenilik, enstitünün önceden var olan güneş havuzuna yüzen bir hidroponik öğeyi dahil etti ve böylece daha sonra derin su kültürü olarak anılacak olanın temelini oluşturdu.

Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesi

Mark McMurtry ve North Carolina Eyalet Üniversitesi'ndeki işbirlikçileri, Entegre Su Bitkileri Yetiştiriciliği Sistemini geliştirdi. Su ürünleri yetiştiriciliğinin kum bazlı yetiştirme yataklarıyla entegrasyonuyla karakterize edilen bu sistem, kapalı döngü akuaponik metodolojinin erken bir örneği olarak duruyor. McMurtry'nin sonraki araştırması, akuaponik biliminin temelini oluşturan temel bilimsel ilkeler için önemli bir doğrulama sağladı ve sistemin operasyonel etkinliğini kesin olarak ortaya koydu.

Virgin Adaları Üniversitesi

1979'da James Rakocy ve Virgin Adaları Üniversitesi'ndeki araştırma ekibi, akuaponik sistemler içindeki medya yataklarıyla deneysel çalışma başlattı. İlk konfigürasyonda bitki yetiştirmek için bir çakıl yatağı, daha büyük katı atıkların toplanması için konik bir filtre çökeltme tankı ve balıkların muhafazası için ayrı bir tank bulunuyordu. 1986 yılına gelindiğinde araştırmaları polistirenden yapılmış yüzer sallarla yapılan denemeleri de kapsayacak şekilde genişletildi. Nihayetinde Rakocy'nin kapsamlı araştırması, 1997'de derin su kültürü hidrofonik yetiştirme yataklarının ticari ölçekli akuaponik operasyonlarda yaygın şekilde uygulanmasıyla doruğa ulaştı.

Diğer sistemler

Diğer araştırma kurumları çabalarını 'gel-çek' veya 'taşkın ve drenaj' metodolojileri olarak belirlenen sistemler üzerinde yoğunlaştırdı. Bu sistemler çakıl veya genişletilmiş kil gibi kaba ortamlar kullanır ve sulama döngüsünü düzenlemek için çan sifonlarını entegre eder. Zaman zaman bu sistemlere 'Speraneo Sistemleri' adı verilir; bu isimlendirme, 1990'larda bir kullanım kılavuzu yazıp dağıtan ve North Carolina Eyalet Üniversitesi sistemini tam ölçekli bir ticari güneş serası geliştirmek için uyarlayan Tom ve Paula Speraneo'dan türetilmiştir.

Kanada'daki ilk akuaponik araştırması, Lethbridge, Alberta'daki bir tesiste su ürünleri yetiştiriciliği çalışmalarına entegre edilen mütevazı bir sistemle başladı. 1990'lı yıllarda ticari akuaponik tesislerin çoğalması hızlandı ve öncelikle alabalık ve marul gibi yüksek değerli ürünleri hedef aldı. Lethbridge Koleji Su Ürünleri Mükemmeliyet Merkezi'nden (ACE) Dr. Nick Savidov ve ekibinin kapsamlı araştırmalar yürüttüğü Brooks, Alberta'da önemli bir ilerleme ortaya çıktı. Bulguları, akuaponik sistemlerde hızlandırılmış kök gelişimini gösterdi ve kapalı bir katı atık döngüsü elde etmek için etkili stratejiler belirledi. Ayrıca, bu sistemlerin, bitki büyümesi için faydalı ancak genel olarak balık sağlığına zararlı bir durum olan düşük pH seviyelerinde etkili bir şekilde çalışabildiğini tespit ettiler. Bu öncü araştırma, ilk tam otomatik, sıfır atıklı akuaponik sisteminin geliştirilmesiyle sonuçlandı ve böylece akuaponiğin sürdürülebilirliği ve operasyonel verimliliği önemli ölçüde iyileştirildi.

2009 yılında Çin, çok kültürlü balık havuzlarında yüzen akuaponik sistemlerini uygulamaya koydu. Bu sistemler pirinç, buğday ve kannalya gibi çeşitli mahsullerin yetiştirilmesi için kullanılıyor ve bazı tesisler 2,5 dönümden (10.000 m²) büyük alanları kapsıyor.

Terminoloji

'Akuaponik' terminolojisi, suda yaşayan organizmaların yetiştirilmesini ifade eden 'su ürünleri yetiştiriciliği' ve bitki yetiştiriciliği için topraksız metodolojiye atıfta bulunan 'topraksız tarım'dan türetilmiş bir portmanteau'dur.

