21.1 Введение
Аквапоника была признана одной из «десяти технологий, которые могут изменить нашу жизнь» благодаря своему потенциалу революционизировать то, как мы кормим растущее городское население (Van Woensel et al. 2015). Эта безпочвенная рециркулирующая растущая система стимулировала расширение академических исследований в течение последних нескольких лет и вызвала интерес у общественности, о чем свидетельствует высокое соотношение результатов поиска Google и Google Scholar в 2016 году (Junge et al. 2017). В течение длительного времени аквапоника в основном практикуется как хобби на заднем дворе. В настоящее время он все чаще используется на коммерческой основе в связи с большим интересом потребителей к органическим, устойчивым методам ведения сельского хозяйства. Исследование, проведенное командой CITYFOOD в Университете Вашингтона в июле 2018 года, показывает, что за последние 6 лет число коммерческих аквапонных операций быстро возросло. Этот целенаправленный поиск аквапонических операций выявил 142 активных коммерческих аквапонических операций в Северной Америке. Согласно онлайновой информации, 94% хозяйств начали свою коммерческую деятельность с 2012 года; только девять коммерческих аквапонных ферм функционируют более 6 лет (рис. 21.1).
Большинство обследованных аквапонических операций расположены в сельских районах и часто связаны с существующими фермами, чтобы воспользоваться низкими ценами на землю.
img src=» https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/d39342f2-9638-48a1-af4e-6de59ee6d298.jpg “style=“зум: 48%;»/
Рис. 21.1 Существующие практики аквапоники в Северной Америке, 142 коммерческие компании (красный) и
17 исследовательских центров (синий), (СИТИФУД, июль 2018)
img src=» https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/efa8c14d-8ec7-4149-8442-37cc30e2ae8f.jpg “style=“зум: 75%;»/
Рис. 21.2 Аквапоника по всей Европе: 50 исследовательских центров (синий) и 45 коммерческих компаний (красный). (Центр аквапоники ЕС 2017)
инфраструктуры и благоприятных строительных кодексов для сельскохозяйственных структур. Несмотря на это, все большее число аквапонических операций также находятся в городах. Благодаря относительно небольшому физическому следу и высокой производительности аквапонные операции хорошо подходят для использования в городских условиях (Junge et al. 2017). Исследования, проведенные под эгидой Европейского Союза (ЕС) Aquaponics Hub в 2017 году, выявили 50 исследовательских центров и 45 коммерческих компаний, действующих в Европейском Союзе (Рис. 21.2). Эти компании варьируются по размеру от малых до средних.
21.1.1 Аквапоника в городских условиях
Космос является ценным товаром в городах. Городские фермы должны быть изобретательными, чтобы найти доступные участки, такие как свободные участки, существующие крыши и недоиспользуемые склады, доступные для сельскохозяйственного бизнеса (de Graaf 2012; De La Salle and Holland 2010). Городские аквапонные фермы должны сбалансировать более высокие производственные издержки с конкурентными преимуществами в области маркетинга и распределения, которые предлагают городские районы. Наибольшим преимуществом для размещения аквапонических операций в городах является растущий потребительский рынок с интересом к свежей, высококачественной и местной продукции. При соблюдении местных норм в отношении органической продукции городские фермы могут достичь премиальных цен на выращиваемую аквапонией зелень, травы и помидоры (Quagrainie et al. 2018). В отличие от гидропоники, аквапоника также обладает потенциалом для производства рыбы, что еще больше повышает экономическую жизнеспособность в городских условиях, которые часто имеют различные диетические потребности (König et al. 2016). Городские аквапонные фермы также могут сэкономить некоторые эксплуатационные расходы за счет сокращения расстояния транспортировки до потребителя и снижения потребности в хранении сельскохозяйственных культур (dos Santos 2016).
