1.4 Экономические и социальные проблемы
С экономической точки зрения существует ряд ограничений, присущих системам аквапоники, которые делают конкретные коммерческие проекты более или менее жизнеспособными (Goddek et al. 2015; Vermeulen and Kamstra 2013). Один из ключевых вопросов заключается в том, что автономные, независимые гидропоники и системы аквакультуры являются более продуктивными, чем традиционные одноконтурные системы аквапоники (Graber and Junge 2009), поскольку они не требуют компромиссов между рыбными и растительными компонентами. Традиционная классическая одноконтурная аквапоника требует компромисса между рыбными и растительными компонентами при попытке оптимизировать качество воды и уровни питательных веществ, которые по своей сути различаются для двух частей (например, желаемые диапазоны рН и требования и концентрации питательных веществ). В традиционных системах аквапоники экономия в требованиях к удобрениям растений не компенсирует дефицит урожая, вызванный неоптимальными условиями в соответствующих подсистемах (Delaide et al. 2016).
Оптимизация условий роста как для растений (Delaide et al. 2016; Goddek and Vermeulen 2018), так и для рыб является самой большой проблемой для рентабельности, и текущие результаты показывают, что это может быть лучше достигнуто в многоконтурных развязанных аквапониках, поскольку они основаны на независимых рециркулирующих петлях, которые (1) рыба, (2) растения и (3) биореакторы (анаэробные или аэробные) для сбраживания ила и однонаправленного потока воды (питательных веществ), что может улучшить восстановление макро- и микропитательных веществ и биодоступность, а также оптимизировать потребление воды (Goddek and Keesman 2018). Текущие исследования показывают, что этот тип системы позволяет поддерживать конкретные популяции микроорганизмов в каждом отсеке для более эффективного лечения заболеваний, и они являются более экономически эффективными в той мере, в которой системы не только сокращают отток отходов, но и повторно используют непригодный для использования шлам, преобразование его в ценные продукты (например, биогаз и удобрения).
Рис. 1.2 Система аквапоники рассматривается как схема черного ящика. Мы не видим внутри коробки, но мы знаем входы, выходы (т.е. рыба и растения) и отходы
Независимые системы РАН и гидропоники также сталкиваются с широким кругом оперативных задач, которые подробно обсуждаются в главах 3 и [4](/community/artycles/chapter-4-hydroponic Technologies). Технологические достижения все чаще позволяют повысить производительность (рис. 1.2), которую можно определить как часть продукции системы (например, рыбы и растения) по отношению к входным данным системы (т.е. корма для рыбы и/или дополнительное удобрение, энергопотребление для освещения, нагрева и перекачивания CO~2~ sub2/sub дозирования и биоконтроля).
При рассмотрении многочисленных проблем, с которыми сталкивается аквапоника, производственные проблемы можно в целом разбить на три конкретные темы: 1) производительность системы, 2) эффективные производственно-сбытовые цепочки и 3) эффективное управление производственно-сбытовыми цепочками.
** Производительность системы** Производительность сельского хозяйства измеряется как отношение объема сельскохозяйственной продукции к сельскохозяйственным ресурсам. Традиционные мелкомасштабные системы аквапоники были разработаны главным образом для решения экологических проблем, таких, как сброс воды, поступление воды и рециркуляция питательных веществ, однако в последние годы акцент все больше смещается в сторону экономической целесообразности, с тем чтобы повысить производительность крупномасштабного земледелия. приложений. Однако для этого потребуется производительность систем аквапоники, с тем чтобы они могли экономически конкурировать с независимыми, современными системами гидропоники и аквакультуры. Для того чтобы концепция аквапоники успешно применялась в широких масштабах, необходимо оптимизировать повторное использование питательных веществ и энергии, однако необходимо также учитывать и конечные рынки.
** Эффективные производственно-сбытовые цепочки (добавленная стоимость) сельскохозяйственных продуктов главным образом возникают в результате переработки таких продуктов, как заготовленные овощи, фрукты и рыба. Например, цена продажи песто (т.е. красного и зеленого) может быть более чем в десять раз выше цены на помидоры, базилик, оливковое масло и кедровые орехи. Кроме того, большинство переработанных пищевых продуктов имеют более длительный срок хранения, что снижает порчу. Очевидно, что свежие продукты имеют важное значение, поскольку питательная ценность в основном выше, чем в переработанных продуктах. Однако производство свежей и высококачественной продукции является реальной проблемой и, следовательно, роскошью во многих регионах мира. Потери питательных веществ при хранении фруктов и овощей являются значительными, если они не быстро консервированы или заморожены (Barrett 2007; Rickman et al. 2007). Поэтому для крупномасштабных систем необходимо, по крайней мере, рассмотреть вопрос о переработке пищевых продуктов, с тем чтобы сбалансировать любые колебания между предложением и спросом и сократить пищевые отходы. Что касается сокращения пищевых отходов, то овощи, которые не отвечают стандартам свежих продуктов, но по-прежнему имеют рыночное качество, следует перерабатывать, с тем чтобы уменьшить потери послепродажного производства.
