Akvaponiikka, miten se toimii?
Akvaponiikassa kasvatetaan kaloja ja viljellään kasveja samassa suljetussa kierrossa, ilman maata ja ilman synteettisiä lannoitteita, ja 95 % vedestä kierrätetään. Näin mekanismi toimii, vaihe vaiheelta.
Akvaponiikassa kalankasvatus ja maaton viljely toimivat rinnakkain samassa suljetussa kierrossa. Bakteerit muuntavat kalojen jätökset kasvien lannoitteeksi, ja kasvit puhdistavat veden ennen sen paluuta altaisiin. Periaate mahtuu kolmeen riviin, mutta päivittäinen hoito vaatii todellista osaamista.
Näin mekanismi toimii, typpikierrosta veden reittiin, ja näin se toteutuu käytännössä ammattimaisella tilalla, kuten sillä jota rakennamme Moselleen.
Kolme tuotantoa samassa suljetussa kierrossa
Akvaponiikkatilalla hoidetaan itse asiassa kolmea tuotantoa samassa suljetussa kierrossa: kaloja, bakteereja ja kasveja. Yhtäkään ei voi poistaa ilman että tasapaino romahtaa.
Kalat ruokitaan, ja ne kuormittavat vettä ammoniakilla sekä jätöstensä että hengityksensä kautta. Biosuodattimen kantoaineelle asettuneet nitrifioivat bakteerit muuntavat tämän ammoniakin nitraatiksi. Kasvit ottavat nitraatit käyttöönsä täsmälleen kuten ne ottaisivat lannoitteen, ja palauttavat veden jälleen puhtaana. Kierto muodostaa siis aidon hyvän kehän.
Sen minkä tavanomainen maatalous ostaa synteettisinä lannoitteina, me tuotamme altaissamme kaloille annetun rehun ja niiden jätösten avulla.
Typpikierto on järjestelmän moottori
Akvaponinen järjestelmä perustuu typpikiertoon. Kalojen erittämä ammoniakki on niille myrkyllistä jo hyvin pieninä pitoisuuksina. Ionisoitumattomassa muodossa, joka läpäisee kidusten kalvon, kirjolohelle asetetut turvarajat ovat sadasosia milligrammasta litrassa, joten kasvattajan virhemarginaali on erittäin ohut.
Bakteerivaiheita on kaksi peräkkäin. Ensimmäinen muuntaa ammoniakin nitriitiksi, joka on sekin myrkyllistä. Toinen muuntaa nitriitin nitraatiksi, joka on kasveille parhaiten käyttökelpoinen typen muoto ja jota kalat sietävät selvästi suurempina pitoisuuksina. Kuluttamalla nitraatit kasvit puhdistavat veden ja sulkevat kierron.
Nitraatit ovat kasvatusaltaassa ei-toivottuja, mutta juuri ne ovat se typen muoto, jonka kasvit ottavat parhaiten vastaan. Toisen jäte on toisen ravinne.
Mitä geenianalyysit muuttivat
Oppikirjat liittivät pitkään nämä kaksi vaihetta kahteen tarkkaan bakteerisukuun, ensin Nitrosomonas ja sitten Nitrobacter. Viimeisen kymmenen vuoden aikana oikeilla vesiviljelyn biosuodattimilla tehdyt molekyylianalyysit kertovat monimuotoisemman tarinan. Suku Nitrospira hallitsee useimmiten nitriitin hapetusta, kun taas Nitrobacter puuttuu toisinaan kokonaan. Vuonna 2017 julkaistussa tutkimuksessa kirjolohen kasvatuksen biosuodattimesta ei löytynyt siitä ainuttakaan sekvenssiä.
Samat tutkimukset toivat esiin myös ammoniakkia hapettavia arkkeja sekä niin sanottuja comammox-bakteereja, jotka pystyvät hoitamaan molemmat peräkkäiset muunnokset yksin. Tämän mikrobiyhteisön koostumus vaihtelee laitoksesta toiseen lämpötilan, pH:n, typpikuormituksen ja suolapitoisuuden mukaan.
Kasvattajalle käytännön seuraus pysyy samana. Olennaista ei ole nimetä näitä mikrobeja, vaan tarjota niille kasvualusta johon kiinnittyä, hapekas vesi ja riittävä alkaliniteetti.
Veden reitti vaihe vaiheelta
Ammattimaisessa laitoksessa vesi kulkee tarkkaa reittiä, joka sulkeutuu itseensä. Se lähtee kasvatusaltaista kiintoainetta mukanaan ja kulkee mekaanisen suodatuksen läpi, useimmiten rumpusuodattimen, joka pidättää kiinteät hiukkaset ennen kuin ne hajoavat ja kuluttavat kierron hapen.
