2.3.1 Utabiri

Hata kama chakula zaidi kinahitajika kuzalishwa, ardhi inayoweza kutumika kwa ajili ya mazoea ya kilimo ni mdogo kwa takribani 20— 30% ya uso wa ardhi duniani. Upatikanaji wa ardhi ya kilimo unapungua, na kuna uhaba wa ardhi inayofaa ambapo inahitajika zaidi, k.m. hasa karibu na vituo vya idadi ya watu. Uharibifu wa udongo ni mchangiaji mkubwa wa kushuka huku na kwa ujumla unaweza kuainishwa kwa njia mbili: makazi yao (upepo na mmomonyoko wa maji) na kemikali ya ndani ya udongo na kuzorota kimwili (kupoteza virutubisho na/au suala la kikaboni, salinization, acidification, uchafuzi wa mazingira, compaction na Kukadiria jumla ya asili na binadamu ikiwa uharibifu wa udongo duniani kote ni mkali na ugumu kutokana na tofauti katika ufafanuzi, ukali, majira, categorization udongo, nk Hata hivyo, kwa ujumla walikubaliana kuwa matokeo yake yamesababisha hasara ya uzalishaji wavu msingi juu ya maeneo makubwa (Esch et al. 2017), hivyo kuzuia ongezeko la ardhi ya kilimo na ya kudumu hadi 13% katika miongo minne tangu mwanzoni mwa miaka ya 1960 hadi mwishoni mwa miaka ya 1990 (Bruinsma 2003). Muhimu zaidi kuhusiana na ukuaji wa idadi ya watu wakati huo, ardhi ya kilimo kwa kila mtu ilipungua kwa karibu 40% (Conforti 2011). Neno ‘ardhi ya kilimo ’linamaanisha upatikanaji wa virutubisho vya kutosha kusaidia uzalishaji wa mazao. Ili kukabiliana na kupungua kwa virutubisho, matumizi ya mbolea duniani kote yameongezeka kutoka kilo 90/ha mwaka 2002 hadi 135 kg mwaka 2013 (Pocketbook 2015). Hata hivyo kuongezeka kwa matumizi ya mbolea mara nyingi husababisha ziada ya nitrati na phosphates kuishia katika mazingira ya majini (Bennett et al. 2001), na kusababisha blooms mwani na eutrophication wakati kuoza majani mwani hutumia oksijeni na mipaka ya viumbe hai wa majini. Largescale nitrati na phosphate-ikiwa mabadiliko ya mazingira ni dhahiri hasa katika mifereji ya maji na maeneo ya pwani.

Nitrojeni, potasiamu na fosforasi ni virutubisho kuu tatu muhimu kwa ukuaji wa mimea. Ingawa mahitaji ya mbolea za fosforasi yanaendelea kukua kielelezo, akiba ya phosphate ya mwamba ni mdogo na makadirio yanaonyesha kuwa yatafutwa ndani ya miaka 50—100 (Cordell et al. 2011; Steen 1998; Van Vuuren et al. 2010). Zaidi ya hayo, pembejeo ya nitrojeni ya anthropogenic inatarajiwa kuendesha mazingira ya mazingira duniani kuelekea mapungufu makubwa ya fosforasi, ingawa ufahamu bora wa taratibu ni muhimu (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). Hivi sasa, hakuna mbadala za phosphorus katika kilimo, hivyo kuweka vikwazo juu ya uzalishaji wa kilimo baadaye ambayo hutegemea pembejeo muhimu ya mbolea ya phosphate iliyochimbwa (Sverdrup na Ragnarsdottir 2011). ‘P-PARADOX’, kwa maneno mengine, ziada ya P kuharibika ubora wa maji, pamoja na uhaba wake kama rasilimali zisizo mbadala, inamaanisha kuwa kuna lazima kuwe na ongezeko kubwa la kuchakata na ufanisi wa matumizi yake (Leinweber et al. 2018).

