12.4 Марапоника и галопоника
Хотя пресноводная аквапоника является наиболее широко распространенным и практикуемым методом аквапоники, ресурсы пресной воды для производства продовольствия (сельское хозяйство и аквакультура) становятся все более ограниченными, а соленость почвы постепенно возрастает во многих частях мира (Turcios and Papenbrock 2014). Это привело к росту интереса к альтернативным источникам воды (например, от солоноватой до сильно соленой воды, а также к морской воде) и использованию эврихалиновой или соленой рыбы, галофитных растений, морских водорослей и гликофитов с низким содержанием соли (Joesing et al. 2016). Интересно отметить, что, хотя количество соленого раствора в подземных водах оценивается лишь в 0,93% от общего объема водных ресурсов в мире и составляет 12 870 000 кмсуп3/суп, это больше, чем подземные запасы пресной воды (10 530 000 кмсуп3/суп), которые составляют 30,1% всех запасов пресной воды (Аппельбаум и Котзен) 2016).
Использование соленой воды в аквапонике является относительно новым явлением, и, как и в случае большинства новых разработок, термины, используемые для описания диапазона/иерархии типов, должны устанавливаться на прочной основе. В своей короткой истории термин марапоника (т.е. морская аквапоника) был придуман для аквапоники морской воды (SA), другими словами, для систем, использующих морскую воду, а также солоноватую воду (Gunning et al. 2016). Эти системы расположены главным образом на суше, в прибрежных районах, а в случае СА - недалеко от источника морской воды. Но есть рыба, а также растения, которые растут и могут использоваться в аквапонных установках, где уровни солености воды различаются. Таким образом, хотя использование термина «марапоника» для аквапоники морской воды имеет этимологический смысл, менее разумно использовать этот термин для аквапоники солоноватой воды. Таким образом, мы предлагаем добавить в лексикон аквапоники новый термин, который является «галопоника», вытекающим из латинского слова halo, означающего соль, и сочетающего его с суффиксом ponics. Таким образом, марапоника представляет собой интегрированную многотрофическую систему аквакультуры (IMTA), объединяющую аквакультурное производство морской рыбы, морских ракообразных, морских моллюсков и т.д. с гидропонной добычей морских водных растений (например, морских водорослей, морских водорослей и галофитов морской воды) с использованием океанических прочность морской воды (приблизительно 35 000 ppm [35 г/л]). Однако аквапонные системы, использующие соленую воду ниже океанических уровней, следует назвать галопоникой (слегка соленой воды — от 1000 до 3000 ppm [1—3 г/л], умеренно соленой 3000-10 000 ppm [3—10 г/л] и высокая соленость 10,000-35 000 ppm [10—35 г/л]). Эти системы также представляют собой системы IMTA на суше, сочетающие в себе аквакультурное производство с гидропонным производством водных растений, но как рыба, так и растения приспособлены к тому, что можно назвать солоноватой водой или хорошо растут в ней.
Хотя концепция марапоники является очень новой, интерес к комплексной марикультуре на основе морских водорослей начал проявляться в 1970-х годах, начиная с лабораторного масштаба, а затем расширяясь до экспериментальных испытаний на открытом воздухе. В некоторых из первых экспериментальных исследований Langton et al. (1977) успешно продемонстрировал рост красных водорослей, Hypnea musciformis, культивированных в резервуарах со стоками культуры моллюсков. Кроме того, культуры, которые обычно классифицируются как гликофиты, такие как обыкновенный помидор (Lycopersicon esculentum), помидор черри (Lycopersicon esculentum var. Cerasiforme) и базиликом (Ocimum basilicum), могут достичь удивительно успешных производственных уровней при солености до 4 г/л (4000 ppm) и часто называют имеющими низкий умеренный уровень солеустойчивости (не следует путать с истинными галофитами, устойчивыми к высоким солям). К другим культурам, которые устойчивы к низкоумеренным засоленностям, относятся репа, редис, листья салата, сладкий картофель, бобы, кукуруза, капуста, шпинат, спаржа, свекла, кабачки, брокколи и огурец (Kotzen and Appelbaum 2010; Appelbaum and Kotzen 2016). Например, Dufault et al. (2001) и Dufault and Korkmaz (2000) экспериментировали с отходами креветок (фекальные вещества креветок и разложенные корма) в качестве удобрения для производства брокколи (Brassica oleracea italica_) и болгарского перца (Capsicum annuum), соответственно. Хотя в их исследованиях не использовались методы марапонии, в них участвовали растения, которые обычно выращиваются с использованием аквапонических (пресноводных) методов. Таким образом, благодаря своим уровням солености эти культуры обладают огромным потенциалом в качестве потенциальных видов для производства в галопонных системах с низкой и средней засоленностью.
