아쿠아포닉스

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"양식업은 현재 가장 빠르게 성장하는 동물성 식품 생산 분야이며 곧 전 세계 해산물의 절반 이상을 인간이 소비할 수 있게 공급할 것입니다." ^[1] 이는 주로 식량 생산과 매립지에서 생성되는 독성 폐기물 제거를 위해 다양한 문화권에서 사용되었습니다. ^{[2] 이} 폐수를 처리하기 위해 다양한 유형의 박테리아와 조류(예: 조류 Gracilariabirdiae)가 사용되었습니다. ^[3] 아쿠아포닉스(Aquaponics)는 박테리아, 물고기, 식물 사이의 자연적인 상호 작용을 이용해 폐기물을 깨끗한 물로 바꾸는 양식업의 새로운 부분입니다.

아쿠아포닉스란 무엇인가?

아쿠아포닉스(Aquaponics)는 수경재배 와 수경 재배를 결합한 식품생산 방식이다 . 이러한 공생 관계는 필요한 입력이 거의 없이 지속 가능한 시스템을 촉진합니다. 좋은 박테리아가 축적되어 생선 폐기물에서 생성된 독소를 식물이 사용하는 영양분으로 전환합니다. 이러한 영양분을 흡수함으로써 식물은 물을 여과하여 물고기가 살기 좋은 환경을 제공합니다. 이 주기는 어항과 식물 모두에게 좋은 상태를 유지하는 데 도움이 됩니다.

이 방법으로 식품을 생산하는 것은 가능한 한 유기농입니다. 이렇게 설정하면 식물이 자라는 데 물고기 배설물만 있으면 되기 때문에 비료가 필요하지 않습니다. 식물을 키우는 데 사용되는 토양이 없고 심지어 물고기에게 해로울 수도 있기 때문에 제초제 도 필요하지 않습니다. 이 시스템은 식물에 영양분을 공급하는 역할을 하지 않기 때문에 토양의 질이 좋지 않은 지역에 특히 좋습니다. 많은 토지가 필요하지 않고 좁은 지역에서 많은 양의 식물을 재배할 수 있습니다. 아쿠아포닉스는 가족을 위해 신선한 생선과 야채를 지속적으로 재배하고, 마을에 식량을 공급하고, 상업적 농업 규모로 수익을 창출할 수 있는 좋은 방법입니다. 하나의 시스템에서 저녁 식사와 반찬을 직접 만들 수 있다는 사실은 말할 것도 없습니다. 가장 좋은 점은 물고기가 충분히 커지면 먹을 수 있다는 것입니다! ^[4]

역사

아쿠아포닉스는 최근 다시 인기를 얻었지만, ^[5] 공학과 생물학의 이 걸작은 고대 문명에서 처음으로 사용되었습니다 . ^[6] 13세기경 아즈텍 문명이 아쿠아포닉을 최초로 활용했습니다. 그들은 치남파스(chinampas)라고 불리는 복잡한 농업 섬을 만들었습니다. 이 식물 섬은 호수 얕은 곳에 자리잡고 있으며 동물 배설물과 섞여 있었습니다. 이 설정을 통해 아즈텍 사람들은 폐기물 제거와 아쿠아포닉의 특성을 제공하는 음식을 모두 활용할 수 있었습니다. ^[7] 식물 생산을 돕고 또 다른 식량 공급원으로 사용하기 위해 물고기(늪 장어 및 연못 달팽이와 같은 다른 종뿐만 아니라)를 논에 넣는 중국과 태국에서도 다종양식이 만들어졌습니다. ^[6]

아쿠아포닉스는 어디에 사용되나요?

아쿠아포닉에 대한 관심이 다시 높아진 이후로 전 세계 국가들이 혜택을 받기 시작했습니다. 미국, 남미, 아시아의 많은 지역, 호주 및 아프리카 일부를 포함한 이러한 국가. ^{[5] [8] [9] [10]} 네게브 사막의 기수에서도 식물과 물고기가 적절히 성장할 수 있는 아쿠아포닉 시스템이 설치되어 있습니다. ^[11] 대부분의 운영은 연구, 교육, 비영리, 상업 또는 개인 애호가 범주 중 하나에 속합니다. ^[1] 현재 대부분의 시스템은 소규모이지만, 기술의 발전으로 인해 "상업적 응용이 꾸준히 증가하고 있으며, 수익성과 폐기물 관리라는 두 가지 주요 관심 영역이 아쿠아포닉에 대한 관심을 최대한 자극했습니다. 일부 폐기물을 활용하면서 이익을 늘리는 수단"입니다. 이러한 여러 국가에서 아쿠아포닉 시스템이 어떻게 구현되었는지에 대한 자세한 설명은 이후 섹션에서 확인할 수 있습니다.

방법 비교

아쿠아포닉을 완전히 이해하려면 지속 가능한 작물을 재배하기 위해 양식업과 수경법을 모두 사용한다는 점을 이해하는 것이 필수적입니다. 두 가지 방법을 배우면 이 세 가지 농법의 장점과 단점을 충분히 이해할 수 있습니다.

양식업

양식업은 지속 가능한 방식으로 다양한 수확량을 얻기 위해 수생 식물과 동물 사이의 자연적 관계를 활용하는 것입니다. 이것이 어떻게 달성됩니까? 지능적으로 디자인하는 것, 이것이 퍼머컬처의 핵심입니다.

이제 저는 영속농업의 아버지인 Bill Mollison에게 영속농업 설계 매뉴얼, 13.2장, 459페이지 "수산양식에 대한 사례"를 인용하여 이야기하겠습니다.

"지난 수십 년까지 우리는 자연 수계에서 충분한 양의 어류, 연체동물, 식물을 수확할 수 있었습니다. 이것은 더 이상 사실이 아니며 수생 서식지에서 유기체의 생성과 배양에 새로운 원동력이 분명합니다.

