アクアポニックスシステムのしくみ

近年、アクアポニックスとして知られる農業の代替形態への復活がありました。これらのシステムの基本は古代にさかのぼることができますが、インターネットの出現により、余ったタンクや機器を在宅システムに適応させた自作者の大規模なコミュニティが生まれました。

アクアポニックスで最も魅力的なのは、植物と動物の共生関係です。これは私たちの周りで毎日起こりますが、アクアポニックスシステムはこれをリアルタイムで表示するための優れた方法を提供します。その最も基本的な形では、アクアポニックスは、水生種を収容する水源から供給される栄養豊富な水で植物を育てることで構成され、魚が最も人気があります。しかし、多くの場合、システムの最も重要な有機体である有益なバクテリアは見過ごされています。科学を掘り下げる前に、まずアクアポニックスを構成する2つの主要なシステムである水耕栽培と水産養殖を調べる必要があります。

用語と方法

「水耕栽培」は、栄養豊富な溶液で作物を生産することです。水耕作物を栽培する方法はたくさんありますが、アクアポニックスで最も一般的に使用されているのは、メディアベッド、深層水耕栽培（DWC）、および栄養膜技術（NFT）です。多くの場合、2つ以上の方法の組み合わせを1つのシステムに採用することができます。使用する方法の選択は、多くの場合、個人のスキルレベル、利用可能な時間、および財源に依存します。ただし、適切な方法を決定する際には、作物の選択を考慮に入れる必要があることに注意してください。追加の考慮事項は次のとおりです。メディアベッドは、少なくとも1時間に2回、浸水および排水する必要があります。メディアには、1 / 2〜3/4インチの非石灰岩の砂利を使用できます。 DWCシステムが適切に機能するには、少なくとも8インチの水深と通気が必要です。また、NFTシステムは、NFTチャネルから適切に排水できるように調整する必要があります。

水耕栽培システムの栄養素は、通常、市販の栄養濃縮物を介して供給されます。 「アクアポニックス」システムでは、これらの栄養素は魚の排泄物の分解と硝化に由来します。水生植物で育てられた植物は、それらの陸生植物が必要とするのと同じ多量栄養素と微量栄養素を必要とします。

監視する最も重要なパラメータの1つはpHです。アクアポニックスシステムにおける植物の栄養素の取り込みは、適切なpHに大きく依存しています。 6.8から7.0の範囲は、植物、バクテリア、および魚のための最良の共通の地面を提供します。

土壌栽培作物からアクアポニックスに切り替えるときに見落とされがちな要件は、根域の酸素です。酸素の供給方法は、栄養豊富な溶液の成長方法と供給に依存します。メディアベッドを使用する場合、酸素は空気によって供給され、溶液が排出されるときにメディアに引き込まれます。 DWCを使用する場合、空気は溶液に沈められたエアストーンを介して供給されます。 NFTを使用すると、根の塊の上部を空気にさらし、残りの根を栄養素の薄層に沈めることができます。

「水産養殖」とは、水生生物の養殖です。魚は、より典型的な家畜と同じ基本的なニーズ（酸素、水、栄養、適切な環境）を必要とします。酸素は通常、曝気によって供給されます。選択した種の温度要件を満たす塩素処理のない、病原体のない水源から水を供給します。魚の生存に影響を与える可能性のある水質はたくさんあります。たとえば、溶存酸素、総アンモニア窒素（TAN）、pH、アルカリ度、硬度、塩分などです。

養殖システム

世界中で行われている養殖にはいくつかの種類がありますが、最も広く使用されている3つの陸上養殖方法は、レースウェイシステム、池養殖、および再循環養殖システムです。レースウェイシステムは、継続的に流れる水の地形を利用して、魚に新鮮できれいな水を供給します。池の養殖では、ほとんどの場合、人工の池を利用して魚を低密度で飼育します。再循環水産養殖システム（RAS）は、飼育水槽、固体ろ過、生物学的ろ過で構成されています。酸素は、増加した貯蔵密度をサポートするために適切なレベルの溶存酸素を維持するために、曝気によって供給されます。アクアポニックスシステムの大部分は、設計の基礎としてRASを使用しています。

センタードレン3：1の直径から深さの丸いタンクは魚の飼育に理想的です。流入する水は、廃棄物のセルフクリーニングを容易にするために、タンクの周囲に沿って向ける必要があります。魚を水槽に入れておくために出口をふるいにかける必要がありますが、廃棄物は出て行けます。水1ガロンあたり0.5ポンド未満の魚の飼育密度を維持し、1時間に1回水槽の容量を交換することが重要です。さらに、固形廃棄物のろ過は必須であり、可能であれば重力流ろ過を利用する必要があります。この例としては、ラジアルフローセパレーター、スワールフィルター、ソックスフィルターがあります。

ろ過

水産養殖システムの最も見過ごされているコンポーネントは、生物学的ろ過です。これは、魚が生成するアンモニアを亜硝酸塩に変換し、次に硝酸塩に変換するシステムです。バイオフィルターは、硝化細菌が繁殖できる好気性環境を提供するために酸素を必要とします。バイオろ過には多くの利用可能な設計があります。最も一般的な方法の1つは、浮力のあるプラスチック媒体を利用して内部表面積を増やし、硝化細菌のコロニー形成を可能にします。

移動床バイオフィルムリアクター（MBBR）はその一例です。 MBBRは、一度確立されると効率的であり、メンテナンスはほとんど必要ありません。バイオフィルターが適切に確立されるまでには4〜6週間かかります。バイオフィルターにバクテリアを「播種」できる製品もありますが、硝化バクテリアが定着するまで、純粋なアンモニアを少量ずつ定期的に加えることで、母なる自然に働きかけることもできます。アンモニアと亜硝酸塩がピークに達して減少すると、アンモニアが生成されている限り、硝酸塩は上昇し、安定したままになります。確立したら、魚を追加できます。

