1.3 एक्वापोनिक्स में वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौतियां

जबकि एक्वापोनिक्स को प्रमुख खाद्य उत्पादन प्रौद्योगिकियों में से एक माना जाता है जो ‘हमारे जीवन को बदल सकता है’ (वैन वोन्सेल एट अल। 2015), टिकाऊ और कुशल खाद्य उत्पादन के मामले में, एक्वापोनिक्स को सुव्यवस्थित किया जा सकता है और इससे भी अधिक कुशल बन सकता है। पारंपरिक एक्वापोनिक्स प्रणालियों में महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक यह है कि मछली द्वारा उत्पादित प्रवाह में पोषक तत्व पौधों के लिए इष्टतम पोषक तत्व समाधान से अलग हैं। डिकॉप्टेड एक्वापोनिक्स सिस्टम (डीएपीएस), जो मछली से पानी का उपयोग करते हैं लेकिन पौधों के बाद पानी को मछली में नहीं लौटाते हैं, खनिज घटकों और कीचड़ वाले बायोरिएक्टरों को पेश करके पारंपरिक डिजाइनों में सुधार कर सकते हैं जो कार्बनिक पदार्थ को जैव उपलब्ध रूपों में परिवर्तित करते हैं प्रमुख खनिजों, विशेष रूप से फास्फोरस, मैग्नीशियम, लोहा, मैंगनीज और सल्फर कि ठेठ मछली प्रवाह में कमी कर रहे हैं। एक-लूप सिस्टम में खनिज घटकों के विपरीत, डीएपीएस में बायोरिएक्टर प्रवाह केवल पूरे सिस्टम में पतला होने के बजाय संयंत्र घटक को खिलाया जाता है। इस प्रकार, डिकॉप्टेड सिस्टम जो कीचड़ के पाचन का उपयोग करते हैं, पौधों के विकास के लिए पोषक तत्वों के रूप में मछली से जैविक कचरे के रीसाइक्लिंग को अनुकूलित करना संभव बनाता है (गोडडेक 2017; गोडडेक एट अल। 2018)। इस तरह की प्रणालियों में कचरे में मुख्य रूप से मछली की कीचड़ (यानी मल और असमान फ़ीड जो समाधान में नहीं है) शामिल होती है और इस प्रकार सीधे हाइड्रोपोनिक्स प्रणाली में नहीं दी जा सकती है। बायोरिएक्टर्स (देखें [चैप. 10](/समुदाय/लेख/अध्याय -10-एरोबिक-और-एनारोबिक-उपचार के लिए एक्वापोनिक-स्लज-कटौती और खनिज)) इसलिए एक महत्वपूर्ण घटक है जो अन्यथा अनुपयोगी कीचड़ को हाइड्रोपोनिक उर्वरकों में बदल सकता है या पौधों से तनों और जड़ों जैसे जैविक कचरे का पुन: उपयोग कर सकता है गर्मी और बिजली उत्पादन या डीएपीएस डिजाइन के लिए बायोगैस में उत्पादन घटक जो प्रत्येक इकाई के लिए स्वतंत्र रूप से नियंत्रित जल साइकिल प्रदान करता है, इस प्रकार पोषक तत्वों के प्रवाह के नियंत्रण के लिए आवश्यक प्रणालियों (आरएएस, हाइड्रोपोनिक और पाचन) को अलग करने की अनुमति देता है। ऊर्जा और पोषक तत्व संरक्षण लूप में घटकों के बीच जल चलता है, ताकि प्रत्येक सबसिस्टम में पोषक तत्व भार और प्रवाह की निगरानी की जा सके और बेहतर मैच डाउनस्ट्रीम आवश्यकताओं के लिए विनियमित किया जा सके। उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस (पी) एक अनिवार्य लेकिन थकाऊ जीवाश्म संसाधन है जिसे उर्वरक के लिए खनन किया जाता है, लेकिन वर्तमान में दुनिया की आपूर्ति खतरनाक दर से समाप्त हो रही है। Decoupled एक्वापोनिक्स सिस्टम में पाचन का उपयोग करने से रोगाणुओं को मछली कचरे में फास्फोरस को ऑर्थोफॉस्फेट में परिवर्तित करने की अनुमति मिलती है जिसका उपयोग पौधों द्वारा किया जा सकता है, उच्च वसूली दर (गोडडेक एट अल। 2016, 2018) के साथ।