1970'ler ve 1980'lerde akuaponik, 'seralarda balık ve sebzenin bir arada üretimi' veya 'seralarda balık ve bitkilerin bir arada üretimi' gibi çeşitli terminolojilerle karakterize edildi. suyu yeniden dolaştırıyorum.' 'Akuaponik' terimi, 'entegre balık/sebze ortak kültür sistemi' gibi alternatif adlandırmaların sürekli kullanımına rağmen, Aquaponics Journal'ın 1997'de ilk yayınlanmasının ardından daha geniş bir kabul gördü.

'Akuaponik' tanımları değişkenlik göstermektedir; Bazı uzmanlar bunun uygulamasını hidrofonik yöntemler kullanan bitki yetiştiriciliğiyle sınırlandırırken, diğerleri daha geniş bir yorumu benimsiyor. Hem 'hidroponik' hem de 'akuaponik'te bulunan 'ponik' son eki, Yunanca 'iş' anlamına gelen 'ponos' teriminden gelmektedir. Sonuç olarak, 'akuaponik' kelimenin tam anlamıyla 'su işi' olarak tercüme edilebilir, ancak bu çeviri sistemin operasyonel işlevini ve genel amacını kapsamlı bir şekilde kapsamayabilir.

Eko-sertifikasyonla ilgili söylem için kesin tanımlar çok önemlidir. Şu anda akuaponik, hidroponik tekniklere dayanması nedeniyle Avrupa Birliği'nin organik tarım sertifikasyon çerçevesinin dışında tutulmuştur. Bununla birlikte, toprak bazlı organik gıda üretim sistemlerini içeren akuaponiklerin alternatif biçimleri, organik sertifikalandırma potansiyeline sahiptir.

Akuaponik Sistemin Bileşenleri

Bir akuaponik sistemi temel olarak iki ana bölümden oluşur: suda yaşayan hayvanların yetiştirilmesine yönelik bir su ürünleri yetiştiriciliği bileşeni ve bitki yetiştiriciliğine yönelik bir hidrofonik bileşen. Bu iki unsur çekirdeği oluştururken, akuaponik sistemler tipik olarak özel tasarımlarına göre çeşitli bileşenlere veya alt sistemlere ayrılır. Katıların uzaklaştırılması, biyofiltrasyon ve/veya hidroponik alt sisteminin tek bir ünite veya alt sisteme entegrasyonu, sistemin karmaşıklığına ve finansal yatırıma bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

Tank Yetiştirme

Bu tanklar balık yetiştirmek ve beslemek için tasarlanmıştır.

Hidroponik Alt Sistem

Sistemin bu bölümü, fazla besin maddelerinin dolaşımdaki sudan emilmesi yoluyla bitki büyümesini kolaylaştırır.

Su Pompası

Su sirkülasyonu için kullanılır.

Çökeltme Havzası (İsteğe bağlı)

Ayrıca arıtıcı olarak da adlandırılan bu ünite, yenmeyen yemleri ve ayrılan biyofilmleri yakalamak ve ince partiküllü maddelerin çökelmesini kolaylaştırmak için tasarlanmıştır.

Biofilter (İsteğe bağlı)

Bu bileşen, nitrifikasyon bakterilerinin çoğalması ve amonyağı nitratlara dönüştürmesi için bir ortam sağlar ve bunlar daha sonra bitkilerin alımı için kullanılabilir. Biyofiltrenin dahil edilmesi isteğe bağlıdır.

Karter (İsteğe bağlı)

Bazı akuaponik sistemler, arıtılmış kültür suyunu yetiştirme tanklarına geri döndürmek için genellikle bir pompa veya pompa girişi içeren bir karter içerir.

Biyolojik Bileşenler

Akuaponik sistemler temel olarak üç temel biyolojik bileşen arasındaki simbiyotik etkileşime dayanır: bitkiler, balıklar (veya diğer su faunası) ve bakteriler. Bazı sistemler solucanlar gibi tamamlayıcı canlı organizmaları da entegre edebilir.

Bitkiler

• Akuaponik sistemde bitkiler birincil üreticiler olarak işlev görür ve güneş enerjisini, karbondioksiti ve mevcut besin maddelerini biyokütleye dönüştürür.
• Yapraklı yeşil sebzeleri, bitkileri, meyveleri ve diğer çeşitli sebzeleri kapsayan çeşitli bitki türleri, akuaponik ortamlarda başarılı bir şekilde yetiştirilebilir.
• Bitkiler, fazla besin maddelerini ve metabolik yan ürünleri özümseyerek suyun arıtılmasına katkıda bulunur.