수경재배는 오랫동안 검증되었으며 의심의 여지가 없는 안정성을 갖고 있으며, 많은 경우 수천년 동안 외부 투입 없이 지속되어 왔습니다. 양식 시스템의 안정성과 생산성은 지금까지 개발된 육상 양식 시스템보다 우수합니다. 동일한 에너지나 영양분 투입을 고려할 때, 우리는 인접한 토지보다 물에서 4~20배의 수확량을 기대할 수 있습니다.

요컨대, 양식업은 숲과 마찬가지로 책임 있는 사회의 안정적인 미래 직업이며, 이 두 가지 유익한 시스템 사이에서 우리는 현재 목축업(참고: 그는 유해한 과도한 방목을 언급하고 있음)과 단일 작물에 할당된 면적이 크게 감소하는 것을 보게 될 것입니다. (참고: 이는 기본적으로 생태학적인 대량 학살입니다). 후자의 두 직업은 모두 사회에서 점점 덜 선호되는 기업이며, 그 제품은 어떤 관점(재정, 보건, 사회 복지, 에너지 효율성 또는 일반적인 경관 안정성)에서 보더라도 명백한 위험입니다.

수산양식은 과거의 이전 양식인 대규모 곡물 농장이나 단일 작물 농장보다 에너지를 많이 사용하는 단일 재배로서 더 이상 유효하지 않습니다. 공동체 타로 테라스 문화로 접할 때 가장 즐겁고 유쾌하며 사회적으로 가치가 있지만, 100헥타르 규모의 새우나 메기 양식장으로 접할 때 가장 우울합니다. 따라서 전체적으로 나의 태도는 합리적인 수확량과 절차를 강조하지만 '한 종의 최대 수확량' 전망을 낙담시키는 것입니다."

수경법

수경재배는 토양이 없는 광천수 용액에서 식물을 재배하는 방법입니다. 이 시스템은 더 적은 공간, 더 적은 노동력, 물을 사용하여 보다 효율적인 재배 방법을 가능하게 합니다. 식물은 이상적인 물 조건에 있기 때문에 일반적으로 많은 양의 물이 낭비되는 과도한 물이 필요하지 않습니다. 이러한 유형의 시스템에는 영양분이 필요합니다.

아쿠아포닉 식품 생산: 식량과 이익을 위해 어류와 식물 키우기, Rebecca L. Nelson, John S. Pade의 기여

디자인: 주요 기능 및 구성 요소

아쿠아포닉 시스템의 눈에 띄는 특징 중 하나는 구성할 수 있는 방법이 엄청나게 다양하다는 것입니다. 이러한 다양성에도 불구하고 모든 아쿠아포닉 설정에는 사육 탱크, 고형물 제거, 바이오 필터, 수경법 하위 시스템 및 배수통 등 5가지 주요 구성 요소가 있습니다(그림 1; [5] 이러한 주요 구성 요소는 모두 "어류 및 어류 및 어류"라는 기능을 수행 ^합니다 . 식물생산, 부유물질 제거, 세균 질산화 등 ^[1]

그림 1: 아쿠아포닉 시스템에서 중요한 다양한 구성 요소의 축척 다이어그램이 아닙니다.

사육탱크: 물고기를 키우는 곳

사육 기술에는 세 가지 유형이 있습니다: 순차 사육, 가축 분할 및 다중 사육 단위. 이러한 다양한 기술에는 각각 장점과 단점이 있으며 다양한 레이아웃이 필요합니다. 예를 들어, 순차적 사육에는 단일 수조에 다양한 연령대의 물고기가 필요합니다. 이 설정은 다른 양육 기술보다 덜 복잡합니다. 그러나 완전히 자라지 않은 물고기를 다른 물고기가 잡힐 때 스트레스를 유발할 수 있으며 재고 기록을 추적하기 어렵게 만들고 성장이 둔한 물고기는 포획을 피합니다. 사육을 위한 또 다른 기술은 가축 분할이라고 합니다. 자원 분할에서는 첫 번째 수조가 수용 능력에 도달하면 물고기를 무작위로 두 개의 서로 다른 수조로 분할합니다. 이 기술은 발육이 부진한 물고기의 번식을 방지하는 데 도움이 되지만, 물고기를 옮길 때 발생하는 스트레스는 물고기의 전반적인 성장에 해로울 수 있습니다. 마지막 일반적인 기술은 여러 양육 장치를 갖춘 시스템입니다. 이 시스템에서는 개체군이 다양한 연령대에 시작되어 물고기가 충분히 커지면 더 큰 수조로 옮겨집니다.

고체 제거: 더 큰 유기 폐기물 제거

고형물 제거 시스템의 유형은 시스템에서 얼마나 많은 유기 폐기물이 생성되는지(즉, 얼마나 많은 물고기를 키우는지, 식물을 얼마나 키우는지)에 따라 다릅니다. 시스템의 식물 수로 관리할 수 있는 것보다 더 많은 어류 폐기물이 있는 경우 마이크로 스크린 드럼과 같은 고형물 제거 장치가 필요합니다.

이러한 중간 필터는 고체를 수집하고 "수경 재배 야채에 전달하기 전에 암모니아 및 기타 폐기물의 전환을 촉진"하는 데 도움이 됩니다. ^[10] 이는 상업적 규모의 시스템에서 작용하며 정화기가 사용되었습니다(그림 2). 정화기 시스템은 콘 바닥에 있는 고형물을 수집합니다. 상단 근처에 있을 수 있는 폐기물을 먹고 파이프를 깨끗하게 유지하려면 물고기가 탱크에 있어야 합니다. 또한 정화기 뒤에 그물망을 설치하여 정화기에서 빠져나온 과잉 유기 폐기물을 포착합니다. 이 그물망은 일주일에 한두 번씩 청소해야 합니다. 유기 물질이 축적되면 물고기를 죽일 수 있는 혐기성 조건이 발생할 수 있으므로 이러한 그물을 제거하는 것이 중요합니다. ^[5] 어류와 식물을 키우려면 일정한 pH, 용존 산소 농도, 이산화탄소, 암모니아, 염소, 아질산염 및 질산염을 비롯한 특정 수질 매개변수가 필요합니다. ^[10] 그물에서 수집된 슬러지는 다른 작물에 비료를 주는 데 사용할 수 있으며, 도시 환경에서는 폐수 처리장에서 물을 정화하는 데 사용할 수 있습니다. ^[5] 소규모 시스템에서는 폐기물 제거가 불필요할 수 있습니다(식물 재배 지역에 비해 물고기의 양이 적은 경우). ^[5] 이러한 시스템에서는 일반적으로 물고기 사육 탱크에서 "자갈 재배 수경 야채 침대"로 물이 직접 흐릅니다. ^[10]