В последнее время ряд исследований показали, что галофиты могут успешно орошаться аквакультурными сточными водами из морских систем с использованием гидропонных методов или в рамках рециркулирующей системы аквакультуры (РАС). Waller et al. (2015) продемонстрировали целесообразность переработки питательных веществ из соленой воды (16 psu солености [16 000 ppm]) РАС для европейского морского окуня (D. labrax) путем гидропонного производства трех галофитных растений: Tripolium pannonicum (морская астра), Plantago coronopus (плантан бука) и _ Salicornia dolichostachya_ (длинная шиповник).
Большая часть марапонических работ, проведенных до сих пор, связана с интеграцией двух трофических уровней — растений/водорослей и рыбы. Однако пример системы, включающей более двух трофических уровней, можно увидеть в эксперименте, проведенном Neori et al. (2000), который разработал небольшую систему для интенсивной наземной культуры японских убогов (Haliotis discus hannai), морских водорослей (Ulva lactuca and Gracilaria conferta) и пеллетного скармливания Гилтед лещ (Sparus aurata). Эта система состояла из нефильтрованной морской воды (2400 л/день), перекачиваемой в два резервуара для ушей и сливаемой через аквариум и, наконец, через установку для фильтрации водорослей/производства перед сбросом обратно в море. В такой системе могут также использоваться моллюски, подающие фильтр. Котцен и Аппельбаум (2010) и Аппельбаум и Котцен (2016) сравнили рост обычных овощей с использованием питьевой воды и умеренно соленой воды (4187—6813 ppm) и обнаружили, что базилик (Ocimum basilicum), сельдерей (Apium graveolens), лук-порей (Allium ampeloprum), листья салата (Lactuca sativa — различные типы), Швейцарский шард (Beta vulgaris. ‘cicla’), весенний лук (Allium cepa) и водяной кресс (Nasturtium officinale) выполнены очень хорошо.
Марапоника (SAS) и галопоника предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами растениеводства и рыбоводства. Поскольку они используют соленую воду (от морской до солоноватой), наблюдается снижение зависимости от пресной воды, которая в некоторых частях мира стала очень ограниченным ресурсом. Это обычно практикуется в контролируемой среде (например, в теплицах; резервуарах с регулируемым расходом), что дает лучшие возможности для интенсивного производства. Многие маропонные и галопонные системы закрыты RAS с помощью органических и/или механических биофильтров, а затем многократное использование воды является высоким, загрязнение сточных вод значительно сокращается или устраняется, а загрязняющие вещества удаляются или обрабатываются. Даже системы, которые не являются RAS, могут значительно уменьшить избыток питательных веществ в сточных водах до сброса. Кроме того, наличие загрязняющих веществ в неРАС-марапонных и галопонных системах может быть уменьшено или ликвидировано за счет использования воды, содержащей низкий уровень естественных загрязняющих веществ, и использования альтернативных аквакормов, не содержащих диоксинов или ПХД (например, новых кормов из макроводорослей). Такое улучшение качества воды снижает вероятность возникновения заболеваний, и поэтому потребность в применении антибиотиков значительно снижается. Благодаря своей разнообразной конфигурации и низкой потребности в воде, марапоника и галопоника могут быть успешно реализованы в самых разнообразных условиях, от плодородных прибрежных районов до засушливых пустынь (Kotzen and Appelbaum 2010), а также в городских или пригородных поселениях. Еще одним потенциальным преимуществом является то, что многие виды, пригодные для использования в этих системах, имеют высокую коммерческую ценность. Например, европейский морской окунь (Dicentrarchus labrax) и золотистый лещ (Sparus aurata) могут получить рыночную цену в 9 €/кг и 6 €/кг соответственно. Кроме того, пищевые галофиты, как правило, имеют высокую рыночную цену, с sea-agretti (Salsola soda), например, имея рыночную цену 4—€4,5/кг и болотный самфир (Salicornia europaea) продается по цене €18/кг в супермаркетах.
Таким образом, доказательства являются убедительными. Марапоника и галопоника представляют собой динамичную и быстро развивающуюся область, способную предоставлять ряд услуг общинам, многие из которых рассматриваются в других разделах настоящей публикации.