Mazoea makubwa ya kisasa ya kilimo, kama vile frequency na muda wa kulima au hakuna-mpaka, matumizi ya madawa ya kuulia wadudu na madawa ya kuulia wadudu, na kuongeza infrequent ya vitu hai zenye micronutrients inaweza kubadilisha muundo wa udongo na viumbe hai wake microbial kama vile kuongeza ya mbolea tena kuongezeka kwa tija kwa hekta. Kutokana na kwamba mabadiliko katika matumizi ya ardhi yamesababisha hasara za kaboni ya kaboni ya kaboni iliyokadiriwa kuwa karibu 8%, na hasara zilizopangwa kati ya 2010 na 2050 ni mara 3.5 ambazo takwimu, inadhaniwa kuwa uwezo wa kushikilia maji ya udongo na hasara za virutubisho zitaendelea, hasa kwa mtazamo wa ongezeko la joto duniani (Esch et al. 2017) . Ni wazi kuna biashara kati ya kukidhi mahitaji ya binadamu na si kuacha uwezo wa biosphere kusaidia maisha (Foley et al. 2005). Hata hivyo, ni wazi wakati wa kutengeneza mipaka ya sayari kuhusiana na mazoea ya sasa ya matumizi ya ardhi ambayo ni muhimu kuboresha baiskeli ya N na P, hasa kwa kupunguza uzalishaji wa nitrojeni na fosforasi na kurudiwa kutoka ardhi ya kilimo, lakini pia kwa kukamata bora na kutumia tena (Conijn et al. 2018).

2.3.2 Aquaponics na virutubisho

Moja ya faida kuu za aquaponics ni kwamba inaruhusu kuchakata rasilimali za virutubisho. Nutrient pembejeo katika sehemu ya samaki linatokana na malisho, muundo wa ambayo inategemea aina lengo, lakini kulisha katika aquaculture kawaida ni sehemu kubwa ya gharama za pembejeo na inaweza kuwa zaidi ya nusu ya jumla ya gharama ya kila mwaka ya uzalishaji. Katika miundo fulani ya aquaponics, majani ya bakteria yanaweza pia kuunganishwa kama chakula, kwa mfano, ambapo uzalishaji wa biofloc hufanya mifumo ya aquaponic inazidi kujitegemea (Pinho et al. 2017).

Maji machafu kutoka kalamu za wazi au raceways mara nyingi hutolewa kwenye maji ya maji, ambapo husababisha uchafuzi wa virutubisho na eutrophication inayofuata. Kwa upande mwingine, mifumo ya aquaponic kuchukua virutubisho kufutwa kutoka kulisha samaki uneaten na nyasi, na kutumia microbes ambayo inaweza kuvunja jambo hai, kubadilisha nitrojeni na fosforasi katika aina bioavailable kwa ajili ya matumizi ya mimea katika kitengo hydroponics. Ili kufikia viwango vya uzalishaji wa mimea vinavyokubalika kiuchumi, uwepo wa makanisa sahihi ya microbial hupunguza haja ya kuongeza sehemu kubwa ya virutubisho ambazo hutumiwa mara kwa mara katika vitengo vya hydroponic vya kusimama pekee. Hivyo aquaponics ni mfumo wa kutokwa karibu-sifuri ambao hutoa faida ya kiuchumi tu kutokana na mito ya uzalishaji wa samaki na mimea, lakini pia kupunguza kwa kiasi kikubwa katika kuruhusiwa kwa mazingira ya mazingira kutoka kwenye maeneo ya maji. Pia hupunguza tatizo la mtiririko wa N- na P-tajiri kutoka kwa mbolea zinazotumiwa katika kilimo cha udongo. Katika mifumo ya aquaponic iliyokatwa, bioreactors ya aerobic au anaerobic pia inaweza kutumika kutibu sludge na kurejesha macro- na micronutrients muhimu katika fomu za bioavailable kwa matumizi ya baadaye katika uzalishaji wa hydroponic (Goddek et al. 2018) (angalia Chap. 8). Kusisimua maendeleo mapya kama vile haya, wengi ambao sasa ni kuwa barabara kwa ajili ya uzalishaji wa kibiashara, kuendelea kuboresha dhana ya uchumi mviringo kwa inazidi kuruhusu kwa ajili ya kufufua virutubisho.