그림 2:A) 정화기는 물이 먼저 B) 중앙 배플에 들어간 다음 C) 배출 배플을 통해 또는 D) 필터 탱크 배출구로 나가거나 E) 슬러지 배수구를 통해 나가는 방식으로 작동합니다. ^[5]

생물 여과: 박테리아 활용

아쿠아포닉스 시스템의 중요한 부분은 물고기의 아가미에서 대사 폐기물로 배설되는 암모니아를 제거하는 것입니다. ^[5] 암모니아 농도가 너무 높으면 물고기가 죽습니다. ^[5] 이는 암모니아의 질산화를 통해 방지됩니다. 이 과정에서 암모니아는 아질산염으로 산화된 다음 질산염으로 산화됩니다. 아쿠아포닉스는 자연적으로 발생하는 질산화 박테리아인 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter)를 활용하여 이 과정을 중재합니다. ^[5]

그림 3: 자연에서 질소가 겪는 자연 순환의 다이어그램. 다이어그램은 질산화 박테리아인 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter)가 독성 아질산염을 상대적으로 독성이 없는 질산염으로 전환하는 핵심 역할을 하는 지점을 구체적으로 보여줍니다. ^[12]

자연적으로 발생하는 이러한 질산화 박테리아는 다양한 표면을 따라 생물막에서 자라는 것을 좋아합니다. 아쿠아포닉에서 박테리아 성장을 최대화하기 위해 바이오필터는 가장 일반적으로 모래, 진주암 또는 자갈로 구성됩니다. ^{[5] [10]}

그림 4: 아쿠아포닉스 시스템 설정에 대한 간단한 다이어그램

수경재배 시스템: 식물이 자라는 곳

다양한 유형의 수경재배 시스템을 구별할 때 이러한 다양한 바이오필터를 인식하는 것도 중요합니다. 소규모 환경에서는 식물에 대한 칼슘의 이점 때문에 자갈이 사용됩니다. ^[5] 이러한 유형의 시스템에는 지속적인 물의 썰물과 흐름이 필요합니다. 이 시스템의 몰락에는 남은 뿌리의 막힘, 미생물 성장 및 완전한 물 순환 부족(흐름 부족으로 인해 혐기성 구역이 발생하고 식물 생산이 저하됨)이 포함됩니다. ^[5] 흐름이 부족하면 수질이 나빠지고 물고기가 죽을 수도 있습니다. ^[10] 아쿠아포닉 시스템이 더 크고 일정한 물 흐름이 선택 사항이 아닌 경우 모래 시스템이 좋은 선택입니다. ^[5] 튜브가 막히는 것을 방지하려면 더 큰 모래 알갱이를 사용하는 것이 좋습니다. 모래나 자갈 모두 선택할 수 없다면 펄라이트도 훌륭한 선택입니다. ^[5] 펄라이트 기반 시스템은 뿌리가 작은 식물을 재배하고 재배자가 수경재배 부분에 들어가기 전에 모든 고형물을 제거하려는 경우에 좋습니다. 이것이 완료되지 않으면 무산소 부분이 형성됩니다. ^[5]

배수구: 깨끗한 물을 모으는 곳

배수통은 시스템에서 물을 펌핑하는 유일한 장소입니다. 시스템에 물이 손실된 경우 이곳에서 물을 보충할 수 있습니다. ^[5]

과학 이론: 아쿠아포닉스 시스템은 어떻게 작동하나요?

아쿠아포닉스는 자연적인 생물학적 과정을 활용하는 순환 시스템입니다. 아래에서는 시스템의 각 부분(식물, 물고기, 물, 박테리아)에 대해 설명합니다.

식물: 식물에게 필요한 것은 무엇이고 어떻게 가장 잘 자랄 수 있나요?

첫째, 아쿠아포닉스 시스템에 가장 잘 적응하는 식물을 다루는 것이 중요합니다. 이 시스템은 물냉이, 바질, 쪽파, 시금치, 허브, 상추와 같이 영양 요구량이 낮은 식물에 가장 적합합니다. ^그러나 토마토와 오이도 재배되었습니다. ^[13] 물 흐름이 좋지 않아 혐기성 조건이 조성되면 이러한 구역에서는 식물 성장이 부족해질 수도 있습니다. ^[5]

미디어가 채워진 시스템의 토마토 식물의 예. 작가 개인 사진.

뿌리 작물

점토 자갈이나 자갈과 같은 바위가 많은 환경에서 자라음에도 불구하고 뿌리 작물은 아쿠아포닉 시스템에서 상당히 잘 자라는 것으로 알려져 있습니다. 아쿠아포닉스로 재배할 수 있는 식물의 짧은 목록은 양상추, 쪽파, 물냉이, 바질, 양배추, 토마토, 스쿼시, 멜론으로 구성됩니다. 아쿠아포닉 개발 초기에는 잎이 많은 작물만 재배할 수 있다고 생각했습니다. 현재 캐나다 앨버타에 있는 작물 다양화 센터에서 시도한 바와 같이 60가지 이상의 다양한 식품이 성공적으로 재배되었습니다. ^[14]

침입성 뿌리

민트처럼 뿌리가 빨리 자라는 종을 심는 것은 바람직하지 않습니다. 공격적인 루트 시스템이 배관으로 성장하여 시스템을 압도합니다. ^[4]

미디어가 가득한 시스템

미디어 충진 시스템은 가정에서 식품을 생산하는 데 가장 일반적이므로 이 섹션에서는 미디어 충진 방법과 관련하여 자세히 설명합니다. 이 방법의 많은 구성 요소는 뗏목 및 NFT 시스템에도 사용됩니다. 미디어로 채워진 작업의 기본 부분은 재배 침대, 어항 및 정화기입니다. 물론 개별 펌프, 폭기 장치, 온수기/냉각기, 백업 전원 시스템 및 PVC 배관을 사용한 다양한 배관도 필요합니다.