Sen jälkeen vesi siirtyy biosuodattimeen, jossa edellä kuvattu typen muunnos tapahtuu. Sieltä se jaetaan viljelyalueille, kelluville lautoille lehtivihanneksia varten tai kouruihin lajikkeesta riippuen. Juurten puhdistamana se palaa lopulta altaisiin, kun sen lämpötila, liuennut happi ja pH on tarkistettu.
Vain haihdunnan ja kasvien haihduttaman veden hävikki on korvattava, mikä on suuruusluokaltaan 1 ja 3 prosentin välillä kokonaistilavuudesta päivässä. Suljettu kierto kierrättää siis noin 95 % vedestä, kun taas kastellulla avopellolla se menetetään lähes kokonaan. Tämä vedensäästö on ammattimaisen akvaponiikan ensimmäinen valtti ilmastossa, jossa kastelusta tulee rajoite.
Syklitys, eli miksi tila käynnistyy hitaasti
Bakteerit eivät asetu tilauksesta. Vakaan kannan muodostumiseen menee olosuhteista riippuen kolmesta kahdeksaan viikkoa, ja käytännön tekijät kutsuvat tätä vaihetta syklitykseksi. Ammoniakkia hapettavat eliöt asettuvat biosuodattimeen viidestä seitsemään päivää ensimmäisen typpilisäyksen jälkeen, nitriittiä käsittelevät ottavat vuoron viikkoa myöhemmin, ja järjestelmä katsotaan kypsäksi vasta kun nitriitti on palannut nollaan ja nitraatti nousee tasaisesti.
Useat keinot lyhentävät tätä vaihetta. Biosuodattimen ymppääminen jo toimivasta laitoksesta otetulla kantoaineella on ylivoimaisesti tehokkain. Myös bakteerien lämpötila-alueen ylälaidassa pidetty lämpötila, riittävä alkaliniteetti ja säännöllinen ammoniakkilisäys auttavat.
Juuri tämä käynnistysvaihe selittää, miksi akvaponiikkatila tuottaa myöhemmin kuin hydroponinen kasvihuone, joka antaa satoa jo ensimmäisestä viljelykierroksesta.
pH ja rauta, jatkuva kompromissi
pH on se parametri, jossa kolme osapuolta ovat selvimmin ristiriidassa. Kasvit suosivat selvästi hapanta vettä, noin 5,5 ja 6,5 välillä. Nitrifioivat bakteerit toimivat paremmin yli 7:n. Kalat sietävät laajempaa vaihteluväliä. Akvaponiikassa valittu käytäntö on siis asettua kompromissiin 6 ja 7 välille, jossa kukaan ei saavuta optimiaan mutta kaikki toimivat kunnolla.
Tämä pH ei pysy itsestään. Nitrifikaatio on happamoittava reaktio, ja kalojen erittämä hiilidioksidi muodostaa heikon hapon, joten järjestelmä ajautuu luonnostaan alaspäin. Kasvattaja puskuroi vuorotellen kalsium- ja kaliumkarbonaatilla, mikä korjaa happamuuden ja paikkaa samalla akvaponiikan kaksi rakenteellista puutetta, kaliumin ja kalsiumin, joita kalanrehu ei tuo.
Jäljelle jää rauta. Yli pH 7:n se saostuu muotoon, jota juuri ei enää pysty ottamaan, ja nuoriin lehtiin ilmestyy kloroosi. Kelatoitua rautaa lisätään siksi ensimmäisinä kuukausina ja sen jälkeen tarpeen mukaan, suuruusluokaltaan 1 ja 2 milligramman välillä litrassa. Nämä täydennykset ovat liukoisia ja kaloille vaarattomia, ja niiden kustannus jää marginaaliseksi verrattuna täyslannoitteisiin, joita hydroponinen viljely vaatii.
Mitä tila tuottaa ja miten se mitoitetaan
Akvaponiikkatila yhdistää kaksi ammattia, kalankasvatuksen ja maattoman vihannesviljelyn. Lajivalintaa ohjaa ensin lämpötila, sillä samassa kierrossa olevien kalojen on jaettava sama lämpötila-alue. Lauhkeassa ilmastossa kirjolohi ja puronieriä kohtaavat noin 13 ja 16 °C:n välillä, ja niitä voidaan kasvattaa vaikeuksitta yhdessä. Kuha vaatii selvästi lämpimämpää vettä ja kuuluu erilliseen osastoon, mikä selittää miksi usealle lajille suunniteltu tila erottaa kasvatushallinsa.
