Akvaponie, jak vlastně funguje?

Akvaponie nechává v jednom uzavřeném okruhu žít vedle sebe chov ryb a bezpůdní pěstování rostlin. Výkaly ryb promění bakterie v hnojivo pro rostliny a ty vodu vyčistí, než se vrátí do nádrží. Princip se dá shrnout do tří řádků, jeho každodenní řízení ale vyžaduje skutečnou odbornost.

Podívejme se, jak tento mechanismus funguje, od dusíkatého cyklu po cestu vody, a jak vypadá v praxi na profesionální farmě, jakou stavíme v departementu Moselle na severovýchodě Francie.

Tři kultury v jednom uzavřeném okruhu

Akvaponická farma ve skutečnosti vede tři kultury v jednom uzavřeném okruhu: ryby, bakterie a rostliny. Žádnou z nich nelze odebrat, aniž by se rovnováha zhroutila.

Ryby dostávají krmivo a obohacují vodu o amoniak, a to výkaly i dýcháním. Nitrifikační bakterie usazené na nosičích v biofiltru mění tento amoniak na dusičnany. Rostliny dusičnany přijímají přesně tak, jako by šlo o hnojivo, a vodu vracejí opět čistou. Vzniká tak skutečně prospěšný koloběh.

To, co konvenční zemědělství nakupuje jako syntetická hnojiva, u nás vzniká přímo v nádržích, z krmiva podávaného rybám a z jejich výkalů.

Dusíkatý cyklus, motor celého systému

Akvaponický systém stojí na dusíkatém cyklu. Amoniak, který ryby vylučují, je pro ně toxický už ve velmi nízkých dávkách. V neionizované formě, tedy té, která projde přes žábry, se bezpečnostní limity pro pstruha duhového pohybují v setinách miligramu na litr. Chovateli tak zbývá mimořádně úzký prostor pro chybu.

Následují dva bakteriální kroky. První převádí amoniak na dusitany, které jsou rovněž toxické. Druhý mění tyto dusitany na dusičnany, tedy formu dusíku, kterou rostliny přijímají nejlépe a kterou ryby snášejí v mnohem vyšších koncentracích. Tím, že rostliny dusičnany spotřebují, vodu vyčistí a cyklus se uzavře.

Dusičnany, v chovné nádrži nežádoucí, jsou přesně tou formou dusíku, kterou rostliny umějí využít nejlépe. Odpad jednoho se stává zdrojem pro druhého.

Co změnily genetické analýzy

Učebnice dlouho přisuzovaly tyto dva kroky dvěma konkrétním rodům bakterií, Nitrosomonas a Nitrobacter. Molekulární analýzy prováděné posledních deset let na skutečných akvakulturních biofiltrech ale ukazují pestřejší obraz. Oxidaci dusitanů tam nejčastěji ovládá rod Nitrospira, zatímco Nitrobacter někdy zcela chybí. Práce publikovaná v roce 2017 na biofiltru pstruží farmy nenašla ani jedinou jeho sekvenci.

Tytéž výzkumy odhalily archea oxidující amoniak a také bakterie zvané comammox, které zvládnou obě po sobě jdoucí přeměny samy. Složení tohoto společenstva se liší provoz od provozu podle teploty, pH, zatížení dusíkem a salinity.

Pro provozovatele se praktický důsledek nemění. Nejde o to tyto mikroorganismy pojmenovat, ale nabídnout jim osídlitelný nosič, okysličenou vodu a dostatečnou alkalitu.

Cesta vody, krok za krokem

V profesionálním provozu má voda přesně danou trasu, která se uzavírá sama do sebe. Z chovných nádrží odchází zatížená nerozpuštěnými látkami a prochází mechanickou filtrací, nejčastěji bubnovým filtrem. Ten zachytí pevné částice dřív, než se rozloží a spotřebují kyslík z okruhu.

Poté míří do biofiltru, kde probíhá výše popsaná přeměna dusíku. Odtud se rozvádí do pěstebních zón, na plovoucí desky u listové zeleniny nebo do žlabů podle odrůdy. Kořeny ji vyčistí a voda se nakonec vrací do nádrží po kontrole teploty, rozpuštěného kyslíku a pH.