성장 매체

표준 1/4인치(0.66cm) 자갈, 진주암 또는 수경재배에 일반적으로 사용되는 점토 자갈의 일종인 하이드로톤을 재배 매체로 사용할 수 있습니다. 자갈은 약간 저렴하지만 하이드로톤은 균일성 때문에 어떤 경우에는 심기가 더 쉽습니다.

용량

물고기 한 마리는 약 10리터, 즉 2.5갤런의 공간이 필요합니다. 따라서 50갤런 어항이 있으면 물고기 20마리를 키울 수 있습니다. 하지만 물이 많을수록 시스템을 안정화하는 데 도움이 됩니다. 최소 권장 탱크 크기는 250갤런, 즉 1000리터입니다. 재배 침대 볼륨은 어항 볼륨과 동일해야합니다. ^[4] 성공의 정도는 다양한 소규모 시스템이 만들어졌습니다.

플러시/충전 시스템

재배 베드를 사용할 때 매체에 주기적으로 물을 채우고 배수해야 합니다. 이를 수행할 수 있는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

적절한 흐름은 뿌리와 박테리아 군집에 산소를 전달하는 데 중요합니다. ^[4] 성장판에서 다시 어항으로 물을 이동시키는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 여기에는 벨 사이펀, 유출, 변기 밸브 또는 타이머에 설정된 펌프가 포함됩니다. 매체 충진 시스템의 물에 적절한 양의 물, 영양분 및 산소를 전달하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 핵심은 시스템을 통해 물을 순환시키고 독성 수준의 암모니아와 아질산염이 축적되는 것을 허용하지 않는 유량을 갖는 것입니다.

식물 영양소

시스템에 따라 물에 특정 영양분을 추가해야 할 수도 있습니다. 철, 칼슘, 마그네슘, 칼륨 및 붕소. 이들은 약 3주마다 킬레이트 형태로 물에 첨가될 수 있습니다. 위에서 설명한 바와 같이 해충 재배로 아쿠아포닉을 보충하면 이러한 필요성을 피할 수 있습니다.

친절한 아쿠아포닉스는 식물의 영양 결핍을 식별하는 가이드를 만들었습니다.

생선: 최고의 생선 생산을 위한 요구 사항

특정 물고기는 변화에 더 잘 견디기 때문에 더 좋습니다. 틸라피아는 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 물고기입니다. ^{[10] [5]} 시스템에 포함된 물고기에는 "틸라피아, 송어, 농어, 북극 곤들매기, 농어가 포함됩니다. 틸라피아는 pH, 온도 산소 및 용존 고형물과 같은 변동하는 수질 조건에 내성이 있습니다." ^[10] 앞서 언급한 다양한 조건(암모니아, 아질산염, 질산염, pH, 용존 산소, 이산화탄소)은 물고기의 가장 높은 성장률을 보장하기 위해 모니터링하는 데 중요합니다. ^[10] 이러한 조건은 "어류의 입식밀도, 어류의 성장률, 먹이율 및 양"을 통해 직간접적으로 측정할 수 있다. ^[10]

음식으로서의 생선

당신이 살고 있는 기후에 따라, 당신의 지역에 서식하는 물고기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이를 통해 수조를 가열하거나 냉각하는 데 최소한의 에너지를 투입할 수 있습니다. 또한 수질이나 온도의 변화에도 견딜 수 있는 강건한 품종을 선택하는 것이 좋습니다. 일부 물고기는 동료가 커지면 잡아먹기 때문에 별도의 수조에 분류해야 한다는 점을 명심하세요. ^[4]

급송

물고기 먹이는 아쿠아포닉 시스템의 주요 투입물이므로 먹이 선택은 지속 가능성에 매우 중요합니다. ^[14]

물고기에게 먹이를 주는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 대부분의 시스템은 다음 중 여러 가지를 유리하게 결합할 수 있습니다.

• 펠렛 생선 음식 . 물고기에게 먹이를 줄 때는 물고기와 콩으로 만든 고품질 펠렛 사료를 사용하면 됩니다. 이는 아쿠아포닉 시스템에서 물고기에게 먹이를 주는 가장 일반적이고 잘 테스트된 방법이지만 지속적인 외부 입력이 필요하여 시스템의 운영 비용이 상당히 증가한다는 단점이 있습니다. 다음 옵션을 사용하여 시스템을 완전 폐쇄 루프 시스템에 더 가깝게 만들 수 있습니다.
• 조류 . 조류는 거의 모든 잔잔한 물에서 고유하게 자라며 물고기에게 먹이를 제공합니다. 어항에 플라스틱 메쉬(빈 과일 상자 같은)를 놓으면 조류가 자랄 수 있는 표면이 제공됩니다. 불행하게도 최상의 상황에서도 조류만으로는 물고기의 먹이 요구를 완전히 충족시키기가 어렵습니다.
• 선택한 물고기 품종이 잎이 많은 채소를 먹는다면, 물고기 먹이는 성장판에서 생산될 수 있습니다.
• 개구리밥 도 보조탱크 표면에 키운 뒤 필요에 따라 수확해 냉동할 수 있어 탁월한 선택이다. ^[4] 개구리밥은 빠르게 자라며 물고기에게 필요한 단백질과 영양분 함량이 높으며 대부분의 기후에 적합한 종이 있습니다. 또한 개구리밥은 물고기의 부산물인 암모니아를 흡수하여 특정 유형의 물고기에게 먹일 수 있는 단백질이 풍부한 음식을 제공합니다. ^[15]
• 벌레 . 어떤 사람들은 아쿠아포닉과 함께 해충 사육을 실천하기도 합니다 . 이를 통해 작물의 먹을 수 없는 부분(또는 잔디 깎기 등 주변에 있는 기타 유기 폐기물)을 벌레에게 먹일 수 있습니다. 그런 다음 벌레를 물고기에게 먹일 수 있습니다. 벌레장에서 생산된 퇴비는 아쿠아포닉 시스템 외부에서 식물을 재배하는 데 사용하거나 시스템의 수경 요소에 추가할 수 있는 퇴비 차를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이는 식물이 받는 영양분을 다양화하며, 특히 부족할 수 있는 붕소를 공급합니다.