Kasvipuolella lyhyen kierron ja runsaasti typpeä tarvitsevat viljelmät hyödyntävät järjestelmää parhaiten, kuten salaatit ja yrtit. Kesähedelmistä voidaan tuottaa myös tomaattia, paprikaa, munakoisoa, kesäkurpitsaa tai mansikkaa, joskin näihin sopii usein paremmin erotettu akvaponiikka.
Mitoitusta ei lopulta lasketa kalakiloina vaan päivittäin jaettavan rehun määränä. FAO käyttää lehtivihanneksille 40 ja 50 gramman välillä rehua viljelyneliötä ja päivää kohti, hedelmävihanneksille 50 ja 80 gramman välillä. Kalantuotanto johdetaan tästä rehumäärästä ja rehukertoimesta, joka on nykyaikaisessa kirjolohen kasvatuksessa lähellä yhtä. Akvaponisen järjestelmän tasapainottaminen tarkoittaa siis virtaaman eikä varannon tarkastelua.
Mitä järjestelmä kuluttaa ja minkä se tekee mahdottomaksi
Vesi on se osa-alue, jossa etu on selvin, edellä kuvatuista syistä. Energia on sen sijaan todellinen haaste. Akvaponiikkatila on hyvin energiaintensiivinen, ennen kaikkea sähkön osalta, sillä pumput, ilmastus ja suodatus käyvät keskeytyksettä, ja niiden lisäksi tulevat tapauskohtaisesti lämmitys tai jäähdytys. Tätä kuluerää keventäviä ratkaisuja on olemassa, omaan käyttöön tuotetusta aurinkosähköstä lämpöpumppuihin ja naapurikohteen hukkalämmön talteenottoon asti. Tätä tietä kuljemme omassa hankkeessamme.
Maapohja muuttuu sitä vastoin toissijaiseksi. Koska viljely ei tarvitse maata, joutomaa, karu maa tai kaupungin laitamien tontti sopivat mainiosti, mikä sallii sijoittumisen aivan kulutuspaikkojen lähelle.
Yksi seikka erottaa akvaponiikan jyrkästi muusta maattomasta viljelystä. Kierrossa, jossa kalat, bakteerit ja kasvit ovat riippuvaisia toisistaan, mikään synteettinen käsittely ei tule kysymykseen. Kaloille annettu antibiootti steriloisi biosuodattimen ja aiheuttaisi välittömästi ammoniakkipiikin. Kasveille levitetty hyönteismyrkky päätyisi altaisiin. Kasvinsuojelu perustuu siis torjuntaeliöiden istuttamiseen, kasvihuoneilmaston hallintaan ja päivittäiseen kantojen seurantaan. Akvaponinen tuotanto on näin rakenteeltaan vapaa torjunta-aineista ja antibiooteista, mikä asettaa sen kiistatta kestävän maatalouden puolelle.
Näin toimimme Vic-sur-Seillessä
Sovellamme näitä periaatteita suuren mittakaavan akvaponiikkatilaa koskevassa hankkeessamme Vic-sur-Seillessä Mosellessa. Kolme kalahallia, neljä tuotantokasvihuonetta, tutkimuskasvihuone ja jalostamo järjestetään yhden yhteisen vesikierron ympärille.
Tuotantotavoite on noin kuusikymmentä tonnia kalaa ja kolmekymmentäviisi tonnia kasviksia vuodessa, eli lähes seitsemänkymmentäviisi tonnia nettoelintarvikkeita. Tämä mittakaava on valittu tasapainoksi. Mallimme ei ole megatilan malli vaan inhimillisen kokoinen tila, riittävän suuri vaikuttaakseen yhden väestöalueen ruokahuoltoon ja riittävän maltillinen, jotta jokainen tuntee kasvinsa ja kalansa ja hoitaa niitä päivittäin. Tuotantomme myydään sadan kilometrin säteellä tilalta, ja alueen ammattilaiset joita olemme tavanneet odottavat tätä paikallista tarjontaa innolla.
Hanke on tällä hetkellä rahoituskierroksen vaiheessa, ja sille on jo myönnetty tukea France 2030 -ohjelmasta (kansallinen investointiohjelma). Voit itsekin osallistua, jotta rakentaminen voidaan aloittaa vuonna 2027. Tämä ensimmäinen tila on suunniteltu toistettavaksi ja toimii mallina seuraaville, muilla väestöalueilla.
Miten se siis oikeasti toimii?