Bitkilerin farklı büyüme aşamalarında değişen mineral ve besin gereksinimleri gösterdiği göz önüne alındığında, hasat genellikle kademeli olarak yapılır ve fidelerin olgun bitkilerle eş zamanlı büyümesine olanak tanır. Bu uygulama, toksinlerin sürekli simbiyotik olarak uzaklaştırılmasıyla kolaylaştırılan, suda tutarlı bir besin profili sağlar.

Balık (ve Diğer Su Organizmaları)

• Balık ve diğer su faunası, akuaponik sistem içinde birincil tüketiciler olarak hizmet eder ve bitkilerin beslenmesi için gerekli protein ve besin maddelerini sağlar.
• Tilapia, Japon balığı ve koi gibi çok sayıda balık türü akuaponik sistemler için uygundur.
• Balıklar, besin açısından zengin atık ürünler üreterek bitki gübrelenmesine katkıda bulunur.

Bakteri

• Bakteriler, balık atıklarından elde edilen amonyağı, bitkiler tarafından kolaylıkla asimile edilen bir besin maddesi olan nitrata dönüştürerek akuaponik sistemlerde hayati bir işlev gerçekleştirir.
• Nitrosomonas ve Nitrobacter dahil olmak üzere faydalı bakteri türleri, optimum ve istikrarlı bir ekosistemin sürdürülmesi için vazgeçilmezdir.
• Bakteriler, fazla amonyak ve diğer metabolik yan ürünlerin ortadan kaldırılması yoluyla suyun arıtılmasına yardımcı olur.

Yosun

Algler, geleneksel su ürünleri yetiştiriciliğinde sıklıkla zararlı olarak algılansa da, belirli akuaponik konfigürasyonlarda avantajlı bir unsur olarak hizmet edebilir. Örneğin, Entegre Su Bitkileri Yetiştirme Sistemi gibi sistemlerde algler, biyofiltrenin yüzey katmanında bilinçli olarak çoğaltılır. Bu tür kurulumlarda algler bir besin deposu olarak işlev görür, fazla besin maddelerini toplar, böylece optimum su kalitesinin korunmasına katkıda bulunur ve besin dengesizlikleri potansiyelini azaltır. Bununla birlikte, alglerin bu spesifik uygulaması tüm akuaponik sistemlerde evrensel değildir; diğer tasarımlarda akvaryumda bulunan algler, yönetim gerektiren sorunlu bir sorun olarak kabul edilir.

Algler balıklara, diğer mikroorganizmalara ve bitkilere zararlı bileşikler salma kapasitesine sahiptir. Örneğin mavi-yeşil algler veya siyanobakteriler balık sağlığına doğrudan tehdit oluşturan toksinler üretebilir ve bunların fiziksel birikimi balıklarda solungaç hasarına neden olabilir.

Biyofiltre

Yenmeyen yemlerden veya balık gibi hayvanların yetiştirilmesinden kaynaklanan sucul atıklar, çoğu su ürünleri yetiştiriciliği sisteminin kapalı döngü yeniden sirkülasyon özelliği nedeniyle su içinde birikmektedir. Atık su açısından zengin bu suyun yüksek konsantrasyonları suda yaşayan hayvanlara zarar verebilirken aynı zamanda bitki gelişimi için hayati önem taşıyan besinleri de içerir.

Akuaponik sistem stabiliteye ulaştığında, tipik amonyak konsantrasyonları 0,25 ila 0,50 ppm, nitrit seviyeleri 0,0 ila 0,25 ppm ve nitrat seviyeleri 5 ila 150 ppm arasında değişir. Bununla birlikte, ilk başlatma aşamasında nitrifikasyon prosesinin yerleşmesi birkaç haftayı gerektirir. Sonuç olarak, temel *Nitrosomonas* ve *Nitrobacter* bakteri popülasyonları sistem içinde henüz tam olarak gelişmediğinden amonyak seviyeleri 6,0 ppm'ye ve nitrit seviyeleri 15 ppm'ye yükselebilir. Nitrat konsantrasyonları tipik olarak sistemin nitrojen döngülerinin tamamlanması, biyofiltrenin olgunlaşması ve sağlam bakteri kolonilerinin kurulmasıyla aynı zamana denk gelen başlangıç ​​aşamasında daha sonra zirveye ulaşır. Nitrifikasyon sırasında amonyak, hidrojen iyonlarını suya serbest bırakan bir reaksiyon olan nitrite oksidasyona uğrar. Bu işlem yavaş yavaş suyun pH'ını düşürür; bu nedenle, eğer doğal tamponlama maddeleri asitleşmeyi önlemek için yetersizse, pH'ı nötralize etmek için potasyum hidroksit veya kalsiyum hidroksit gibi sodyum olmayan bazlar eklenebilir. Ayrıca demir gibi belirli mineraller veya besin maddeleri de desteklenerek bitki büyümesi için balık atıklarından elde edilen birincil besin kaynağı artırılabilir.

