12.5.1 Utangulizi

Wakati aquaponics inaweza kuonekana kama sehemu ya suluhisho la kimataifa la kuongeza uzalishaji wa chakula kwa njia endelevu zaidi na zinazozalisha na ambapo kuongezeka kwa chakula zaidi katika maeneo ya miji sasa kunatambuliwa kama sehemu ya suluhisho la usalama wa chakula na mgogoro wa chakula duniani (Konig et al. 2016), mifumo ya maji ya maji yanaweza kuwa uzalishaji zaidi na endelevu kwa kupitisha teknolojia mbadala za kukua na kujifunza kutoka kwa teknolojia zinazojitokeza kama vile kilimo cha wima na kuta za kuishi (Khandaker na Kotzen 2018). Zaidi ya hayo kwa kuwa na ufanisi wa nafasi, wanaweza kuunganishwa vizuri katika maeneo ya miji.

Katika dunia iliyoendelea mifumo mingi ya aquaponic imewekwa katika greenhouses ili kudhibiti joto; kaskazini mwa Ulaya na Amerika ya Kaskazini kwa mfano, joto la majira ya baridi ni baridi sana wakati wa baridi na katika maeneo ya Mediterranean kama vile Hispania, Italia, Ureno, Ugiriki na Israeli, joto la majira ya joto ni joto sana. Kuna bila shaka faida nyingi za ziada katika kuongezeka kwa chakula katika greenhouses kudhibitiwa, kama vile uwezo wa kudhibiti unyevu jamaa na kudhibiti hewa harakati, karantini samaki pamoja na mimea kutokana na magonjwa kama vile wadudu na uwezekano wa kuwa na uwezo wa kuongeza COSU2/Sub, kwa misaada ya ukuaji wa kupanda. Hata hivyo, kuongezeka kwa mazao katika chafu kunaweza kuongeza gharama kwa njia ya (a) gharama za mji mkuu wa chafu (makadirio mapana ya Marekani\ $350/msup2/sup Arnold 2017) na (b) miundombinu ya washirika kama vile udhibiti wa microclimate ambayo ni pamoja na mifumo ya joto na baridi na taa. Juu ya gharama za awali za miundombinu, pia kuna gharama maalum za uzalishaji wa chafu ambazo ni pamoja na nishati/umeme wa joto na baridi pamoja na taa.

Mifumo mingi ya aquaponic kama vile mfumo wa Chuo Kikuu cha Kisiwa cha Virgin (UVI) (Kielelezo 12.1), iliyoundwa na Dr. James Rakocy na wenzake, hutumia mizinga ya kukua ya usawa au vitanda, kuiga mifumo ya kukua ya ardhi yenye msingi ya ardhi ili kuzalisha mboga (Khandaker na Kotzen 2018). Kwa maneno mengine, mfumo hutegemea safu usawa/arrays ya mimea kawaida muinuko kwa karibu ngazi ya kiuno ili kupanda kuhusiana usimamizi kazi inaweza kwa urahisi uliofanywa. Maendeleo sawa katika teknolojia za ukuta wa maisha na teknolojia za kilimo za wima zimetokea karibu wakati huo huo kwamba aquaponics imebadilika na ni sawa katika hatua ya vijana ya maendeleo. Vile vile kama katika aquaponics, kama watu wengi zaidi wanavyohusika kuna ongezeko la kuambatana katika mifumo na maendeleo ya kiteknolojia ili kuongeza tija na kupunguza gharama. Kuunganishwa kwa mifumo ya kukua wima (mifumo ya kilimo wima na kuta za kuishi) badala ya vitanda vya usawa kwa samaki na mizinga ya filtration ni uwezekano wa njia moja muhimu ya kuongeza tija kama inavyowezekana kuongeza idadi ya mboga iliyopandwa ikilinganishwa na idadi zinazozalishwa kwa kawaida usawa kitanda aquaponics. Mifumo ya aquaponic ya UVI (Kielelezo 12.2) huzalisha mimea takriban 32 kwa kila mita ya mraba (Al-Hafedh et al. 2008), kulingana na aina na cultivar ambayo imeongezeka, lakini kama Khandaker na Kotzen (2018), mimea takriban 96 inaweza kupandwa kwa kila mita ya mraba ‘kwa kutumia vipengele vya nyuma vya Terapia Urbana [1] LW mfumo ambayo ni zaidi ya mara tatu wiani