Хотя такие критерии применимы ко всем сельскохозяйственным и рыбным продуктам, добавленная стоимость может существенно повысить рентабельность ферм аквапоники, особенно если продукция может выйти на нишевые рынки.
Эффективное управление цепочками поставки В странах с хорошо развитыми транспортными и холодильными сетями фрукты и овощи могут быть импортированы со всего мира для удовлетворения спроса потребителей на свежие продукты. Однако, как уже упоминалось ранее, высококачественная и свежая продукция является дефицитным товаром во многих частях мира, и перемещение товаров на большие расстояния — т.е. управление цепочками поставок — для удовлетворения высокого потребительского спроса часто подвергается критике и оправданной критике. Большинство городских жителей во всем мире полагаются на перевозку продуктов питания на большие расстояния для удовлетворения повседневных потребностей (Grewal and Grewal 2012). Таким образом, одним из основных критических замечаний является использование ископаемых видов топлива, необходимых для транспортировки продукции на большие расстояния (Barrett 2007). Проблема пищевых миль ориентирует внимание на расстояние, которое продукты питания транспортируются от момента производства до покупки конечным потребителем (Mundler and Criner 2016). Однако с точки зрения выбросов COSub2/sub на тонну/км (ткм) одна продовольственная миля для железнодорожного транспорта (13,9 г COSub2/Sub/TKM) не равна одной продовольственной миле грузового автомобиля/автомобильного транспорта, поскольку грузовые перевозки оказывают более чем в 15 раз большее воздействие на окружающую среду (McKinnon 2007). Поэтому расстояние транспортировки не обязательно является единственным соображением, поскольку экологический след овощей, выращиваемых на фермах в сельских районах, потенциально меньше ресурсов, необходимых для выращивания продуктов питания в теплицах, расположенных ближе к городским центрам.
Таким образом, продовольственные мили являются лишь частью картины. Продовольствие транспортируется на большие расстояния, однако выбросы парниковых газов, связанные с производством продуктов питания, преобладают на этапе производства (т.е. воздействие энергии на отопление, охлаждение и освещение) (Engelhaupt 2008; Weber and Matthews 2008). Например, документ Carlsson (1997) показал, что в зимний период томаты, импортируемые из Испании в Швецию, имеют гораздо меньший углеродный след, чем те, которые выращиваются на местном уровне в Швеции, поскольку энергопотребление в теплицах в Швеции значительно перевешивает углеродный след при транспортировке из Испании. При поиске продуктов питания транспортировка товаров не является единственным фактором, который следует учитывать, так как свежесть продуктов определяет их питательную ценность, вкус и общую привлекательность для потребителей. Выращивая свежие продукты на местном уровне, многие ученые сходятся во мнении, что городское сельское хозяйство может помочь обеспечить поставки высококачественной продукции для городского населения в будущем, а также сократить продовольственные мили (Bon et al. 2010; dos Santos 2016; Hui 2011). Обе области будут более подробно рассмотрены в [разделе 1.5](/сообщество/статьи/глава 15-смарт-аквапоника, интегрированные микросети).
С точки зрения потребителя городская аквапоника, таким образом, имеет свои преимущества благодаря своим экологическим преимуществам, обусловленным короткими цепочками поставок, и поскольку она отвечает предпочтениям потребителей в отношении высококачественных свежих продуктов местного производства (Miličić et al. 2017). Однако, несмотря на эти преимущества, существует ряд социально-экономических проблем: основной вопрос связан с ценами на городскую собственность, поскольку земля является дорогостоящей и зачастую считается слишком ценной для производства продовольствия. Таким образом, покупка городских земель, скорее всего, делает невозможным достижение реальной ожидаемой отдачи от инвестиций. Однако в сокращающихся городах, где численность населения сокращается, неиспользованные площади могут использоваться для сельскохозяйственных целей (Bontje and Latten 2005; Schilling and Logan 2008), как это имеет место в Детройте в Соединенных Штатах (Mogk et al. 2010).
Кроме того, существует серьезная проблема контроля за городским планированием, когда во многих городах городские земли не предназначены для сельскохозяйственного производства продовольствия, а аквапоника считается частью сельского хозяйства. Таким образом, в некоторых городах аквапоническое земледелие запрещено. Настало время взаимодействовать с градостроителями, которые нуждаются в убеждении в преимуществах городских ферм, которые являются высокопродуктивными и производят свежие, здоровые местные продукты питания в условиях развития городов и пригородных районов.