İşlem

Akuaponik bir sistem için gereken beş temel girdi; su, oksijen, ışık, suda yaşayan hayvanlar için yem ve pompalama, filtreleme ve oksijenasyon işlemlerine güç sağlayan elektriktir. Sistem stabilitesini korumak için, sistemden toplanan olgun balıkların yerine yumurtlama veya kızartma eklenebilir. Çıktılarla ilgili olarak, bir akuaponik sistem, hidroponik olarak yetiştirilen sebzeler gibi bitkileri ve su ürünleri yetiştiriciliği yoluyla yetiştirilen yenilebilir su türlerini sürekli olarak üretebilir. Standart inşaat oranları tipik olarak sistemdeki her 1 ABD galonu (3,8 L) su ürünleri yetiştiriciliği suyu için 0,5 ila 1 metrekarelik bitki yetiştirme alanı ayırır. Tek bir ABD galonu (3,8 L) su, sistemin havalandırma ve filtreleme verimliliğine bağlı olarak 0,5 lb (0,23 kg) ile 1 lb (0,45 kg) arasında balık stokunu destekleme kapasitesine sahiptir.

Yayın Kaynağı

Su ürünleri yetiştiriciliğine dayalı pek çok sistemde, su canlılarının birincil yemi genellikle daha düşük değerli deniz türlerinden elde edilen balık unundan oluşur. Ancak yabani balık popülasyonlarının sürekli tükenmesi, bu besleme uygulamasını çevresel açıdan sürdürülemez hale getiriyor. Organik balık yemleri bu çevresel kaygıyı azaltmak için potansiyel olarak geçerli bir alternatif sunmaktadır. Diğer sürdürülebilir alternatifler arasında yerleşik balıkları beslemek için akuaponik sistem içerisinde su mercimeği yetiştirilmesi, vermikültür kompostlamasından elde edilen fazla solucanların kullanılması, hazırlanan mutfak artıklarının dahil edilmesi ve kurtçuk yetiştiricileri tarafından gübre olarak balık yemi olarak kara asker sineği larvalarının yetiştirilmesi yer alıyor.

Bitki Besinleri

Optimal bitki büyümesi, kök ortamında bulunan ve mikrobiyal ayrışma yoluyla üretilen çeşitli organik bileşikler dizisine bağlıdır. Bu tür bileşikler arasında büyümeyi, verimi, lezzeti ve patojenlere karşı direnci arttırmak için hayati önem taşıyan vitaminler, hormonlar ve enzimler bulunur. Ayrıca hümik asit gibi organik maddeler mikro besinlerin biyoyararlanımını kolaylaştırır. Her ne kadar inorganik besinler vazgeçilmez olsa da bitkiler tam gelişim potansiyellerine ulaşmak için organik metabolitlere de ihtiyaç duyar.

Su Kullanımı

Akuaponik sistemler, verimli su devridaimi ve yeniden kullanımı için tasarlanmıştır, böylece standart çalışma sırasında boşaltma veya değiştirme ihtiyacını en aza indirir. Sistemin stabilitesi, su ortamında tutarlı besin ve oksijen seviyelerini toplu olarak koruyan suda yaşayan hayvanlar ve bitkiler arasındaki simbiyotik etkileşime dayanmaktadır. Bitkiler, dolaşımdaki sudaki çözünmüş besin maddelerini özümser, sonuç olarak su tahliyesi ihtiyacını azaltır ve genel su değişim oranını düşürür. Araştırmalar, akuaponik teknolojisinin, geleneksel ticari balık ve bitkisel üretim yöntemlerine kıyasla su tüketimini %90'a kadar azaltabildiğini gösteriyor.

