Η ακουαπονική, πώς λειτουργεί;

Η ακουαπονική βασίζεται στη συνύπαρξη μιας εκτροφής ψαριών και μιας καλλιέργειας εκτός εδάφους μέσα στο ίδιο κλειστό κύκλωμα. Τα περιττώματα των ψαριών, αφού μετασχηματιστούν από βακτήρια, γίνονται το λίπασμα των φυτών, τα οποία καθαρίζουν το νερό πριν αυτό επιστρέψει στις δεξαμενές. Η αρχή περιγράφεται σε τρεις γραμμές. Η καθημερινή διαχείρισή της, αντίθετα, απαιτεί πραγματική τεχνογνωσία.

Δείτε πώς λειτουργεί αυτός ο μηχανισμός, από τον κύκλο του αζώτου έως τη διαδρομή του νερού, και πώς εφαρμόζεται συγκεκριμένα σε μια επαγγελματική μονάδα όπως αυτή που κατασκευάζουμε στη Moselle, στη βορειοανατολική Γαλλία.

Τρεις καλλιέργειες σε ένα κλειστό κύκλωμα

Μια ακουαπονική μονάδα διαχειρίζεται στην πραγματικότητα τρεις καλλιέργειες μέσα στο ίδιο κλειστό κύκλωμα: εκείνη των ψαριών, εκείνη των βακτηρίων και εκείνη των φυτών. Καμία δεν μπορεί να αφαιρεθεί χωρίς να καταρρεύσει η ισορροπία.

Τα ψάρια τρέφονται και φορτίζουν το νερό με αμμωνία, τόσο μέσω των περιττωμάτων τους όσο και μέσω της αναπνοής τους. Τα νιτροποιητικά βακτήρια, εγκατεστημένα στα υποστρώματα ενός βιοφίλτρου, μετατρέπουν την αμμωνία αυτή σε νιτρικά. Τα φυτά απορροφούν τα νιτρικά ακριβώς όπως θα απορροφούσαν ένα λίπασμα και αποδίδουν το νερό ξανά καθαρό. Το κύκλωμα αυτό σχηματίζει έτσι έναν πραγματικό ενάρετο κύκλο.

Αυτό που η συμβατική γεωργία αγοράζει με τη μορφή συνθετικών λιπασμάτων, εμείς το παράγουμε μέσα στις δεξαμενές μας, χάρη στην τροφή που δίνουμε στα ψάρια και στα περιττώματά τους.

Ο κύκλος του αζώτου, ο κινητήρας του συστήματος

Ένα ακουαπονικό σύστημα στηρίζεται στον κύκλο του αζώτου. Η αμμωνία που αποβάλλουν τα ψάρια είναι τοξική γι' αυτά σε πολύ μικρές δόσεις. Στη μη ιονισμένη μορφή της, εκείνη που περνά τον βραγχιακό φραγμό, τα όρια ασφαλείας που ισχύουν για την ιριδίζουσα πέστροφα μετριούνται σε εκατοστά του χιλιοστογραμμαρίου ανά λίτρο, γεγονός που αφήνει στον παραγωγό ελάχιστο περιθώριο λάθους.

Ακολουθούν δύο βακτηριακά στάδια. Το πρώτο μετατρέπει την αμμωνία σε νιτρώδη, τοξικά και αυτά. Το δεύτερο μετατρέπει τα νιτρώδη σε νιτρικά, τη μορφή αζώτου που τα φυτά αφομοιώνουν καλύτερα και που τα ψάρια αντέχουν σε πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις. Καταναλώνοντας τα νιτρικά, τα φυτά καθαρίζουν το νερό και κλείνουν τον κύκλο.

Τα νιτρικά, ανεπιθύμητα σε μια δεξαμενή εκτροφής, είναι ακριβώς η μορφή αζώτου που τα φυτά αφομοιώνουν καλύτερα. Το απόβλητο του ενός γίνεται πόρος για τον άλλον.

