1.3 Changamoto za Sayansi na Teknolojia katika Aquap

Wakati aquaponics inavyoonekana kuwa mojawapo ya teknolojia muhimu za uzalishaji wa chakula ambazo ‘zinaweza kubadilisha maisha yetu’ (van Woensel et al. 2015), kwa upande wa uzalishaji endelevu na ufanisi wa chakula, aquaponics zinaweza kurekebishwa na kuwa na ufanisi zaidi. Moja ya matatizo muhimu katika mifumo ya kawaida ya aquaponics ni kwamba virutubisho katika majivu yanayotokana na samaki ni tofauti na ufumbuzi bora wa virutubisho kwa mimea. Mifumo ya aquaponics iliyokatwa (DAPS), ambayo hutumia maji kutoka kwa samaki lakini hairudi maji kwa samaki baada ya mimea, inaweza kuboresha juu ya miundo ya jadi kwa kuanzisha vipengele vya mineralization na sludge bioreactors zenye microbes zinazobadilisha jambo la kikaboni kuwa aina bioavailable ya madini muhimu, hasa fosforasi, magnesiamu, chuma, manganese na sulphur ambazo hazipatikani katika maji ya kawaida ya samaki. Kinyume na vipengele vya mineralization katika mifumo moja ya kitanzi, majivu ya bioreactor katika DAPS hulishwa tu kwa sehemu ya mmea badala ya kupunguzwa katika mfumo mzima. Hivyo, mifumo iliyopigwa ambayo hutumia digesters ya sludge hufanya iwezekanavyo kuongeza kuchakata taka za kikaboni kutoka kwa samaki kama virutubisho kwa ukuaji wa mimea (Goddek 2017; Goddek et al. 2018). Taka katika mifumo hiyo hasa hujumuisha sludge ya samaki (yaani nyasi na malisho yasiyotiwa ambayo hayupo suluhisho) na hivyo haiwezi kutolewa moja kwa moja kwenye mfumo wa hydroponiki. Bioreactors (tazama [Chap. 10](/jamiii/makala/sura-10-aerobic-na-anaerobic matibabu-kwa-aquaponic-sludge-reduction-na-mineralisation)) ni sehemu muhimu ambayo inaweza kugeuka sludge vinginevyo isiyoweza kutumika katika mbolea za hydroponic au kutumia tena taka kama vile inatumia tena taka za kikaboni kama vile shina na mizizi kutoka kwenye mmea uzalishaji sehemu katika biogas kwa ajili ya joto na umeme kizazi au miundo DAPS ambayo pia kutoa kujitegemea kudhibitiwa baiskeli maji kwa kila kitengo, hivyo kuruhusu mgawanyo wa mifumo (RAS, hydroponic na digesters) kama inavyotakiwa kwa ajili ya udhibiti wa mtiririko madini. Maji hatua kati ya vipengele katika nishati na madini kuhifadhi kitanzi, ili mizigo virutubisho na mtiririko katika kila sehemu ya mfumo inaweza kufuatiliwa na umewekwa kwa mechi bora mahitaji chini ya mto. Kwa mfano, fosforasi (P) ni rasilimali muhimu lakini yenye uchovu ambayo inachimbwa kwa ajili ya mbolea, lakini vifaa vya dunia sasa vimefutwa kwa kiwango cha kutisha. Kutumia digesters katika mifumo ya aquaponics iliyopigwa inaruhusu microbes kubadili fosforasi katika taka ya samaki katika orthophosphates ambayo inaweza kutumika na mimea, na viwango vya juu vya kupona (Goddek et al. 2016, 2018).

Ingawa mifumo ya decoupled ni nzuri sana katika kurejesha virutubisho, na hasara nearzero virutubisho, ukubwa wa uzalishaji katika kila moja ya vitengo ni muhimu kutokana na kwamba virutubisho mtiririko kutoka sehemu moja ya mfumo unahitaji kuendana na uwezo wa uzalishaji chini ya mto wa vipengele vingine. Modeling programu na Usimamizi Control na Data Acquision (SCADAS) mifumo ya upatikanaji data hiyo kuwa muhimu kuchambua na kuripoti mtiririko, vipimo, mizani ya molekuli na tolerances ya kila kitengo, na kufanya hivyo inawezekana kutabiri vigezo kimwili na kiuchumi (kwa mfano mizigo virutubisho, mojawapo ya samaki- kupanda pairings, viwango vya mtiririko na gharama za kudumisha vigezo maalum vya mazingira). Katika Chap. 11, tutaangalia kwa undani zaidi katika nadharia ya mifumo kama kutumika kwa mifumo ya aquaponics na kuonyesha jinsi modeling inaweza kutatua baadhi ya masuala ya wadogo, wakati ufumbuzi ubunifu wa teknolojia unaweza kuongeza ufanisi na hivyo faida ya mifumo hiyo. Kuongeza ni muhimu si tu kutabiri uwezekano wa kiuchumi lakini pia kutabiri matokeo ya uzalishaji kulingana na uwiano inapatikana madini.