Periaate tiivistyy yhteen lauseeseen. Rehu tulee kiertoon, se ruokkii kaloja, joiden jätökset bakteerit muuntavat lannoitteeksi jonka kasvit kuluttavat, ja näin puhdistunut vesi palaa altaisiin.
Kaikki muu on tämän tasapainon päivittäistä hoitoa: kalojen oikea ruokinta, veden arvojen seuranta, kalakannan ja viljeltyjen kasvien terveyden tarkkailu. Tästä työstä vastaa noin kymmenen hengen tiimi, jota tukee joukko koeteltuja automaatiojärjestelmiä.
Näin tilallamme on kaksi toisiaan täydentävää tuotantoa yhdellä infrastruktuurilla, ilman riippuvuutta synteettisistä lannoitteista, ja vettä kuluu viisi kertaa vähemmän kuin avomaan viljelyssä. Tämä tekee akvaponiikasta yhden konkreettisimmista maatalouden murroksen ja ruokasuvereniteetin vipuvarsista, sillä se tuo paikallisen tuotannon lähelle kulutusta lyhyiden toimitusketjujen logiikalla. Käsittelimme tätä tarkemmin artikkelissa Akvaponiikka, hydroponiikka ja ilmaviljely: mitä eroa?.
Usein kysytyt kysymykset
Mitä akvaponiikka oikeastaan on?
Akvaponiikka on tuotantotapa, jossa kalankasvatus ja maaton viljely yhdistyvät samaan vesikiertoon. Bakteerit muuntavat kalojen jätökset kasvien ravinteiksi, ja kasvit puhdistavat veden, joka palaa altaisiin.
Tarvitaanko akvaponiikassa lannoitteita?
Hyvin vähän. Kasvien ravinto tulee kalojen tuottamasta typestä, jonka bakteerit muuntavat. Muutamia täydennyksiä tarvitaan silti, ennen kaikkea kelatoitua rautaa sekä kaliumia ja kalsiumia, joita lisätään pH:n puskuroinnin yhteydessä. Määrät ovat aivan eri luokkaa kuin täysi hydroponinen lannoitus.
Kuinka paljon vettä akvaponiikkatila kuluttaa?
Kierto on suljettu, joten korvataan vain haihdunnan ja kasvien haihduttaman veden hävikki, noin 1 ja 3 prosentin välillä tilavuudesta päivässä. Järjestelmä kierrättää näin lähes 95 % sisältämästään vedestä, kun taas kastellulla avopellolla se menetetään lähes kokonaan.
Mitkä kalat ja mitkä vihannekset sopivat yhteen?
Lauhkeassa ilmastossa kirjolohi ja puronieriä jakavat saman lämpötila-alueen, noin 13 ja 16 °C:n välillä, ja niitä voidaan kasvattaa samassa kierrossa. Kuha vaatii lämpimämpää vettä ja oman erillisen osastonsa. Kasvipuolella salaatit, yrtit ja mikroversot hyödyntävät järjestelmää parhaiten, ennen kesähedelmiä kuten tomaattia, paprikaa tai mansikkaa.
Voiko akvaponiikassa käyttää torjunta-aineita?
Ei. Kasveille levitetty synteettinen torjunta-aine päätyisi altaisiin, ja kaloille annettu antibiootti tuhoaisi biosuodattimen. Kasvinsuojelu perustuu yksinomaan biologisiin menetelmiin, mikä takaa tuotannon, johon mikään kemiallinen käsittely ei ole koskenut.
Kuinka kauan kestää ensimmäisiin satoihin?
Vakaan bakteerikannan muodostuminen vie kolmesta kahdeksaan viikkoa, ja tätä vaihetta kutsutaan syklitykseksi. Vasta sen jälkeen järjestelmää kuormitetaan vähitellen. Ensimmäiset kasvisadot saadaan tämän jälkeen nopeasti, kun taas kalankasvatus noudattaa kunkin lajin omaa kiertoa.
Voiko akvaponisen tuotannon sertifioida luomuksi?
Ei, nykyisen EU-lainsäädännön mukaan. Asetus 2018/848 kieltää hydroponisen tuotannon, ja Ranskan virallinen tulkintaohje sijoittaa akvaponiikan kasvien osalta nimenomaan tähän luokkaan. Sama teksti sulkee pois myös kiertovesijärjestelmässä tapahtuvan vesiviljelyn. Akvaponiikkatila voi siis tuottaa ilman yhtäkään synteettistä käsittelyä saamatta silti AB-luomumerkkiä, ja ala pitää tätä sääntelyn katvealueena.