Τι άλλαξαν οι γενετικές αναλύσεις

Τα εγχειρίδια απέδιδαν επί δεκαετίες τα δύο αυτά στάδια σε δύο συγκεκριμένα γένη βακτηρίων, το Nitrosomonas και έπειτα το Nitrobacter. Οι μοριακές αναλύσεις που γίνονται εδώ και περίπου δέκα χρόνια σε πραγματικά βιοφίλτρα υδατοκαλλιέργειας δείχνουν μια πιο σύνθετη εικόνα. Το γένος Nitrospira κυριαρχεί συνήθως στην οξείδωση των νιτρωδών, ενώ το Nitrobacter απουσιάζει ορισμένες φορές εντελώς. Εργασίες που δημοσιεύθηκαν το 2017 σε βιοφίλτρο μονάδας εκτροφής πέστροφας δεν εντόπισαν καμία αλληλουχία του.

Οι ίδιες έρευνες ανέδειξαν αρχαία που οξειδώνουν την αμμωνία, καθώς και βακτήρια που ονομάζονται comammox και μπορούν να πραγματοποιήσουν μόνα τους και τις δύο διαδοχικές μετατροπές. Η σύσταση αυτής της κοινότητας διαφέρει από εγκατάσταση σε εγκατάσταση, ανάλογα με τη θερμοκρασία, το pH, το φορτίο αζώτου και την αλατότητα.

Για τον παραγωγό, το πρακτικό συμπέρασμα παραμένει το ίδιο. Σημασία δεν έχει να ονοματίσει κανείς αυτούς τους μικροοργανισμούς, αλλά να τους προσφέρει υπόστρωμα που μπορούν να αποικίσουν, οξυγονωμένο νερό και επαρκή αλκαλικότητα.

Η διαδρομή του νερού, βήμα βήμα

Σε μια επαγγελματική εγκατάσταση, το νερό ακολουθεί μια συγκεκριμένη διαδρομή που κλείνει στον εαυτό της. Φεύγει από τις δεξαμενές εκτροφής φορτωμένο με αιωρούμενα στερεά και περνά από μηχανική διήθηση, συνήθως ένα τυμπανοφίλτρο, που συγκρατεί τα στερεά σωματίδια πριν αυτά αποσυντεθούν και καταναλώσουν το οξυγόνο του κυκλώματος.

Στη συνέχεια φτάνει στο βιοφίλτρο, όπου γίνεται η μετατροπή του αζώτου που περιγράφηκε παραπάνω. Έπειτα διανέμεται προς τις ζώνες καλλιέργειας, με πλωτές σχεδίες για τα φυλλώδη λαχανικά ή με κανάλια ανάλογα με την ποικιλία. Καθαρισμένο από τις ρίζες, επιστρέφει τέλος στις δεξαμενές, αφού ελεγχθούν η θερμοκρασία του, το διαλυμένο οξυγόνο και το pH του.

Αναπληρώνονται μόνο οι απώλειες από την εξάτμιση και τη διαπνοή των φυτών, δηλαδή περίπου 1 έως 3% του συνολικού όγκου την ημέρα. Το κλειστό κύκλωμα ανακυκλώνει έτσι περίπου το 95% του νερού, τη στιγμή που μια αρδευόμενη υπαίθρια καλλιέργεια το χάνει σχεδόν ολόκληρο. Η εξοικονόμηση νερού είναι το πρώτο πλεονέκτημα μιας επαγγελματικής ακουαπονικής σε κλίμα όπου η άρδευση γίνεται περιοριστικός παράγοντας.

Η ωρίμανση του βιοφίλτρου, ή γιατί μια μονάδα ξεκινά αργά

Τα βακτήρια αυτά δεν εγκαθίστανται κατά παραγγελία. Χρειάζονται, ανάλογα με τις συνθήκες, τρεις έως οκτώ εβδομάδες για να δημιουργηθεί σταθερός πληθυσμός, στάδιο που οι επαγγελματίες ονομάζουν ωρίμανση. Οι οργανισμοί που οξειδώνουν την αμμωνία αποικίζουν το βιοφίλτρο πέντε έως επτά ημέρες μετά την πρώτη προσθήκη αζώτου, εκείνοι που επεξεργάζονται τα νιτρώδη αναλαμβάνουν μία εβδομάδα αργότερα, και το σύστημα θεωρείται ώριμο μόνο όταν τα νιτρώδη έχουν επιστρέψει στο μηδέν και τα νιτρικά αυξάνονται σταθερά.