Sistemde suyun yenilenmesi, öncelikle bitki emilimi ve terleme, buharlaşma, yağış taşması ve katı atıkların uzaklaştırılmasından kaynaklanan kayıplar nedeniyle gereklidir. Sonuç olarak akuaponik sistemler, eşdeğer miktarda sebze verimi için geleneksel sulamanın gerektirdiği su hacminin yaklaşık %2'sini tüketir. Bu olağanüstü verimlilik, kıt su kaynakları veya verimsiz arazilerle karakterize edilen bölgelerde hem mahsullerin hem de balıkların yetiştirilmesine olanak sağlar.

Ayrıca, akuaponik sistemler kontrollü sulak alan ortamlarını simüle ederek onları biyofiltrasyon ve evsel atık su arıtımında etkili hale getirebilir. Besin açısından zengin taşma suları, toplama tanklarında toplanabilir ve daha sonra toprakta yetiştirilen mahsullerin büyümesini artırmak için yeniden kullanılabilir veya optimum su seviyelerini sürdürmek için akuaponik sisteme yeniden sirküle edilebilir.

Geleneksel su ürünleri yetiştiriciliği, akuaponikte gerekli olmayan bir uygulama olan sık su değişimini gerektirir. Bir kilogram sığır eti üretimi için genellikle 5.000 ile 20.000 litre arasında su tüketiliyor. Benzer şekilde, yarı yoğun ve kapsamlı geleneksel su ürünleri yetiştiriciliği sistemleri, eşdeğer miktarda balık elde etmek için 2.500 ila 375.000 litre gerektirir. Bunun tersine, devridaimli su ürünleri yetiştiriciliği sistemleri (RAS), suyun %95 ila %99'unu geri dönüştürerek ve üretilen balık kilogramı başına 100 litreden daha azını kullanarak dikkate değer bir verimlilik sergiliyor.

Balık Stoklama Stratejileri

Akuaponik sistemlerin finansal sürdürülebilirlik ve kârlılığa ulaşması ve aynı zamanda işletme giderlerini karşılaması için, hem hidrofonik tesis hem de balık yetiştirme bileşenlerinin tutarlı bir şekilde maksimum üretim kapasitelerine yakın bir şekilde çalışması gerekir. Balık biyokütlesini sistem içinde optimum seviyede tutmak ve böylece büyüme sınırlamalarından kaçınmak için yaygın olarak üç temel stoklama yöntemi kullanılır.

• Sıralı yetiştirme: Bu yöntem, birden fazla yaş grubundaki balığın tek bir yetiştirme tankında barındırılmasını içerir; Pazar büyüklüğüne ulaşıldığında, belirli bir yaş grubu seçici olarak hasat edilir ve ardından eşdeğer sayıda yavruyla değiştirilir. Bu yaklaşımın dezavantajları arasında, her hasat olayı sırasında tüm balık popülasyonunda strese neden olması, hasat edilmemiş balıkların yem ve tank alanı israfına yol açması potansiyeli ve hasat sıklığı nedeniyle kesin kayıtların tutulmasındaki zorluklar yer alır.
• Stok bölme: Bu teknikte, başlangıçta eş zamanlı olarak önemli sayıda yavru stoklanır. Tank maksimum kapasitesine ulaştığında nüfus iki ayrı gruba ayrılır; bu, kayıt tutmayı kolaylaştıran ve bireylerin gözden kaçırılma riskini azaltan bir süreçtir. Bu işlemi minimum stresle gerçekleştirmenin bir yöntemi, çeşitli yetiştirme tanklarını birbirine bağlayan, kapaklar, hareketli elekler veya balık transferi için tasarlanmış pompalardan oluşan bir sistemle kolaylaştırılan "yüzme yollarının" kullanımını içerir.
• Çoklu yetiştirme üniteleri: Bu sistemler genellikle ortak bir filtreleme altyapısını paylaşan 2-4 tanktan oluşur. En büyük tank hasat edildiğinde, kalan balık grupları daha büyük bir tanka aktarılırken, en küçük tanka yeni bir grup yerleştirilir. Alternatif olarak bazı konfigürasyonlarda, tanklar arası transfer mekanizmaları olmayan birden fazla yetiştirme tankı bulunur. Bu tasarım, balığın taşınmasıyla ilgili emeği ortadan kaldırır ve hasat sırasında her bir tankın bozulmadan kalmasını sağlar; ancak yavrulama aşamasında verimsiz alan kullanımına neden olabilir.