Suala jingine muhimu, ambalo linahitaji maendeleo zaidi, ni matumizi na matumizi ya nishati. Mifumo ya Aquaponics ni nishati na miundombinu kubwa. Kulingana na mionzi ya jua iliyopokelewa, matumizi ya PV ya jua, vyanzo vya joto vya jua na (jua) desalination bado inaweza kuwa kiuchumi lakini yote yanaweza kuunganishwa katika mifumo ya aquaponics. Katika [Chap. 1, tunawasilisha taarifa kuhusu uwezekano wa ubunifu wa kiufundi na uendeshaji ambao una uwezo wa kuondokana na mapungufu ya asili ya mifumo hiyo, ikiwa ni pamoja na fursa mpya za kusisimua za kutekeleza mifumo ya aquaponics katika maeneo yenye ukame.

Katika [Chap. 2](/jamiii/makala/sura-2-aquaponics-kufunga-ya-mzunguko on-limited-maji-ardhi na virutubisho), sisi pia kujadili kwa undani zaidi changamoto mbalimbali ya mazingira ambayo aquaponics inaweza kusaidia kushughulikia. Udhibiti wa pathogen, kwa mfano, ni muhimu sana, na zilizomo mifumo ya RAS ina idadi ya faida ya mazingira kwa ajili ya uzalishaji wa samaki, na moja ya faida ya mifumo ya aquaponics decoupled ni uwezo wa kusambaza maji kati ya vipengele na kutumia udhibiti wa kujitegemea ambayo ni rahisi kuchunguza, kujitenga na kuondosha vitengo vya mtu binafsi wakati kuna vitisho vya pathogen. Probiotics ambayo ni ya manufaa katika utamaduni wa samaki pia huonekana manufaa kwa uzalishaji wa mimea na inaweza kuongeza ufanisi wa uzalishaji wakati unasambazwa ndani ya mfumo uliofungwa (Sirakov et al. 2016). Changamoto hizo zinachunguzwa zaidi katika Chap. 5, ambapo tunazungumzia kwa undani zaidi jinsi uvumbuzi katika aquaponics unaweza kusababisha (a) ufanisi wa matumizi ya nafasi (gharama ndogo na vifaa, kuongeza matumizi ya ardhi); (b) kupunguza rasilimali za pembejeo, k.m. fishmeal, na kupunguza matokeo mabaya, k.m. kutokwa taka; na (c) kupunguza matumizi ya antibiotics na madawa ya kuulia wadudu katika mifumo binafsi zilizomo.

Bado kuna maeneo kadhaa ya mada ya aquaponic ambayo yanahitaji utafiti zaidi ili kutumia uwezo kamili wa mifumo hii. Kutokana na mtazamo wa kisayansi, mada kama vile baiskeli ya nitrojeni (Chap. 9, aerobic na anaerobic remineralization ([Chap. 10](./10-aerobic na-anaerobic tatibabu-anaerobic tatibabu-anaerobic matibabu-anaerobic tatibuc-mediments-kwa-aquaponic-sent ufanisi (Chap. 8), optimized aquaponic samaki mlo ([Chap. 13](/jamiii/makala/sehemu-III-perspective-kwa-endelevu maendeleo)) na mimea vimelea na mikakati ya kudhibiti ([Chap. 14]([Chap. 14] pathogens-na-kudhibiti- mikakati-katika-aquaponics)) wote ni vipaumbele vya juu.

Kwa muhtasari, changamoto zifuatazo za kisayansi na kiteknolojia zinahitaji kushughulikiwa:

1. Nutrients: Kama sisi kujadiliwa, mifumo ya kutumia sludge digesters kufanya hivyo inawezekana kuongeza kuchakata taka hai kutoka samaki katika virutubisho kwa ajili ya ukuaji wa mimea, miundo kama hiyo kuruhusu kwa reclamation optimized na kusindika ya virutubisho kujenga karibu-sifuri madini hasara kutoka mfumo.

2. Water: Matumizi ya maji yaliyotokana na virutubisho kutoka kwenye greenhouses pia yanaweza kuboreshwa kwa kutumia tena katika sehemu ya samaki kutumia condensers.

3. Energy: Miundo inayoendeshwa na jua pia inaboresha akiba ya nishati, hasa ikiwa maji yaliyotangulia kutoka kwenye hita za jua katika greenhouses yanaweza kusambazwa tena kwenye mizinga ya samaki kwa kutumia tena.

Uwezo wa kusaga maji, virutubisho na nishati hufanya aquaponics kuwa suluhisho la kipekee kwa masuala kadhaa ya mazingira yanayowakabili kilimo cha kawaida. Hii inajadiliwa katika [Chap. 2](./2-aquaponics ፦kufunga-mzunguko-on-limited-maji, -ardhi na virutubishi-resources.md).