Αρκετοί παράγοντες συντομεύουν τη φάση αυτή. Ο εμβολιασμός του βιοφίλτρου με υλικό από εγκατάσταση που ήδη λειτουργεί παραμένει με διαφορά ο πιο αποτελεσματικός. Συμβάλλουν επίσης μια θερμοκρασία στο ανώτερο άκρο του βακτηριακού εύρους, μια υψηλή αλκαλικότητα και μια τακτική προσθήκη αμμωνίας.

Αυτή η φάση εκκίνησης εξηγεί γιατί μια ακουαπονική μονάδα αρχίζει να παράγει αργότερα από ένα υδροπονικό θερμοκήπιο, το οποίο αποδίδει ήδη από την πρώτη του καλλιέργεια.

Το pH και ο σίδηρος, ένας διαρκής συμβιβασμός

Το pH είναι η παράμετρος στην οποία τα τρία μέρη του συστήματος συγκρούονται πιο έντονα. Τα φυτά προτιμούν σαφώς όξινο νερό, γύρω στο 5,5 έως 6,5. Τα νιτροποιητικά βακτήρια δουλεύουν καλύτερα πάνω από 7. Τα ψάρια δέχονται ευρύτερο φάσμα. Η πρακτική που επικρατεί στην ακουαπονική είναι επομένως να επιλέγεται ένας συμβιβασμός μεταξύ 6 και 7, όπου κανείς δεν φτάνει στο βέλτιστό του αλλά όλοι λειτουργούν σωστά.

Το pH αυτό δεν διατηρείται μόνο του. Η νιτροποίηση είναι αντίδραση που οξινίζει και το διοξείδιο του άνθρακα που αποβάλλουν τα ψάρια σχηματίζει ασθενές οξύ, οπότε το σύστημα τείνει φυσικά προς τα κάτω. Ο παραγωγός ρυθμίζει το pH εναλλάσσοντας ανθρακικό ασβέστιο και ανθρακικό κάλιο, διορθώνοντας έτσι την οξύτητα και καλύπτοντας με την ίδια κίνηση τις δύο δομικές ελλείψεις της ακουαπονικής, το κάλιο και το ασβέστιο, που δεν παρέχει η ιχθυοτροφή.

Μένει ο σίδηρος. Πάνω από pH 7 καθιζάνει σε μορφή που η ρίζα δεν μπορεί πια να προσλάβει, και εμφανίζεται χλώρωση στα νεαρά φύλλα. Γίνονται επομένως προσθήκες χηλικού σιδήρου, της τάξης του 1 έως 2 χιλιοστογραμμαρίων ανά λίτρο, τους πρώτους μήνες και έπειτα κατά περίπτωση. Τα συμπληρώματα αυτά είναι διαλυτά και ακίνδυνα για τα ψάρια, ενώ το κόστος τους παραμένει οριακό σε σύγκριση με τα πλήρη λιπάσματα που απαιτεί μια υδροπονική καλλιέργεια.

Τι παράγει μια μονάδα και πώς διαστασιολογείται

Μια ακουαπονική μονάδα συνδυάζει δύο επαγγέλματα, την ιχθυοκαλλιέργεια και τη λαχανοκομία εκτός εδάφους. Η επιλογή των ειδών υπακούει πρώτα σε έναν θερμικό περιορισμό, καθώς τα ψάρια που συνυπάρχουν στο ίδιο κύκλωμα πρέπει να μοιράζονται το ίδιο εύρος θερμοκρασίας. Σε εύκρατο κλίμα, η ιριδίζουσα πέστροφα και η πέστροφα ρυακιού συναντιούνται γύρω στους 13 έως 16 °C και εκτρέφονται μαζί χωρίς δυσκολία. Το ποταμολαύρακο, που απαιτεί σαφώς πιο ζεστό νερό, χρειάζεται ξεχωριστό θάλαμο, γι' αυτό και μια μονάδα σχεδιασμένη για πολλά είδη διαχωρίζει τους χώρους εκτροφής της.