Mtini. 12.2 Mchoro mchoro wa kawaida mfumo UVI kuonyesha uwiano wa tanks samaki/filters/kupanda mizinga ambayo ni 2:1:5. Hii inaonyesha kwamba eneo kubwa zaidi linakabiliwa na mimea na iko katika eneo hili kwamba akiba ya nafasi inaweza kuchukuliwa. (Khandaker na Kotzen 2018)

ikilinganishwa na UVI usawa kuongezeka mfumo ‘. Makadirio ya kihafidhina yanapaswa angalau mara mbili ya kiwango cha juu kilichopandwa katika vitanda vya usawa hadi mimea 64/msup2/sup. Katika jaribio la lettuce (Lactuca sativa L. cv. ‘Gemu Little’) kwa kutumia vitanda vya usawa na nguzo zilizopandwa, zilizopandwa kwa msongamano sawa, Touliatos et al. (2016) zinaonyesha kuwa ‘Mfumo wa Kilimo cha Wima (VFS) hutoa mbadala inayovutia kwa mifumo ya ukuaji wa hydroponic ya usawa (na) ambayo ongezeko zaidi la mavuno linaweza kupatikana kwa kuingiza taa bandia katika VFS ‘.

**Mifumo ya Kilimo cha Wima (VFS) **

Kabla ya kujadili mahitaji maalum ya mifumo ya wima tunahitaji kujadili aina za mifumo ambayo inapatikana. Katika VFS kuna aina tatu kuu za generic (Mchoro 12.3):

1. Iliyopangwa Vitanda Horizontal: Badala ya kuwa na moja ya usawa kukua kitanda, thebeds ni sifa kama rafu katika tiers. Mpangilio huu una maana kwamba katika chafu, kitanda cha juu tu kitakabiliwa na mwanga wa moja kwa moja wa asili na mwanga wa ziada unahitaji kutolewa katika ngazi zote. Hii hutolewa kutoka moja kwa moja chini ya kitanda cha kukua hapo juu. Kimsingi hii inaweza kumaanisha kwamba vitanda vinavyoongezeka vinaweza kuingizwa kama vile chafu kinaruhusu, lakini bila shaka kukua vitu kwa urefu inamaanisha ugumu mkubwa katika usimamizi wa mfumo ikiwa ni pamoja na upandaji, matengenezo na kuvuna, wanaohitaji hissar ya mkasi na nishati ya ziada ya kusubu maji yenye virutubisho kwa ngazi zote. Kulingana na Bright Agrotech (Storey 2015), hadi tiers nne ni faida na chochote hapo juu ambacho hakina faida. Ghorofa (2015) inabainisha zaidi kwamba kazi huongezeka kwa 25% katika ngazi ya pili, ya tatu na ya nne wakati kuinua mkasi inahitajika (Mchoro 12.3, Mchoro A).

Kielelezo 12.3 Mifumo ya kilimo cha wima na mipango yao ya taa

2. Vertical Tower Systems (VTS): Vertical Tower Systems wanaunda mifumo whichgrow mimea katika arrays wima ndani ya chombo au mfululizo wa modules sifa. Kulingana na mfumo, mimea imeongezeka inakabiliwa na mwelekeo mmoja au ikiwa, kwa mfano, hupandwa katika fomu kama tube, basi inaweza kupangwa inakabiliwa na mwelekeo wowote. Mfano wa mfumo wa safu wima, ambapo mimea imeongezeka inakabiliwa na mwelekeo mmoja ni zipgrowsuptm/Sup ambayo ni aidha Hung au mkono katika safu (Kielelezo 12.3, Mfano B1). Safu kati ni takriban mita 0.5 (inchi 20). Kukua kwa njia zaidi ya tatu-dimensional hutokea kwa mifumo iliyowekwa au katika mifumo ya tubular ambayo inaruhusu mimea zaidi kukua, lakini taa ni ngumu zaidi (Mchoro 12.3, Mchoro B2).