यद्यपि decoupled प्रणाली पोषक तत्वों को पुनः प्राप्त करने में बहुत प्रभावी हैं, शून्य पोषक तत्व नुकसान के साथ, प्रत्येक इकाई में उत्पादन का स्तर महत्वपूर्ण है कि प्रणाली के एक हिस्से से पोषक तत्व प्रवाह को अन्य घटकों की डाउनस्ट्रीम उत्पादन क्षमता के साथ मिलान करने की आवश्यकता है। मॉडलिंग सॉफ्टवेयर और पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण (SCADAS) डेटा अधिग्रहण प्रणाली इसलिए प्रत्येक इकाई के प्रवाह, आयाम, जन संतुलन और सहनशीलता का विश्लेषण और रिपोर्ट करने के लिए महत्वपूर्ण हो जाती है, जिससे शारीरिक और आर्थिक मानकों की भविष्यवाणी करना संभव हो जाता है (जैसे पोषक तत्व भार, इष्टतम मछली- संयंत्र जोड़ी, प्रवाह दरों और करने के लिए विशिष्ट पर्यावरण मानकों को बनाए रखने की लागत)। [चैप 11](/दायिक/लेख/अध्याय -11-एक्वापोनिकस-सिस्टम-मॉडलिंग) में, हम एक्वापोनिक्स सिस्टम पर लागू सिस्टम सिद्धांत पर अधिक विस्तार से देखेंगे और प्रदर्शित करेंगे कि मॉडलिंग पैमाने के कुछ मुद्दों को कैसे हल कर सकता है, जबकि अभिनव तकनीकी समाधान दक्षता में वृद्धि कर सकते हैं और इसलिए ऐसी प्रणालियों की लाभप्रदता। स्केलिंग न केवल आर्थिक व्यवहार्यता की भविष्यवाणी करने के लिए बल्कि उपलब्ध पोषक तत्वों के अनुपात के आधार पर उत्पादन आउटपुट की भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है।

एक और महत्वपूर्ण मुद्दा, जिसके लिए आगे के विकास की आवश्यकता है, ऊर्जा का उपयोग और पुन: उपयोग है। एक्वापोनिक्स सिस्टम ऊर्जा और बुनियादी ढांचे गहन हैं। प्राप्त सौर विकिरण के आधार पर, सौर पीवी, सौर ताप स्रोतों और (सौर) विलवणीकरण का उपयोग अभी भी आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं हो सकता है, लेकिन सभी को एक्वापोनिक्स सिस्टम में संभावित रूप से एकीकृत किया जा सकता है। [Chap। 1 में, हम अभिनव तकनीकी और परिचालन संभावनाओं के बारे में जानकारी प्रस्तुत करते हैं जिनमें शुष्क क्षेत्रों में एक्वापोनिक्स सिस्टम को लागू करने के लिए रोमांचक नए अवसरों सहित ऐसी प्रणालियों की अंतर्निहित सीमाओं को दूर करने की क्षमता है।