양식장

치어를 구입할 수도 있지만 어항에 치어를 채우는 유일한 공급원일 필요는 없습니다. 폐쇄 루프 시스템의 아이디어를 계속 유지하려면 어류 개체수가 스스로 유지될 수 있도록 양육 탱크를 설치하고 교미를 촉진할 수 있습니다. 성체가 먹기 때문에 어떤 경우에는 새끼를 별도의 수조로 옮기는 것이 중요합니다. ^[4]

물

아쿠아포닉스 시스템에서 수질은 식물의 품질과 직접적인 상관관계가 있습니다. 식물이 번성하려면 특정 미네랄이 필요하며 이러한 미네랄은 어류 폐기물에서 제공됩니다. 비수경 재배 환경에서는 미네랄이 토양에서 나옵니다. 아쿠아포닉과 같은 폐쇄형 수력 시스템에서는 시스템에 유입되는 미네랄이 고도로 규제됩니다. 토양에서 식물을 키울 때 식물이 독성 미네랄을 흡수하고 ^[16] 최종 제품에서 이를 소비할 위험이 있습니다. 따라서 아쿠아포닉스는 보다 순수한 형태의 유기농법으로, 더 높은 수준의 규제를 제공하여 더 높은 품질의 제품을 생산합니다.

정화기, 광물화, 탈기 및 생물여과

땅에 묻혀 있는 이 시스템의 중간 배럴은 정화기 역할을 합니다. 그 뒤에는 재배 모판이 올라가고, 앞쪽에는 어항이 묻혀 있습니다. 작가 개인 사진.

수질 유지는 시스템의 모든 부분에서 중요합니다. 특히 중요한 요소 중 하나는 pH 균형입니다. 시스템의 여러 부분이 특정 pH에서 번성하기 때문입니다. 그러므로 어느 정도 타협이 이루어져야 합니다. 물고기는 일반적으로 pH 7.5~8을 좋아하고, 식물은 6.0~6.5에서 가장 잘 활동하며, 박테리아 군집은 7.0~8.0에서 가장 효율적으로 활동합니다. 시스템이 최상의 기능을 발휘하기 위한 전체 pH에 대한 합의는 7.0입니다. ^[14]

허용 가능한 수질 수준에 도달하려면 설치된 아쿠아포닉 장치의 유형에 따라 다양한 구성 요소가 필요합니다. 세 가지 주요 유형이 있습니다: 뗏목, 영양막 기법(NFT), 미디어 충진 베드. 플로트(float), 딥 채널(deep Channel), 딥 플로우(deep flow)라고도 불리는 뗏목 시스템은 수조와 별도의 탱크에 떠 있는 스티로폼 보드에서 식물을 재배합니다. NFT는 식물의 뿌리에 영양분을 공급하기 위해 얇은 물막이 흐르는 길고 좁은 수로에서 식물을 재배합니다. 매체 충전 베드는 식물 뿌리가 유지되는 자갈, 진주암 또는 하이드로톤과 같은 생육 매체로 채워진 단순한 용기이며, 뿌리에 영양분을 공급하기 위해 홍수 및 배수 과정을 거칩니다. ^처음 두 가지 방법은 상업용 규모의 작업에서 더 일반적이고, 마지막 방법은 한 가족이 먹을 수 있는 소규모 식품을 생산하는 뒷마당 작업에서 가장 일반적으로 사용됩니다.

정화기는 물기둥에서 고형물을 제거하는 데 사용됩니다. 이는 여러 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 원뿔형 정화기와 침전조는 물기둥에서 고형물이 침전되는 것을 촉진합니다. 이는 자신이 속한 물에 비해 비중이 높다는 개념을 기반으로 합니다. ^[14] 기본적으로 이는 침전지나 원추형 침전지 등 정화 도구 바닥에 가라앉아 포획될 수 있음을 의미합니다. . 고형물을 제거하는 또 다른 방법은 역세 과정에서 유기물을 제거하는 마이크로 스크린 드럼 필터입니다. 고형물 제거는 래프트 및 NFT 시스템에서만 필요합니다. 왜냐하면 매체가 채워진 베드에서는 고형물이 매체에 걸려 다른 시스템 구성 요소의 기능을 방해하지 않고 생분해될 수 있기 때문입니다. ^[14] 때로는 고형 폐기물이 많을 때 매체가 채워진 시스템에 정화기를 두는 것이 도움이 됩니다.

이제 본질적으로 시스템의 비료인 고형물이 제거되면 시스템이 어떻게 기능하는지 궁금할 것입니다. 정화기 이전에 뗏목 및 NFT 시스템에는 일종의 다공성 매체로 채워진 광물화 탱크가 필요합니다. 이 영역에서 종속 영양 박테리아는 폐기물을 식물이 쉽게 사용할 수 있는 요소로 변환합니다. 이 과정에서는 황화수소, 메탄, 질소와 같은 가스도 생성됩니다. 따라서 이를 공기 중으로 방출하는 데 도움이 되는 탈기 탱크가 필요합니다. ^[14] 다시 말하지만, 매체가 채워진 베드에서는 고형물이 매체에 갇혀 시스템에 남아 있기 때문에 이는 필요하지 않습니다.