En uygun durumda, yetiştirme tanklarındaki balıkların biyokütlesi galon başına 0,5 poundu geçmemelidir. Bu sınır, aşırı kalabalığın neden olduğu stresi azaltmak, verimli yem dönüşümünü sağlamak ve güçlü büyümeyi desteklemek için çok önemlidir.

Hastalık ve Zararlılarla Mücadele Stratejileri

Neem yağı son derece etkili bir organik pestisit olarak kabul edilmektedir, ancak balığın suyunun kirlenmesini önlemek için uygulamasının kesinlikle küçük miktarlarla sınırlı olması gerekir. Aquaponics'in ticarileştirilmesi, etkili haşere ve hastalık yönetimindeki zorluklar nedeniyle sıklıkla engellerle karşılaşmaktadır. Kimyasal kontrol yöntemlerinin kullanılması, tüm akuaponik sistemlerde önemli karmaşıklıklar sunar. Her ne kadar insektisitler ve herbisitler sıklıkla yerleşik ticari biyokontrol ajanları ile ikame edilebilse de, fungisitler ve nematisitler akuaponik bağlamlarda önemini korumaktadır. Zararlı popülasyonunun kontrol altına alınmasına yönelik ilk stratejiler, dikkatli izlemeyi ve kültürel kontrol uygulamalarının uygulanmasını içerir. Biyolojik kontrol yöntemleri genellikle daha fazla uyarlanabilirlik sergiler. Ayrıca, kimyasal olmayan profilaktik önlemlerin, çeşitli sistem tasarımlarında zararlıları ve hastalıkları önlemede oldukça etkili olduğu kanıtlanmıştır.

Akuaponik sistemlerde yetiştirilen bitkiler, geleneksel hidrofonik kurulumlarda yetiştirilenlerle karşılaştırıldığında daha yüksek hastalık direnci sergileyebilir. Bu eşsiz ortam, çeşitli mikrobiyal topluluğu besliyor ve bu topluluğun belirli üyelerinin bitki köklerine patojen organizmalara karşı koruma sağladığına inanılıyor.

Otomasyon, İzleme ve Sistem Kontrolü

Çağdaş teknolojik gelişmeler, akuaponik sistemlerin yeteneklerini önemli ölçüde artırdı. Gelişmiş sensörlerin ve Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarının entegrasyonu artık bu sistemlerde yüksek derecede otomasyona olanak sağlıyor. Bu otomasyon, besin konsantrasyonları, su tüketimi ve aydınlatma dahil olmak üzere kritik parametrelerin hassas yönetimini kolaylaştırır. Bu süreçlerin otomasyonu, yalnızca akuaponiklerin operasyonel verimliliğini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda mahsul veriminin artmasına ve kaynakların daha akıllıca kullanılmasına da katkıda bulunuyor.

Akuaponik için otomatik kontrol ve izleme sistemleri geliştirme çabaları, değişen derecelerde başarı sağlamıştır. Örneğin araştırmacılar, uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir tarım modeli oluşturmak için otomasyonu küçük ölçekli bir akuaponik sisteme başarıyla entegre etti. Eş zamanlı olarak ticari otomasyon teknolojileri de gelişti. Bu tür ticari yeniliklerden biri, hastalıklı veya bodurlaşmış bitkilerin bağımsız olarak tanımlanması ve ortadan kaldırılması için bir makine öğrenimi algoritması içeren, rutin tarım işlemlerini otomatikleştirmek üzere tasarlanmış bir sistemi içerir. Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk kapalı somon çiftliği olduğu iddia edilen 3,75 dönümlük akuaponik tesisi, otomatik teknolojiyi entegre ediyor. Bu teknolojik ilerleme, akuaponik alanındaki belgeleme ve veri toplama süreçlerini önemli ölçüde geliştirdi.

Ekonomik Sürdürülebilirlik

Akuaponik, mahsullerin ve su ürünleri yetiştiriciliğinin eş zamanlı olarak yetiştirilmesine olanak tanıyan, çeşitli ve dayanıklı bir polikültür sistemi sunar. Bu ikili gelir akışı, piyasadaki oynaklığı azaltarak üreticilerin balık veya bitki sektörlerindeki gerilemelere rağmen gelirlerini korumalarına olanak tanıyor. Aquaponic sistemlerin doğal uyarlanabilirliği, yaygın sebzeleri, bitkileri, çiçekleri ve su bitkilerini kapsayan geniş bir ürün yelpazesinin yetiştirilmesini kolaylaştırır ve böylece farklı tüketici taleplerini karşılar. Suda tarıma yönelik ekonomik açıdan avantajlı mahsul örnekleri arasında Çin lahanası, marul, fesleğen, gül, domates, bamya, kavun ve dolmalık biber yer alır.