3. Tiers kupitiwa: Mifumo hii yana rigid au kusonga Mabwawa kupanda. VFS ya SkyGreens huko Singapore inatumia mfumo wa kupokezana wa kupitia nyimbo ambayo husababisha mabwawa hadi juu na kwenye nuru. Mwanga wa ziada wa asili ni muhimu zaidi kuelekea juu na chini hivyo chini (Mchoro 12.3, Mchoro C1). Mifumo mingine ya tier imepitiwa ili kila tier ina interface isiyozuiliwa na mwanga kutoka juu, kama hii ni mwanga wa asili kutoka paa la chafu au mwanga wa bandia. Lakini mifumo hii inapaswa kuwa chini sana ili watu waweze kufikia mimea (Mchoro 12.3, Mchoro C2).

Kuta za Kuishi

Ukuta wa kuishi bado haujatumika katika aquaponics isipokuwa katika mifumo kadhaa ya majaribio kama vile Chuo Kikuu cha Greenwich, London (Khandaker na Kotzen 2018). Wakati wengi VFS kutumia virutubisho filamu mbinu (NFT) kukua njia au zimegawanywa vitalu madini pamba, LWs wakati mwingine pia kutumia substrates aina ya udongo katika sufuria au mabwawa, ambayo hutoa kati mizizi. Wakati hii ni nzuri kwa ajili ya kupanda mimea ya mapambo kama vile mboga na mimea, wakati pamoja na mizinga ya samaki, nyongeza yoyote ya udongo kwa mfumo inaweza magumu tabia microbial ya mfumo na kuwa na madhara kwa samaki. Hii hata hivyo haijulikani na inahitaji utafiti. Majaribio yaliyofanywa katika Chuo Kikuu cha Greenwich (Khandaker na Kotzen 2018) yanaonyesha kuwa kutokana na idadi ya moja, substrates ajizi majaribio (ikiwa ni pamoja na hidroleica, perlite, majani, Sphagnum moss, pamba ya madini na nyuzi za nazi), nyuzi za nazi na kisha pamba ya madini yalikuwa bora zaidi katika suala la kupenya mizizi na ukuaji wa mizizi katika lettuce (Lactuca sativa).

Wima v. usawa: Mambo ya Kuzingatiwa

Kuna mambo manne muhimu ambayo yanahitaji kuzingatiwa wakati wa kulinganisha faida (tija na uendelevu) ya kukua wima, ikilinganishwa na kukua kwa usawa. Hizi ni (1) nafasi, (2) taa, (3) nishati na (4) gharama za mzunguko wa maisha.

1. Space

Faida za kuwa na uwezo wa kukua huzalisha wima, kurudi kwa nyuma, zinahitaji kuwa na usawa na kiasi cha nafasi ambacho kinahitajika kutoa usambazaji hata wa taa pamoja na nafasi ya mstari inayohitajika kwa usimamizi na matengenezo. Upana wa mstari katika mifumo ya hydroponic inatofautiana. Kama ilivyoelezwa mfumo wa kiwango cha zipgrowsuptm/Sup ni takriban mita 0.5, ambapo upana wa mstari wa kawaida kwa kukua nyanya na matango hydroponically hutofautiana kutoka mita 0.9 hadi 1.2 (Badgery-Parker na James 2010). Kupanda mimea ndogo kama vile lettuce na mimea kama vile Basil, inaweza kuruhusu kwa safu nyembamba, lakini bila shaka mstari upana lazima kuhakikisha kwamba kuzalisha si kuathirika na kusonga vitu kama vile trolleys na hissar scissor. Suala muhimu na kukua kwa wima ni mgogoro unaotokea kati ya kuwa na safu za kudumu na taa zilizowekwa, ambazo zinahitajika kuwa katika safu kati ya maonyesho ya kupanda. Taa hizi zitawazuia harakati za watu na hivyo ama taa zinahitaji kuwa (i) sehemu ya muundo unaokua au (ii) retractable au zinazohamishika, ili wafanyakazi waweze kufanya kazi kwa urahisi, au (iii) miundo ya upandaji ni movable na taa kubaki tuli.