생물여과는 박테리아 군집이 살 수 있는 장소를 제공합니다. 박테리아가 건강한 수준으로 정착할 수 있는 충분한 표면적이 있기 때문에 래프트 및 배지가 채워진 시스템에서는 필요하지 않습니다. 그러나 NFT 시스템에서는 건강한 콜로니를 안정화하기 위해 추가 콜로니화 공간을 제공해야 합니다. 이 확장을 바이오필터라고 합니다. ^[14]

통기

적절한 물의 통기는 물고기의 삶의 질에 매우 중요합니다. 산소가 충분하지 않으면 물고기는 45분 안에 죽을 수 있습니다. ^[4] 죽음이 즉각적이지 않더라도 아가미 손상은 영구적일 수 있으며 천천히 물고기 개체수가 감소합니다. 이것이 바로 백업 전원 시스템을 갖추는 것이 중요한 이유입니다. 물 통풍기는 수족관 용품점에서 구입할 수 있지만 전기로 구동되어야 합니다. 따라서 전기 장애가 발생하면 물에 산소 공급이 중단되고 어류 개체군에 피해가 발생합니다.

수족관형 통풍기는 수조에 산소를 추가하는 유일한 방법은 아닙니다. 매체가 채워진 시스템에서는 성장판에서 흘러나오는 물이 충분한 높이에서 떨어지면서 어항으로 다시 들어가 물에 공기가 섞이도록 배열할 수 있습니다. 다시 말하지만, 정전이 발생하면 폭기를 유발하는 펌프도 작동하지 않습니다. 적절한 산소를 공급하기 위해 어떤 조치를 취하더라도 전기 ​​백업이 필요합니다.

박테리아: 이 박테리아는 어떻게 도움이 되나요?

아쿠아포닉스 시스템의 중요한 부분은 물고기의 아가미에서 대사 폐기물로 배설되는 암모니아를 제거하는 것입니다. ^[5] 암모니아 농도가 너무 높으면 물고기가 죽습니다. ^[5] 이는 암모니아의 질산화를 통해 방지됩니다. 이 과정에서 암모니아는 아질산염으로 산화된 다음 질산염으로 산화됩니다. ^{아쿠아포닉스는 자연적으로 발생하는 질산화 박테리아인 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터 (Nitrobacter} )를 활용하여 이 과정을 중재합니다 . 존재하는 박테리아의 계통과 시스템 내에서의 기능을 확인하기 위해 다양한 유형의 아쿠아포닉 식물의 뿌리에서 박테리아를 분리했습니다. ^{[17] [10] [18] [5]} 갈대과의 수처리 rhizoplane의 일종인 Phragmites communis에서 Nitrosomonascommunis와 Nitrosomas europaea(둘 다 암모늄산화세균) 균주가 존재하는 것으로 분류학적 연구가 수행되었습니다. 뿌리에. ^[17]

그림 5: UVI 아쿠아포닉 시스템의 개략적인 규모는 아닙니다. ^[19]

박테리아 콜로니

전체 시스템에 서식하는 박테리아 군집은 아질산염과 암모니아를 질산염으로 전환하여 식물이 사용할 수 있도록 하는 역할을 합니다. 이러한 전환이 없으면 아질산염과 암모니아가 독성 수준에 도달하여 물고기와 식물을 죽일 것입니다. ^[14]

자연 식민지 건설

이러한 박테리아는 공기와 물에서 자연적으로 발견되므로 시스템에 첨가할 필요가 없습니다. 자연 군집이 형성되는 데는 20~30일, ^[14] 때로는 최대 8주까지 걸릴 수 있습니다. ^[4] 결국 모든 자연 시스템과 마찬가지로 구성 요소는 균형을 이루고 유지 관리가 거의 없이 안정적으로 유지됩니다.

나만의 시작하기

그러나 집락화 과정을 촉진하기 위해 요소 비료를 암모니아 공급원으로 극소량 첨가할 수 있습니다. ^[4]

전력이 없거나 낮은 Aquaponic 시스템

전력 요구 사항이 거의 또는 전혀 없는 시스템을 구축하려는 경우(예: 개발 도상국에서 아쿠아포닉을 홍보하는 경우) "플러드 밸브"를 사용할 수 있습니다. ^[20] 이 시스템은 수조에서 "홍수 밸브… [그리고] 시간당 100갤런 미만의 유속"으로 물을 펌핑하는 펌프로만 작동합니다. ^{이 시스템의 구체적인 설계는 아직 나오지 않았지만} "표준 변기 밸브"와 유사한 방식으로 작동합니다. ^[20]

다른 디자인에는 밸브가 없지만 대신 수작업을 사용합니다. 아쿠아포닉 시스템은 태국에서 무료로 구축되었으며 전기 입력이 필요하지 않습니다. ^[21] 물고기를 담을 수조(대형 플라스틱 통 등), 식물을 담는 용기, 식물을 수조 위로 올리는 수단, 물 공급 장치 등이 필요합니다. ^[21] 이 시스템을 시작하려면 최소한 일주일 전에 물고기를 넣어두는 것이 중요합니다. 또한, 식물에 물을 주기 전에 물고기 사육 탱크를 휘저은 다음 물통을 채우십시오. 이 시스템에서는 물고기 사육 탱크를 주기적으로 청소해야 합니다. 마지막으로, 적어도 하루에 세 번 용기에 물을 주는 것이 중요합니다. ^[21]

운영 및 유지보수

작동 및 유지 관리는 모든 설계에 따라 다릅니다. 일반적으로 다양한 수준의 영양소와 pH를 모니터링해야 합니다. ^[22] 시스템의 서로 다른 구성 요소 사이의 파이프에 쌓인 "슬러지"를 제거하는 것도 중요합니다. ^[23] 다양한 시스템이 언급된 다른 섹션에는 유지 관리 기술에 대한 자세한 내용이 있습니다.