Akuaponik ürünler, organik ve pestisit içermeyen doğaları ve sistemlerin nispeten minimum ekolojik etkisi nedeniyle çevre bilincine sahip tüketicilere hitap etmektedir. Ayrıca, akuaponik sistemler, azaltılmış su tüketimi, optimize edilmiş besin yeniden dolaşımı ve mütevazı arazi alanı talepleri ile karakterize edilen ekonomik verimlilik göstermektedir. Bu tür sistemler, optimumun altında toprak koşullarının olduğu veya su kaynaklarının kısıtlı olduğu bölgelerde kullanılabilir ve yalnızca sınırlı su hacimleri gerektirir. Üstelik akuaponik ortamlar genellikle yabani otlardan, haşerelerden ve toprak kaynaklı patojenlerden yoksun olduğundan, birinci sınıf kalitede mahsullerin tutarlı ve hızlı bir şekilde üretilmesine olanak tanıyor.

Akuaponik alanındaki akademik araştırmalar ağırlıklı olarak teknik yönlere yoğunlaşmış olup, özellikle ticari uygulamalarda ekonomik fizibilitesini inceleyen nispeten sınırlı bir literatür bulunmaktadır. Aquaponics genel olarak hem karlı hem de sürdürülebilir olarak görülse de, işletme maliyetlerinin kesin olarak hesaplanması ve farklı sistemlerin karşılaştırmalı analizi, heterojen saha koşulları, iklimsel değişkenlik ve dinamik pazar fiyatlandırması nedeniyle karmaşık hale gelmektedir. Enerji harcamaları önemli bir maliyet bileşenini temsil etmekte, ülkeler arası önemli farklılıklar göstermekte ve bu durum karlılık değerlendirmelerinin doğru yapılmasını daha da zorlaştırmaktadır. Bazı araştırmacılar akuaponik biliminin iki yıllık bir süre içinde finansal başabaş noktasına ulaştığını öne sürerken, diğerleri metrekare başına ölçüme dayalı karlılık değerlendirmesini savunuyor.

Akuaponik sistemlerin ekonomik sürdürülebilirliğine ilişkin mevcut akademik literatür, geleneksel hidroponik sistemler için mevcut olandan çok daha az kapsamlıdır. Sonuç olarak, akuaponik girişimlerin ekonomik fizibilitesi, duruma göre değerlendirme yapılmasını gerektirir. Sistem mimarisi, mevsimsel iklim değişiklikleri ve yerel enerji veya arazi giderleri gibi çok sayıda faktör, akuaponik operasyonların karlılığını kritik derecede etkilemektedir.

Daha fazla araştırma, akuaponik sistemlerin, hidrofonik sistemlere kıyasla %14 daha az gübre kullanabileceğini göstermektedir. Bu azalmaya rağmen yetiştiricilerin, su ürünleri yetiştiriciliğinin bakımıyla ilgili harcamaların, hidroponiğin ek gübre gereksinimlerinden daha uygun maliyetli olup olmadığını tespit etmesi gerekiyor.

Akuaponik sistemlerin ekonomik başarısının önündeki sistemik olmayan engeller arasında, gereken çok disiplinli uzmanlık, finansmana sınırlı erişim ve akuaponiğe ilişkin yetersiz toplumsal farkındalık yer alıyor. Sonuç olarak, akuaponik girişimleri, Amerika Birleşik Devletleri'nde nispeten köklü bir teknoloji olan hidroponiğe göre daha kapsamlı markalaşma girişimlerini gerektirebilir.

Akuaponik geliştirme üzerindeki önemli bir kısıtlama, büyük ölçüde özel şirketlerin tescilli çalışmaları açıklama konusundaki isteksizliğinden dolayı, ticari olarak uygun finansal fizibiliteye ilişkin kamuya açık verilerin azlığından kaynaklanmaktadır.

Mevcut Örnekler

Avrupa

• Avrupa Su Ürünleri Birliği Mart 2018'de kuruldu ve Avrupa ülkelerine akuaponik araştırmaları ilerletmek ve sürdürülebilir uygulamaları hayata geçirmek için işbirlikçi bir çerçeve sağladı.