Условия городской окружающей среды также могут быть выгодными для аквапонных ферм. Средняя температура в городах выше, чем в сельской местности (Stewart and Oke 2010). В более холодных регионах фермерские хозяйства могут воспользоваться более теплым городским климатом, что может помочь снизить спрос на отопление и эксплуатационные расходы (Proksch 2017). Фермы Aquaponic, интегрированные со строительными системами хост-здания, могут дополнительно использовать городские ресурсы, такие как отработанное тепло и COSub2/Sub в выхлопном воздухе, чтобы способствовать росту растений в качестве альтернативы традиционным удобрениям COSub2/Sub. Городские фермы также могут помочь смягчить негативные аспекты воздействия городского теплового острова в летние месяцы. Дополнительная растительность, даже если она выращивается в теплицах, помогает снизить температуру окружающей среды за счет повышения эвапотранспирации (Pearson et al. 2010). В аквапонике использование рециркуляционной водной инфраструктуры снижает общее потребление воды для производства как рыбы, так и салата и, таким образом, может оказать положительное воздействие на городской водный цикл. Выращенные в аквапонии продукты стремятся закрыть цикл питательных веществ, тем самым избегая производства сельскохозяйственных стоков. Благодаря рациональному управлению ресурсами в рамках основных экологических систем аквапоника помогает сократить чрезмерное потребление воды и эвтрофикацию, обычно создаваемую промышленным сельским хозяйством.
21.1.2 Аквапоника как контролируемая среда сельского хозяйства (CEA)
Традиционные методы ведения сельского хозяйства, позволяющие продлить естественный сезон выращивания сельскохозяйственных культур, варьируются от минимальных экологических изменений, таких как временные обручи, используемые на почвенных полях, до полного экологического контроля на постоянных объектах, которые позволяют производить круглогодичное производство независимо от местного климата ( Регулируемая окружающая среда сельского хозяйства, 1973) Последняя стратегия также известна как контролируемое экологическое сельское хозяйство (CEA) и включает в себя как теплицы, так и внутренние предприятия по выращиванию. Помимо контроля за климатом в помещениях, CEA также значительно снижает риск потери урожая в результате стихийных бедствий и потребность в гербицидах и пестицидах (Benke and Tomkins 2017). Большинство аквапонных операций задуманы как CEA, поскольку они сочетают в себе две сложные системы выращивания (аквакультура и гидропоника), которые требуют контролируемых условий выращивания, чтобы гарантировать оптимальную производительность. Кроме того, CEA позволяет круглогодичному производству амортизировать высокие инвестиции в аквапоническую инфраструктуру и достичь премиальных цен на урожай на рынке вне естественного вегетационного сезона. Производительность аквапонных ферм сильно зависит от местного климата и сезонных колебаний (Graamans et al. 2018).
Поскольку аквапоника является относительно молодой дисциплиной, большая часть существующих исследований сосредоточена на системном уровне — например, исследования, оценивающие техническую интеграцию аквакультуры с гидропоникой в различных конфигурациях (Fang et al. 2017; Lastiri et al. 2018; Monsees et al. 2017). В то время как отдельные компоненты аквапонной системы и их взаимодействие могут быть дополнительно оптимизированы для повышения производительности, их производительность в контролируемой среде не была всесторонне рассмотрена. Недавние исследования в CEA начали оценивать производительность гидропонной системы в тандеме с характеристиками встроенной среды, хотя на сегодняшний день существует только одно исследование, которое моделирует производительность аквапонной системы в контролируемой оболочке (Benis et al. 2017a; Körner et al. 2017; Molin and Martin 2018a; SanjuandelMás et al. 2018).
21.1.3 Сотрудничество в области исследований в области аквапоники
Нынешний рост интереса к аквапонике привел к созданию нескольких междисциплинарных исследовательских проектов, связанных с аквапонией, финансируемых Европейским союзом (ЕС). Проект COST FA1305, в рамках которого был создан Центр аквапоники ЕС (2014—2018), объединил исследователей аквапоники и коммерческих производителей, чтобы лучше понять состояние аквапоники и обеспечить скоординированную исследовательскую и образовательную деятельность в ЕС и во всем мире. Инновационная Aquaponics for Professional Application (INAPRO) (2014—2017), консорциум из 17 международных партнеров, нацелен на продвижение современных подходов к сельскому и городскому аквапонике путем разработки моделей и строительства прототипных теплиц. Проект CITYFOOD (2018—2021 гг.) в рамках Инициативы устойчивого роста городов (SUGI), совместно финансируемой ЕС, Бельмонтским форумом и соответствующими научными фондами, исследует интеграцию аквапоники в городском контексте и ее потенциальное влияние на глобальные проблемы взаимосвязи между продовольствием и водой и энергией.