시스템 평가

세계의 많은 곳에서는 채소나 신선한 생선을 쉽게 구할 수 없습니다. ^[21] 이러한 장소 중 일부는 근처에 식료품점이 없는 도심 지역의 뒷마당에 있습니다. 아쿠아포닉 시스템을 평가할 때는 이러한 희소한 자원(신선한 생선 및 채소)이 지역 사회에 제공할 수 있는 중요성을 고려해야 합니다. ^틸라피아 는 인간의 식단에서 모두 중요한 부분인 지방, 단백질, 철분을 함유하고 있습니다. ^[25]

시스템의 경제적 이익을 평가하려는 경우 "현재까지 소규모 및 대규모 운영의 수익성을 평가한 연구는 거의 없습니다". ^{[1] "} 어류 및 기타 동물이 농산물 근처에 있을 때 살모넬라 및 대장균의 확산을 포함하여 교차 오염의 위험"이 있기 때문에 식품 안전이 문제가 될지는 아직 명확하지 않습니다. ^[1] 그러나 다음과 같은 이유로 이익이 증가하는 것으로 알려져 있습니다. 1) 물고기가 식물 영양소를 "무료"로 생산합니다. 2) 대형 바이오 필터가 종종 불필요합니다. 3) 물 요구 사항이 감소합니다. 4) 시스템을 운영하는 데 드는 전체 비용 인프라의 경우 두 시스템이 공유합니다. ^[26]

시스템을 평가하는 또 다른 방법은 식물의 영양분 제거 효율성을 분석하는 것입니다. 이것은 많은 과학자들에 의해 수행되었습니다. 그러한 실험 중 하나에서 과학자들은 성장 성능, 상추 수확량 및 영양 유지를 살펴봄으로써 아쿠아포닉 시스템에서 질소 배설 및 흡수를 테스트했습니다. ^또 다른 실험에서는 토마토와 오이의 질소 제거를 분석하기 위해 아쿠아포닉 시스템을 설정했습니다. 가장 높은 제거율은 토마토에 의한 것으로 밝혀졌으며 전체 시스템에서는 "전체 시스템에 의한 질소 제거의 69%가 식용 과일로 전환될 수 있었습니다". ^특정 작물의 수확량은 시스템의 생산성을 평가하는 데 사용될 수도 있습니다. Graberet al. 그들은 4가지 서로 다른 토마토 작물을 분석한 결과 수경재배 시스템과 비교할 때 아쿠아포닉 시스템의 수확량이 더 높다는 것을 발견했습니다(그림 6).

그림 6: 두 가지 다른 시스템에서 재배된 다양한 종의 토마토 작물의 수확량; 아쿠아포닉 또는 수경재배. ^[29]

가장 많은 영양분 흡수를 통해 가장 큰 경제적 이익을 얻기 위해 한 연구에서는 "어류 공급 속도와 그에 따른 용해 영양분이 더 높은 재순환 탱크 시스템에서 가장 큰 식물 성장이 관찰되었습니다. 이 시스템에서 제대풀-스파르티나 바이오매스 인공습지보다 생산량이 25% 많았고, 질소흡수량은 자연습지보다 2배 높았다. 예비 경제성 분석에 따르면 식물 생산은 상대적으로 높은 가치를 갖고 있어 부수입을 창출할 수 있는 것으로 나타났다. ^[23]

영향

전 세계의 다양한 조직에서는 소외된 지역 사회에 신선한 식물과 물고기를 제공하기 위해 개발 도상국의 일부 지역에 아쿠아포닉 시스템을 설치했습니다. 그러한 조직 중 하나인 국제구조위원회(International Rescue Committee)는 틸라피아가 들어 있는 2개의 700갤런 양어 탱크를 갖춘 아쿠아포닉 시스템을 구축하고 생산된 폐수를 사용하여 신선한 식물을 재배했습니다. ^[30]

도시 지역사회에서 아쿠아포닉은 쉽게 접근할 수 없는 개인에게 값싸고 신선한 농산물을 제공하는 데 사용되었으며 어떤 경우에는 개인이 도시의 아쿠아포닉 시스템을 통해 이익을 얻었습니다. ^[31] 현재 매사추세츠주 애머스트 대학교(University of Amherst Massachusetts)는 우간다에서 지역사회 주민들에게 고품질 단백질을 제공할 아쿠아포닉스 프로젝트를 진행하고 있습니다. ^[32] https://www.cns.umass.edu/about/news/2012/danylchuk-holingsworth-develop-aquaponics-for-developing-countries 에서 비디오를 참조하세요 . 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)은 또한 베트남에서 호아빈(Hoa Binh)이라는 지방에 틸라피아와 쌀을 제공하는 프로젝트를 진행하고 있습니다. ^[33]

씨 뿌리기

아쿠아포닉에 관한 사실과 정보는 인터넷(예: http://theaquaponicsource.com/learn-about-aquaponics/ )을 통해 찾을 수 있으며, 여기에서 개인은 시스템 뒤에 숨은 과학, 설정 방법에 대해 배울 수 있습니다. 자신의 아쿠아포닉스 시스템을 구축하고 이미 자신의 아쿠아포닉스 설정을 실험해 본 다른 개인들과 (블로그를 통해) 이야기를 나눕니다. 아쿠아포닉스에 대한 관심이 다시 높아진 이후로 전 세계 국가들이 아쿠아포닉스 시스템의 혜택을 누리기 시작했습니다. 미국에서는 노스캐롤라이나 주립대학교와 버진 아일랜드 대학교가 이 기술을 발전시키는 데 큰 역할을 해왔습니다. ^[5] 극심한 물 부족으로 고통받고 있는 남미 국가들은 효율적인 물 사용으로 인해 이러한 통합 양식 및 원예 시스템의 주요 후보입니다(Bishop, 2009). 일본, 대만, 방글라데시를 비롯한 아시아의 많은 국가에서는 응축된 공간에서 유기농 식품을 저렴하게 생산할 수 있는 가능성 때문에 아쿠아포닉을 채택했습니다. 호주에서는 과학자들이 틸라피아(시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 물고기)에 대한 금지로 인해 양식할 다양한 종의 물고기를 실험해 왔습니다. ^[10] 아프리카에서는 유지 관리가 쉽고 저렴하며 효율적인 아쿠아포닉 시설이 건설되었습니다. ^[20] 아쿠아포닉스는 지구상 거의 모든 대륙에 존재합니다. ^{[10] [21] [20] [5] [34]} 대부분의 운영은 연구, 교육, 비영리, 상업 또는 개인 애호가(대부분의 시스템은 소규모) 범주 중 하나에 속합니다. ^[1]

보급에 대한 도전

이 시스템의 주요 제약 중 하나는 시작 비용이 상당히 크고, 상업용 규모 시스템을 위한 많은 양의 토지가 필요하며, 일반적으로 "대규모 모델과 훈련된 인력이 부족"하다는 것입니다. ^[1]