Doplňovat se musí jen ztráty odparem a transpirací rostlin, tedy zhruba 1 až 3 % celkového objemu denně. Uzavřený okruh tak recykluje přibližně 95 % vody, zatímco zavlažované polní pěstování o ni přijde téměř úplně. Tato úspora vody je první předností profesionální akvaponie v podnebí, kde se závlaha stává překážkou.

Zaběhnutí systému, aneb proč farma startuje pomalu

Bakterie se neusadí na povel. Podle podmínek trvá tři až osm týdnů, než vznikne stabilní osádka. Této fázi praktici říkají zaběhnutí systému. Organismy oxidující amoniak osídlí biofiltr pět až sedm dní po prvním přísunu dusíku, ty, které zpracovávají dusitany, se přidají o týden později. Systém je považovaný za zralý teprve tehdy, když dusitany klesnou zpět na nulu a dusičnany pravidelně stoupají.

Tuto fázi lze několika způsoby zkrátit. Zdaleka nejúčinnější je naočkovat biofiltr médiem odebraným z už fungujícího provozu. Pomáhá také teplota držená v horní části bakteriálního rozmezí, vysoká alkalita a pravidelný přísun amoniaku.

Právě tato rozjezdová fáze vysvětluje, proč akvaponická farma začne sklízet později než hydroponický skleník, který dává úrodu hned z první kultury.

pH a železo, trvalý kompromis

pH je parametr, u kterého si tři složky systému odporují nejvýrazněji. Rostliny mají rády výrazně kyselou vodu, zhruba 5,5 až 6,5. Nitrifikační bakterie pracují lépe nad 7. Ryby snesou širší rozmezí. Akvaponie se proto usazuje v kompromisu mezi 6 a 7, kde nikdo nedosáhne svého optima, ale každý funguje uspokojivě.

Toto pH se samo neudrží. Nitrifikace je okyselující reakce a oxid uhličitý vydechovaný rybami tvoří slabou kyselinu, takže systém přirozeně klesá dolů. Provozovatel proto pufruje střídavě uhličitanem vápenatým a draselným. Tím upraví kyselost a zároveň jediným krokem doplní dva strukturální nedostatky akvaponie, draslík a vápník, které krmivo pro ryby nepřinese.

Zbývá železo. Nad pH 7 se sráží do formy, kterou kořen už nedokáže přijmout, a na mladých listech se objeví chloróza. V prvních měsících a poté podle potřeby se proto dodává chelátové železo, řádově 1 až 2 miligramy na litr. Tyto doplňky jsou rozpustné a pro ryby neškodné a jejich cena zůstává okrajová ve srovnání s kompletními hnojivy, která vyžaduje hydroponie.

Co farma produkuje a jak se dimenzuje

Akvaponická farma spojuje dvě profese, chov ryb a bezpůdní zelinářství. Výběr druhů se řídí především teplotou, protože ryby v jednom okruhu musí sdílet stejné teplotní rozmezí. V mírném pásmu se pstruh duhový a siven americký potkávají kolem 13 až 16 °C a chovají se spolu bez potíží. Candát, který potřebuje výrazně teplejší vodu, patří do samostatného provozu. Proto farma navržená pro několik druhů odděluje své chovné haly.

Z rostlin systém nejlépe zhodnotí plodiny s krátkým cyklem a vysokou potřebou dusíku, tedy saláty a bylinky. Z letních plodin lze pěstovat i rajčata, papriky, lilky, cukety nebo jahody, pro ty však bývá často vhodnější oddělená akvaponie.

Dimenzování se nakonec nepočítá v kilogramech ryb, ale v množství krmiva podaného každý den. FAO uvádí 40 až 50 gramů krmiva na metr čtvereční pěstební plochy a den u listové zeleniny a 50 až 80 gramů u plodové. Rybí produkce se pak odvodí z tohoto přísunu a z konverzního poměru krmiva, který se u pstruha v moderním chovu blíží 1. Vyvážit akvaponický systém proto znamená uvažovat o toku, ne o zásobě.