2. Mwanga

Uzalishaji wa mboga mboga na mimea mingine hutegemea mipango maalum ya anga ambayo inaruhusu kupanda, usimamizi kupitia ukuaji na kisha kuvuna. Mpangilio wa anga utategemea aina za mimea na aina za mashine zilizowekwa. Zaidi ya hayo, kukua kwa ufanisi kunategemea kuongeza mwanga wa ziada wa aina tofauti, ambazo zina faida na hasara. Kwa ujumla kile taa hizi zinafanya ni kutoa wavelengths maalum kwa ukuaji wa mimea na kwa uzalishaji wa matunda au maua. Ingawa ni rahisi na kawaida zaidi kwa mimea sawasawa mwanga mzima usawa, ni zaidi ya changamoto kwa sawasawa mwanga uso wima.

Kwa upande wa aina ya taa, wazalishaji wengi wamehamia au wanajaribiwa kufunga LED (diodes ya mwanga), kutokana na maisha yao ya muda mrefu, hadi saa 50,000 au zaidi (Gupta 2017), mahitaji yao ya chini ya nguvu na kupunguza gharama zao za hivi karibuni. Virsile et al. katika Gupta (2017) kumbuka kuwa maombi zaidi ya taa za LED katika greenhouses huchagua mchanganyiko wa wavelengths nyekundu na bluu na ufanisi mkubwa wa photon lakini mwanga wa kijani na nyeupe una kiasi kikubwa cha wavelengths ya kijani ina athari nzuri ya kisaikolojia kwenye mimea. Hata hivyo, mchanganyiko wa taa za bluu na nyekundu hujenga picha ya rangi ya purplish-kijivu, na hii inazuia tathmini ya kuona ya afya ya mmea. Aina ya wavelengths iliyochaguliwa ni ngumu na inaweza kuwa na faida katika hatua tofauti katika maisha ya mmea na hata kulingana na kilimo cha, kwa mfano, lettuce. Lettuces nyekundu, kwa mfano, jibu taa ya bluu ya LED, na kuongeza rangi yao (Virsile et al. katika Gupta 2017). Zaidi ya hayo, taa za bluu za LED zinaweza kuboresha ubora wa lishe wa mboga za kijani, kupunguza maudhui ya nitrate, kuongeza antioxidants na phenolic na misombo mengine ya manufaa. Spectra ya mwanga pia huathiri ladha, sura na texture (Virsile et al. katika Gupta 2017). Gharama za LED zimeshuka kwa kiasi kikubwa na kama ufanisi wa LED umeongezeka hivyo muda wa kuvunja-hata kurudi kwenye uwekezaji umepungua (Bugbee katika Gupta 2017).