재설계

물고기가 제공하는 영양분의 양은 어떤 경우에는 질화 박테리아에 의해 질산염을 식물이 사용할 수 있는 질소로 충분히 빠르게 전환할 수 없습니다(Tyson et al., 2007). pH가 질화 속도를 변화시키는 것으로 알려져 있지만, 현재 시스템에서는 박테리아, 어류 및 식물에 "좋은" pH 사이의 균형이 어렵습니다. 즉, 각각의 이상적인 pH가 서로 다릅니다. ^{[35] [36]}

집에서 만든 시스템

집에서 아쿠아포닉 시스템을 구축할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다. 특히 아이들에게 생명 과학을 가르치는 데 사용된다면 재미있고 보람 있는 프로젝트가 될 수 있습니다. 식량 생산을 목적으로 집에서 만든 시스템에 투자하는 것은 완전히 다른 일입니다. 아쿠아포닉 시스템에는 시스템에 너무 많은 변수가 있기 때문에 잘못될 수 있는 일이 많습니다. 수질은 아쿠아포닉에서 가장 중요한 관심사이며, 시스템의 한 부분이라도 균형이 맞지 않거나 오작동하는 경우 큰 변화를 겪을 수 있습니다. 따라서 다른 투자와 마찬가지로 이 투자에서도 프로젝트를 시작하기 전에 위험이 무엇인지 이해하는 것이 중요합니다. 아래에는 효율적인 시스템을 설계하는 데 도움이 되는 방법과 주의해야 할 몇 가지 사항이 설명되어 있습니다. 그러나 이것은 다른 문서와 마찬가지로 불완전합니다. 자신만의 시스템을 구축하기로 결정했다면 의심할 바 없이 새로운 문제에 직면하게 될 것입니다. 하지만 낙심하지 마십시오. 해결책은 거기에 있습니다. 계속해서 읽고 계속 노력한다면 저렴한 식량 생산에 대한 답이 거기에 있습니다.

아쿠아포닉스 시스템을 구성하려면 몇 가지 항목이 필요합니다. 키트는 www.backyardaquaponics.com과 같은 조직에서 구입할 수 있습니다. ^[37] 시스템은 자신의 재료를 사용하여 구축할 수도 있습니다. 기본 구성 요소는 어항이나 오래된 욕조, 수중 펌프, 펌프에서 박테리아 챔버로 물을 이동시키는 PVC 파이프, 공기 펌프 및 공기석입니다. ^[38] 소규모 시스템은 훌륭한 교실 프로젝트도 만듭니다. 학생들은 놀이 기술과 관련된 문제 해결 기술을 배울 수 있습니다. ^기타 교육적 측면에는 자연 순환, 질산화 , 생물학, 어류 해부학, 영양, 농업, 수학 및 비즈니스가 포함됩니다. 미국 및 기타 국가 전역의 학교에서는 초등학교부터 대학 수준의 교육 경험을 위해 아쿠아포닉을 사용하고 있습니다. ^[14]

배럴포닉스

배럴포닉스 매뉴얼 . 배럴포닉스(Barrelponics)는 통 속의 아쿠아포닉(Aquaponics)이다. 작지만 확장 가능합니다. 배럴포닉스 시스템 구축 방법에 대한 전체 설명을 원하시면 Hughey에서 제공하는 PDF [1] 를 참조하세요 . ^[40]

이것은 Sierra Nevada College의 시스템 예입니다. 즐기다!

시에라 네바다 대학 아쿠아포닉스 시스템

농장 분수

Farm Fountain은 아쿠아포닉과 조각품을 결합합니다. 수직농장 방식으로 아쿠아포닉을 적용해 공간을 절약한다. 자신만의 것을 만드는 방법

최종 팁

새로운 시스템을 설계할 때 수질은 말 그대로 시스템의 생명선이 될 것임을 이해하는 것이 중요합니다. 적절한 유속과 물 전달이 없으면 시스템은 설령 제대로 작동하지 않을 것입니다. Murry Hallam은 자신의 교육 비디오 Aquaponics Made Easy 에서 소형 아쿠아포닉스 시스템에서는 1000L(265갤런)보다 작은 시스템을 사용하지 않는 것이 가장 좋다고 지적합니다. 그 이하에서는 온도가 변하거나 어류 폐기물이 급증할 때 완충 역할을 하는 물의 양이 적어 시스템의 물 양이 덜 안정적이기 때문입니다.

그 정도의 물을 이동시키는 것은 많은 에너지를 소비할 수 있으므로 집에서 만든 시스템을 설계할 때 시스템의 한 부분에서 다른 부분으로 물 이동을 촉진하기 위해 중력을 사용하는 방법에 중점을 두십시오. 계획 단계에서 이를 수행하는 좋은 방법은 각 탱크의 수위 위치를 보여주는 다이어그램을 그리는 것입니다. 이렇게 하면 시스템에서 물건을 주문하는 위치와 다이어그램 끝에서 시스템을 통해 물을 이동시키기 위해 달성해야 하는 수직 리프트의 양을 알 수 있습니다.

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추가 읽기

• FAST의 아쿠아포닉스 정보
• 뒷마당 아쿠아포닉스 . 활발한 포럼 포함
• Growing Power는 식량 재배에 관해 사람들을 교육하는 데 전념하는 비영리 단체입니다.
• Friendly Aquaponics 에는 시스템에 대한 계획이 포함되어 있습니다.
• 아쿠아포닉스 저널 기사
• Wikipedia 아쿠아포닉스 기사 , 추가 읽기 섹션
• 기본 아쿠아포닉스 시스템(DIY) (Wikiversity)
• Aquaponics에 대한 도움말 Aquaponics 시스템 구축 및 운영에 대한 계획이 포함되어 있습니다.
• Aquaponics Ideas 블로그는 Aquaponics에 대한 정보와 아이디어를 제공합니다.
• Aquaponics 농업 #1 Aquaponics 가이드를 위한 리소스

참고자료