Από την πλευρά των φυτών, οι καλλιέργειες με σύντομο κύκλο και υψηλή απαίτηση σε άζωτο αξιοποιούν καλύτερα το σύστημα, όπως τα μαρούλια και τα αρωματικά. Για τα καλοκαιρινά καρποφόρα, μπορεί επίσης να παραχθεί ντομάτα, πιπεριά, μελιτζάνα, κολοκυθάκι ή φράουλα, αν και η αποσυζευγμένη ακουαπονική ταιριάζει συχνά καλύτερα σε αυτές τις παραγωγές.

Η διαστασιολόγηση, τέλος, δεν υπολογίζεται σε κιλά ψαριού αλλά σε ποσότητα τροφής που διανέμεται κάθε ημέρα. Ο FAO προτείνει 40 έως 50 γραμμάρια τροφής ανά τετραγωνικό μέτρο καλλιέργειας και ανά ημέρα για τα φυλλώδη λαχανικά, και 50 έως 80 γραμμάρια για τα καρποφόρα. Η ιχθυοπαραγωγή προκύπτει στη συνέχεια από αυτή την ποσότητα και από τον συντελεστή μετατρεψιμότητας της τροφής, κοντά στο 1 για την πέστροφα στη σύγχρονη εκτροφή. Η εξισορρόπηση ενός ακουαπονικού συστήματος σημαίνει επομένως να σκέφτεται κανείς με όρους ροής και όχι αποθέματος.

Τι καταναλώνει το σύστημα και τι αποκλείει

Το νερό είναι ο τομέας όπου το πλεονέκτημα είναι σαφέστερο, για τους λόγους που εκτέθηκαν παραπάνω. Η ενέργεια, αντίθετα, αποτελεί το πραγματικό διακύβευμα. Μια ακουαπονική μονάδα είναι πολύ ενεργοβόρα, κυρίως σε ηλεκτρικό ρεύμα, καθώς οι αντλίες, ο αερισμός και η διήθηση λειτουργούν χωρίς διακοπή, ενώ προστίθενται και τα συστήματα θέρμανσης ή ψύξης κατά περίπτωση. Υπάρχουν λύσεις που ελαφρύνουν αυτό το κόστος, από τα φωτοβολταϊκά για ιδιοκατανάλωση και τις αντλίες θερμότητας έως την ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας από γειτονική εγκατάσταση. Αυτόν τον δρόμο ακολουθούμε στο έργο μας.

Η γη, αντίθετα, περνά σε δεύτερη μοίρα. Καθώς η καλλιέργεια δεν χρειάζεται έδαφος, ένα εγκαταλελειμμένο οικόπεδο, ένα φτωχό χωράφι ή ένα περιαστικό αγροτεμάχιο ταιριάζουν απόλυτα, γεγονός που επιτρέπει την εγκατάσταση όσο το δυνατόν πιο κοντά στους τόπους κατανάλωσης.

Ένα τελευταίο σημείο διαφοροποιεί ριζικά την ακουαπονική από τις άλλες καλλιέργειες εκτός εδάφους. Σε ένα κύκλωμα όπου ψάρια, βακτήρια και φυτά εξαρτώνται το ένα από το άλλο, καμία συνθετική επέμβαση δεν είναι δυνατή. Ένα αντιβιοτικό που θα χορηγούνταν στα ψάρια θα αποστείρωνε το βιοφίλτρο και θα προκαλούσε αμέσως αιχμή αμμωνίας. Ένα εντομοκτόνο που θα εφαρμοζόταν στις καλλιέργειες θα κατέληγε στις δεξαμενές. Η φυτοπροστασία στηρίζεται επομένως στην εισαγωγή ωφέλιμων οργανισμών, στη διαχείριση του κλίματος υπό κάλυψη και στην καθημερινή παρακολούθηση των πληθυσμών. Μια ακουαπονική παραγωγή είναι έτσι εξ ορισμού χωρίς φυτοφάρμακα και χωρίς αντιβιοτικά, κάτι που την κατατάσσει αναμφισβήτητα στη βιώσιμη γεωργία.