[चैप। 2](/समुदाय/लेख/अध्याय -2-एक्वापोनिकस-बंद-चक्र-ऑन-सीमित-जल-भूमि-और-पोषक तत्व संसाधन) में, हम पर्यावरणीय चुनौतियों की सीमा को और अधिक विस्तार से चर्चा करते हैं जो एक्वापोनिक्स पते में मदद कर सकते हैं। रोगजनक नियंत्रण, उदाहरण के लिए, बहुत महत्वपूर्ण है, और निहित आरएएस सिस्टम में मछली उत्पादन के लिए कई पर्यावरणीय फायदे हैं, और डीकॉप्टेड एक्वापोनिक्स सिस्टम के फायदों में से एक घटकों के बीच पानी प्रसारित करने और स्वतंत्र नियंत्रणों का उपयोग करने की क्षमता है जिसमें यह आसान है रोगजनक खतरे होने पर व्यक्तिगत इकाइयों का पता लगाएं, अलग करें और निर्जलित करें। मछली संस्कृति में फायदेमंद प्रोबायोटिक्स भी पौधे के उत्पादन के लिए फायदेमंद दिखाई देते हैं और एक बंद प्रणाली (सिराकोव एट अल। 2016) के भीतर परिचालित होने पर उत्पादन दक्षता में वृद्धि कर सकते हैं। Chap। 5 में ऐसी चुनौतियों का आगे पता लगाया जाता है, जहां हम अधिक विस्तार से चर्चा करते हैं कि एक्वापोनिक्स में नवाचार कैसे हो सकता है (ए) अंतरिक्ष उपयोग दक्षता में वृद्धि (कम लागत और सामग्री, भूमि उपयोग को अधिकतम करना); (बी) इनपुट संसाधनों को कम करना, उदाहरण के लिए fishmeal, और कम नकारात्मक आउटपुट, जैसे अपशिष्ट निर्वहन; और (सी) स्वयं निहित प्रणालियों में एंटीबायोटिक दवाओं और कीटनाशकों का उपयोग कम कर दिया।

अभी भी कई एक्वापोनिक विषय क्षेत्र हैं जिनके लिए इन प्रणालियों की पूरी क्षमता का फायदा उठाने के लिए अधिक शोध की आवश्यकता होती है। वैज्ञानिक परिप्रेक्ष्य से, नाइट्रोजन साइक्लिंग जैसे विषय ([चैप 9](/दायिक/लेख/अध्याय 9-पोषक तत्व साइक्लिंग-इन-एक्वापोनिक-सिस्टम)), एरोबिक और एनारोबिक पुनर्खनिजीकरण ([चैप। 10](./10-एरोबिक-और-एनारोबिक-ट्रीट- एक्वापोनिक-स्लडक्शन-एंड-मिनरलाइशन-मिनरलाइशन-मिनरलाइशन-मिनरलाइशन-मिनरलाइशन-मिनरलाइशन.)), पानी और पोषक तत्व दक्षता ([चैप 8](/साम्य/लेख/अध्याय -8-decoupled-aquaponics-systems)), अनुकूलित एक्वापोनिक मछली आहार ([चैप 13](/साम्य/लेख/भाग-iiii-perspective-के लिए स्थाई विकास)) और संयंत्र रोगजनकों और नियंत्रण रणनीतियों ([Chap. 14](/ता/चैपित/चैपलेटिक/14-पौधे-रोगजन-और-नियंत्रण- रणनीतियों-में aquaponics)) सभी उच्च प्राथमिकताओं रहे हैं।

संक्षेप में, निम्नलिखित वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौतियों को संबोधित करने की आवश्यकता है:

1। nutrients: जैसा कि हमने चर्चा की है, कीचड़ डाइगेस्टर का उपयोग करने वाली प्रणालियों से पौधों के विकास के लिए पोषक तत्वों में जैविक कचरे के रीसाइक्लिंग को अनुकूलित करना संभव हो जाता है, ऐसे डिज़ाइन सिस्टम से निकट-शून्य पोषक तत्व हानि बनाने के लिए पोषक तत्वों के अनुकूलित सुधार और रीसाइक्लिंग की अनुमति देते हैं।

2। Water: ग्रीनहाउस से पोषक तत्व समाप्त पानी का पुन: उपयोग भी कंडेनसर का उपयोग करने वाले मछली घटक में पुन: उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

3। Energy: सौर संचालित डिजाइन ऊर्जा बचत में भी सुधार करते हैं, खासकर यदि ग्रीनहाउस में सौर हीटर से पहले से गरम पानी को पुन: उपयोग के लिए मछली टैंकों पर वापस पुन: परिचालित किया जा सकता है।

पानी, पोषक तत्वों और ऊर्जा को रीसायकल करने की क्षमता एक्वापोनिक्स को पारंपरिक कृषि का सामना करने वाले कई पर्यावरणीय मुद्दों के लिए एक संभावित अद्वितीय समाधान बनाती है। इस पर चर्चा की गई है [चैप 2](./2-एक्वापोनिक्स ፦क्लोसिंग-द-चक्र-ऑन-सीमित-पानी, -भूमि-और-पोषक तत्व संसाधन. एमडी)।