Taa nyingine bila shaka ipo na hii inajumuisha taa za fluorescent, taa ya chuma ya halide (MH) na taa ya juu ya shinikizo la sodiamu (HPS). Aina ya taa ambayo hutumiwa katika kilimo cha wima na kwa kuta za kuishi hutofautiana sana kulingana na kiwango na mahali. Taa za umeme za umeme (CFL) ni nyembamba na zinaweza kufaa kwa urahisi katika nafasi ndogo, lakini zinahitaji ballast ya kuvutia ili kudhibiti sasa kupitia zilizopo. CFL hutumia tu 20— 30% ya bulb ya incandescent na hudumu mara sita hadi nane tena lakini ni karibu 50% chini ya ufanisi kuliko LEDs. Wao ni kwa mbali nafuu zaidi ya aina tatu kuu ya taa kukua. HPS kukua teknolojia mwanga ni zaidi ya miaka 75 na ni imara kwa ajili ya kukua chini ya kioo, lakini kuzalisha mengi ya joto na hivyo si mzuri kwa ajili ya kilimo wima na kuta hai, ambapo mwanga inahitaji kutolewa karibu kabisa na mimea. Joto lililozalishwa na taa za kukua LED, kwa upande mwingine, ni ndogo. Gharama hata hivyo ni kubwa zaidi kuliko aina nyingine mbili, na ulinzi wa jicho unahitajika kwa mfiduo wa muda mrefu kwa LED kama mfiduo wa muda mrefu kwa spectra ya mwanga unaweza kuharibu macho. Mpangilio wa vitengo vya VFS utaagiza mpangilio wa taa lakini kwa ujumla haya yanapigwa na LED. Njia ya taa za kuta za kuishi itategemea urefu wa ukuta. Mrefu ukuta ni vigumu zaidi kuomba hata kuenea kwenye uso, ingawa ni lazima ieleweke kwamba idadi ya taa zinazotumiwa haipaswi kuwa tofauti na zile zinazotumiwa katika vitanda vya kukua vya usawa na ikiwa ukuta ni mrefu basi taa zinaweza kuhitaji kutengana. Kama kuta nyingi za kuishi ziko kwa madhumuni ya kupendeza, taa zinahitajika kuhifadhiwa iwezekanavyo, nje ya njia na taa haipaswi tu kutoa mwanga wa kutosha kwa ukuaji wa mimea na afya, lakini pia ili mimea inaonekana vizuri (Mchoro 12.4).

Kielelezo 12.4 Ukuta wa urefu wa mita 4, urefu wa mita 5-mrefu unaweza kutosha na taa sita za kutokwa kwa ufanisi. Kumbuka haya yalichaguliwa si tu kutoa mwanga wa kutosha kwa ukuaji lakini pia ili mimea katika ukuta hai ingeonekana vizuri. (Chuo Kikuu cha Greenwich Hai Wall. Chanzo: Benz Kotzen)

Maendeleo katika teknolojia ya LED, ambapo masafa ya taa na kiwango inaweza kuwa engineered ili kukidhi aina binafsi na kilimo pamoja na mzunguko wao wa maisha mbalimbali ina maana kwamba LEDs itakuwa teknolojia ya uchaguzi katika siku za usoni. Hii pia itaimarishwa na kupunguza gharama.

3. Energy

Nishati zaidi kwa taa inawezekana kuhitajika kwa VFS pamoja na LWs kama hata taa za asili haziwezi kupatikana juu ya nyuso za wima. Zaidi ya hayo nguvu zaidi ya kusukumia umwagiliaji itahitajika na hii itakuwa jamaa na urefu wa VFS au LWs.

4. _Uchambuzi wa Mzunguko wa Maisha (LCA) _

Wakati kuna tafiti nyingi zilizofanywa juu ya uchambuzi wa mzunguko wa maisha ya aquaponics na masuala mbalimbali ya mifumo ya aquaponic, hakuna tafiti za kulinganisha zinazolinganisha wima dhidi ya aquaponics ya usawa. Hii bado haijafanyika. Sisi ni kupata hadi pale ambapo aquaponics wima ni uwezekano wa kuthibitisha kupima zaidi na utafiti na katika muda aquaponics wima, ambayo wanandoa mifumo ya kilimo wima au mifumo ya ukuta hai na mizinga samaki na vitengo filtration, ni uwezekano wa kuwa tawala zaidi, kwa muda mrefu kama haya inaweza kuwa faida na endelevu.