Η προσέγγισή μας στο Vic-sur-Seille

Εφαρμόζουμε τις αρχές αυτές στο έργο μας για μια ακουαπονική μονάδα μεγάλης κλίμακας, στο Vic-sur-Seille, στη Moselle. Τρεις θάλαμοι ιχθυοκαλλιέργειας, τέσσερα θερμοκήπια παραγωγής, ένα ερευνητικό θερμοκήπιο και ένα εργαστήριο μεταποίησης θα οργανωθούν γύρω από ένα ενιαίο κύκλωμα νερού.

Ο στόχος παραγωγής ορίζεται σε περίπου εξήντα τόνους ψαριού και τριάντα πέντε τόνους λαχανικών ετησίως, δηλαδή κοντά στους εβδομήντα πέντε τόνους καθαρών τροφίμων. Η κλίμακα αυτή επιλέχθηκε ως μια σωστή ισορροπία. Το μοντέλο μας δεν είναι εκείνο των μεγα-μονάδων, αλλά μιας εκμετάλλευσης σε ανθρώπινο μέγεθος, αρκετά μεγάλης ώστε να βαραίνει στον εφοδιασμό μιας περιοχής, αρκετά μετρημένης ώστε ο καθένας να γνωρίζει τα φυτά και τα ψάρια του και να τα φροντίζει κάθε μέρα. Η παραγωγή μας θα διατίθεται σε ακτίνα εκατό χιλιομέτρων γύρω από τη μονάδα, και οι επαγγελματίες της περιοχής που συναντήσαμε περιμένουν με ανυπομονησία αυτή την τοπική προσφορά.

Το έργο βρίσκεται σήμερα σε φάση γύρου χρηματοδότησης, με ενισχύσεις που έχουν ήδη εγκριθεί στο πλαίσιο του France 2030, του γαλλικού εθνικού επενδυτικού προγράμματος, και μπορείτε και εσείς να συμμετάσχετε ώστε να ξεκινήσει το εργοτάξιο το 2027. Σχεδιασμένη για να αναπαραχθεί, αυτή η πρώτη μονάδα θα χρησιμεύσει ως πρότυπο για τις επόμενες, σε άλλες περιοχές.

Πώς λειτουργεί, λοιπόν, στην πραγματικότητα;

Η αρχή συνοψίζεται σε μία φράση. Μια τροφή μπαίνει στο κύκλωμα, θρέφει ψάρια των οποίων τα απόβλητα μετατρέπονται από βακτήρια σε λίπασμα που καταναλώνουν τα φυτά, και το νερό που καθαρίζεται έτσι επιστρέφει στις δεξαμενές.

Όλα κρίνονται στη συνέχεια στην καθημερινή διαχείριση αυτής της ισορροπίας: τη σωστή διατροφή των ψαριών, την παρακολούθηση των παραμέτρων του νερού, την παρατήρηση της υγείας του πληθυσμού και των καλλιεργούμενων φυτών. Την εργασία αυτή θα αναλάβει μια ομάδα περίπου δέκα ατόμων, με τη στήριξη δοκιμασμένων αυτοματοποιημένων συστημάτων που τη βοηθούν καθημερινά.

Έτσι, η εκμετάλλευσή μας θα διαθέτει δύο συμπληρωματικές παραγωγές σε μία μόνο υποδομή, χωρίς να εξαρτάται από κανένα συνθετικό λίπασμα και καταναλώνοντας πέντε φορές λιγότερο νερό από μια υπαίθρια καλλιέργεια. Αυτό καθιστά την ακουαπονική έναν από τους πιο συγκεκριμένους μοχλούς της αγροτικής μετάβασης και της επισιτιστικής κυριαρχίας, φέρνοντας μια τοπική παραγωγή και βιώσιμη κοντά στους τόπους κατανάλωσης, σε μια λογική σύντομων αλυσίδων εφοδιασμού. Αναλύσαμε το ζήτημα αυτό στο άρθρο μας Ακουαπονική, υδροπονία, αεροπονία: ποιες είναι οι διαφορές;.

Δείτε αναλυτικά τη μονάδα→

Συχνές ερωτήσεις