Co systém spotřebuje a co znemožňuje

U vody je výhoda nejzřetelnější, z důvodů uvedených výše. Skutečnou výzvou je naopak energie. Akvaponická farma je velmi energeticky náročná, hlavně na elektřinu, protože čerpadla, provzdušňování a filtrace běží bez přestávky a podle situace se přidává vytápění nebo chlazení. Tuto položku lze snížit, od fotovoltaiky pro vlastní spotřebu přes tepelná čerpadla až po využití odpadního tepla ze sousedního provozu. Touto cestou jdeme i my.

Pozemek je naopak druhořadý. Pěstování se obejde bez půdy, takže dokonale poslouží i nevyužitá plocha, chudá půda nebo parcela na okraji města. Farma tak může stát co nejblíž místům spotřeby.

Jeden poslední bod odlišuje akvaponii od ostatních bezpůdních technik zcela zásadně. V okruhu, kde jsou ryby, bakterie a rostliny na sobě závislé, nepřipadá v úvahu žádný syntetický přípravek. Antibiotikum podané rybám by vysterilizovalo biofiltr a okamžitě vyvolalo skok amoniaku. Insekticid nastříkaný na rostliny by se dostal zpět do nádrží. Ochrana rostlin proto stojí na vypouštění užitečných organismů, na řízení klimatu pod krytem a na každodenním sledování populací. Akvaponická produkce je tak bez pesticidů a bez antibiotik už ze své podstaty, což ji bez diskuse řadí k udržitelnému zemědělství.

Náš přístup ve Vic-sur-Seille

Tyto principy uplatňujeme na svém projektu akvaponické farmy ve velkém měřítku ve Vic-sur-Seille v departementu Moselle. Tři rybí haly, čtyři produkční skleníky, výzkumný skleník a zpracovatelská dílna se uspořádají kolem jediného vodního okruhu.

Cílem produkce je zhruba šedesát tun ryb a třicet pět tun rostlin ročně, tedy téměř sedmdesát pět tun čistých potravin. Toto měřítko jsme zvolili jako rozumnou rovnováhu. Náš model nejsou megafarmy, ale provoz lidských rozměrů, dost velký na to, aby ovlivnil zásobování celé spádové oblasti, a dost přiměřený na to, aby každý znal své rostliny a své ryby a denně se o ně staral. Produkci budeme prodávat v okruhu sto kilometrů od farmy a odborníci z regionu, se kterými jsme se setkali, na tuto místní nabídku netrpělivě čekají.

Projekt je dnes ve fázi investičního kola a už získal podporu z France 2030, francouzského národního investičního programu. Zapojit se můžete i Vy a umožnit tak zahájení stavby v roce 2027. První farma je navržená tak, aby se dala opakovat, a poslouží jako vzor pro další v jiných spádových oblastech.

Tak jak to tedy doopravdy funguje?

Princip se dá shrnout jednou větou. Do okruhu vstoupí krmivo, nakrmí ryby, jejichž výměšky bakterie promění v hnojivo, to spotřebují rostliny a takto vyčištěná voda se vrací do nádrží.

Všechno ostatní se pak odehrává v každodenním řízení této rovnováhy: správné krmení ryb, sledování parametrů vody, pozorování zdraví obsádky i pěstovaných rostlin. Tuto práci bude vykonávat tým zhruba deseti lidí, kterému denně pomáhá soubor osvědčených automatizovaných systémů.

Naše hospodářství tak bude mít dvě doplňující se produkce na jediné infrastruktuře, bez závislosti na jakémkoli syntetickém hnojivu a se spotřebou vody pětkrát nižší než polní zemědělství. Právě proto patří akvaponie k nejkonkrétnějším nástrojům zemědělské transformace a potravinové suverenity: přibližuje místní a udržitelnou produkci místům spotřeby, v logice krátkých dodavatelských řetězců. Tuto otázku jsme rozebrali v článku Akvaponie, hydroponie, aeroponie: jaké jsou rozdíly?.

Prohlédnout si farmu podrobně→

Časté otázky