Asya

• Dünya çapında en yüksek nüfus yoğunluğuna sahip bir ülke olan Bangladeş, insan tüketimine yönelik gıdalardaki güvenli kimyasal seviyelere ilişkin düzenleyici denetimin yetersiz olmasına rağmen, gıda üretimini artırmak ve raf ömrünü uzatmak için sıklıkla tarım kimyasalları kullanıyor. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Bangladeş Ziraat Üniversitesi Su Ürünleri Bölümü'nden M.A. Salam liderliğindeki bir araştırma ekibi, düşük maliyetli bir akuaponik sistemi tasarladı. Bu sistem, tuzluluktan etkilenen güney bölgeleri ve doğudaki sele eğilimli bölgeler de dahil olmak üzere zorlu iklim bölgelerinde yaşayan topluluklara organik ürün ve balık sağlamayı amaçlıyor. Salam'ın girişimi, hem toplumsal hem de bireysel ölçekte mikro üretimi hedefleyerek geçimlik tarıma yenilikçi bir yaklaşım getiriyor.
• Gazze Şehri'nde çatı uygulaması için akuaponik bahçe sistemi geliştirildi.

Kuzey Amerika

• Kuzey Dakota'nın Bottineau şehrinde bulunan Bottineau'daki Dakota College, öğrencilerin bu alanda sertifika veya Uygulamalı Bilimler Önlisans (AAS) derecesi kazanmalarını sağlayan bir akuaponik programı sunmaktadır.
• Denver'daki Smith Road tesisi, Denver Hapishanesindeki 800 ila 1.000 mahkumun yanı sıra yakındaki şehir merkezindeki tesisteki 1.500 mahkum ve 700 memura yiyecek sağlamak üzere tasarlanmış bir akuaponik programı başlattı.
• Nikaragua'da, "Amigos for Christ" adlı gönüllü kuruluş, 900'den fazla yoksul okul çocuğunun geçimini sağlamak için akuaponik yöntemler kullanan bir plantasyon işletiyor.
• Kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Growing Power'ın örneklediği gibi, akuaponiklerin toplumla bütünleştirilmesi dikkate değer bir trenddir. Bu vakıf, Milwaukee gençlerine iş fırsatları ve eğitim sağlarken yerel toplulukları için yiyecek yetiştiriyor. Bu başarılı model, Vietnamlı balıkçı topluluğunun Deepwater Horizon petrol sızıntısından etkilendiği New Orleans ve New York City'nin Güney Bronx'u da dahil olmak üzere diğer şehir merkezlerinde birçok uydu girişimine ilham kaynağı oldu.
• Omaha, Nebraska merkezli kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Whispering Roots, akuaponik, hidroponik ve kentsel tarım tekniklerini uygulayarak sosyal ve ekonomik açıdan dezavantajlı topluluklara taze, yerel olarak yetiştirilen ve besleyici yiyecekler sunuyor.
• Son gelişmeler akuaponikte kapalı alan üretim sistemlerine doğru bir kayma olduğunu gösteriyor. Chicago gibi şehir merkezlerinde girişimciler yıl boyunca gıda ekimini kolaylaştırmak için dikey tasarımlar kullanıyor. Bu sistemler minimum atık üretimiyle sürekli gıda üretimine olanak sağlar.

Karayipler

• Karayip adası Barbados, "akuaponik makine" olarak adlandırılan ev tabanlı akuaponik sistemleri kurmak için bir girişim başlattı. Bu program, turistlere ürün satarak gelir elde etmeyi, böylece adanın ithal gıdaya artan bağımlılığını azaltmayı amaçlıyor.

Akuaponik uygulayıcıları dünya çapında deneyim alışverişinde bulunmak, bu yetiştirme yönteminin ilerlemesini teşvik etmek ve ev tabanlı sistemler oluşturmak için kapsamlı kaynaklar geliştirmek üzere çevrimiçi topluluk platformlarında ve forumlarda bir araya geliyor.

Akuaponik ilkeleri kullanarak organik sebze ve bitkileri yetiştirirken aynı zamanda iç mekan dekoratif unsurları olarak da hizmet veren çeşitli modüler sistemler halka açıktır. Bu sistemler kapalı alanda taze ürün kaynağı sunar. Kentsel nüfus arasında artan popülerliği göz önüne alındığında, üniversiteler bu modüler sistemlere yönelik araştırmaları aktif olarak desteklemektedir.

Pirinç balığı sistemi

• Pirinç balığı sistemi
• Entegre çok-trofik su ürünleri yetiştiriciliği
• Dikey tarım