すべてがどのように連携するか

窒素循環は、アクアポニックスシステムで最も重要なプロセスです。これがRASとアクアポニックスシステムを機能させるものです。その効率がシステムの健全性と生産の可能性を決定します。魚の餌は、システム内の窒素の大部分を占めています。窒素の一部は魚のバイオマスに変換され、残りはタンパク質代謝の副産物であるアンモニアとして培養水に排泄されます。独立栄養細菌は、アンモニアを亜硝酸塩に酸化し、次に硝酸塩に酸化します。アンモニアと亜硝酸塩はどちらも植物が利用できますが、硝酸塩は植物にとって好ましい窒素の形態であることがよくあります。

ポンプは間違いなくあらゆるシステムの心臓部です。ポンプの適切なサイズ設定は、エネルギーの節約とろ過効率に不可欠です。ポンプが小さすぎると、培養容器に固形物が集まり、ろ過効率が低下します。ポンプが大きすぎると、電力が無駄になります。したがって、開始するのに最適な場所は、培養タンクの容量をサイジングすることです。培養タンクの容量を1時間に1回交換するようにポンプのサイズを調整し、過剰な配管継手を最小限に抑えてポンプの制限を減らします。

魚を育てるのに重要なもう1つの要素は、曝気です。小規模システムで使用される最も一般的な方法は、空気ポンプです。これは、大気を使用して、水中のエアストーンまたはディフューザーを介してシステムに酸素を供給します。一般に、溶存酸素（DO）は1リットルあたり5ミリグラム以上である必要があり、メーターまたは滴定キットでテストできます。

原理を見てきましたが、アクアポニックスシステム全体を見てみましょう。基本的な設計は、植物成長床を追加したRASシステムによく似ています。 RASシステムの大部分では、硝酸塩が蓄積するため、水の10％を毎日きれいな真水に交換する必要があります。余った硝酸塩を吸収する植物を取り入れることで、この水を無駄なく再利用できます。本質的に、私たちは魚に餌を与えます。魚は植物を育てる栄養素を生成し、栄養素を吸収して水を浄化します。成長床は、ろ過システムの後に配置する必要があります。ろ過されていない水が栽培床に入ると、廃棄物が集まり、無酸素状態になる可能性があります。水が栽培床を離れた後、それは水槽に戻すことができます。システムを配置する方法はたくさんあります。すべての基本原則が適用されている限り、あなたは一年中新鮮な農産物と魚を提供することができる素晴らしい、ユーザーフレンドリーなアクアポニックスシステムを持っているでしょう。

計算と考慮事項

アクアポニックスシステムは、成長を計画しているものに合わせて設計する必要があります。成長する植物の量に必要な魚の量を計算するとき、またはその逆の場合、狂気への方法があります。葉物野菜やハーブの栽培に興味がある場合は、原則として、植物の栽培スペース10平方フィートあたり毎日0.125ポンドの魚の餌を与える必要があります。実を結ぶ植物またはその2つの組み合わせの栽培に興味がある場合は、その量を2倍にします。

魚を飼育するときは、過少給餌よりも過給餌の方がはるかに悪いことに注意することが重要です。食べ残しの食べ物が多すぎると、ろ過が損なわれるだけでなく、お金が無駄になる可能性があります。給餌率を決定する簡単な計算は、定期的に魚の重さを量り、平均重量にバイオマスと呼ばれるタンク内の個々の魚の量を掛けることです。平均して、1日あたりの魚の餌に含まれるバイオマスの3％を餌にします。システムを長期的に運用するには、魚の部分的な収穫をお勧めします。一度にすべての魚を収穫すると、システムへの飼料の投入が停止し、植物の栄養素が不足します。したがって、必要に応じて、時間をかけて数匹の魚を収穫するのが最善です。

植物および動物種

では、どんな魚を育てることができますか？答えは簡単です：あなたが好きな淡水種。ただし、魚の種類ごとに、適切な水の化学的性質と温度に関する独自の要件があります。これらの条件が満たされている限り、あなたはすぐに健康で幸せな魚を育てるでしょう。小規模システムで最も一般的に栽培されている食用魚は、ティラピアとアメリカナマズです。どちらの種も丈夫で、低品質の水に耐えることができます。観賞魚の栽培に興味がある場合は、鯉や金魚が最適です。

最後に、アクアポニックスシステムの植物に関しては、選択はあなた次第です。繰り返しますが、適切な温度、栄養素、および通気が提供されている限り、あなたは高い速度で青々とした植物を育てます。植物の害虫処理に関しては、魚に安全な製品のみを使用し、水との直接接触を最小限に抑えることを忘れないでください。

アクアポニックスシステムにおける水生種、有益なバクテリア、および植物の間の内部の働き関係について多くの意見と考えがあります。それらはすべて適切に設計された共生システムで連携しますが、これら3つの生物にはそれぞれ、適切な発達と共存を確実にするために対処しなければならない特定の要件があります。アクアポニックスは単なる3本足のテーブルであり、水生種、バクテリア、植物の3本足のサポートのニーズを個別に満たすことでサポートする必要があります。

生活のあらゆるものと同様に、アクアポニックスは自然を操作するのではなく、自然を模倣するように設計および操作する必要があります。

漁業用の池やその他の淡水釣り用の穴は、食料源だけでなく、何時間もの楽しさと充実感を提供します。