Akuaponik, bagaimana cara kerjanya?

Akuaponik menyatukan budidaya ikan dan budidaya tanaman tanpa tanah dalam satu sirkuit tertutup. Kotoran ikan diubah oleh bakteri menjadi pupuk bagi tanaman, dan tanaman menjernihkan air sebelum kembali ke kolam. Prinsipnya muat dalam tiga baris, tetapi pengelolaan hariannya menuntut keahlian nyata.

Berikut cara kerja mekanisme ini, dari siklus nitrogen sampai perjalanan air, lalu penerapannya secara konkret pada pertanian profesional seperti yang kami bangun di Moselle.

Tiga budidaya dalam satu sirkuit tertutup

Pertanian akuaponik sebenarnya menjalankan tiga budidaya sekaligus dalam satu sirkuit tertutup: ikan, bakteri, dan tanaman. Tidak satu pun dapat dihilangkan tanpa meruntuhkan keseimbangan.

Ikan diberi pakan dan melepaskan amonia ke air, baik lewat kotoran maupun pernapasannya. Bakteri nitrifikasi yang menempel pada media biofilter mengubah amonia itu menjadi nitrat. Tanaman menyerap nitrat persis seperti menyerap pupuk, lalu mengembalikan air dalam keadaan bersih. Sirkuit ini membentuk siklus yang saling menguntungkan.

Apa yang dibeli pertanian konvensional dalam bentuk pupuk sintetis, kami produksi sendiri di kolam berkat pakan yang diberikan kepada ikan dan kotorannya.

Siklus nitrogen, mesin penggerak sistem

Sistem akuaponik bertumpu pada siklus nitrogen. Amonia yang dikeluarkan ikan bersifat racun bagi ikan itu sendiri pada dosis sangat rendah. Dalam bentuk tidak terionisasi, yang mampu menembus insang, ambang aman untuk ikan trout pelangi dihitung dalam seperseratus miligram per liter, sehingga margin kesalahan bagi pengelola sangat tipis.

Dua tahap bakterial terjadi berurutan. Tahap pertama mengubah amonia menjadi nitrit, yang juga beracun. Tahap kedua mengubah nitrit menjadi nitrat, bentuk nitrogen yang paling mudah diserap tanaman dan jauh lebih dapat ditoleransi ikan pada konsentrasi tinggi. Dengan mengonsumsi nitrat, tanaman menjernihkan air dan menutup siklus.

Nitrat yang tidak diinginkan di kolam budidaya justru bentuk nitrogen yang paling mudah diserap tanaman. Limbah yang satu menjadi sumber daya bagi yang lain.

Apa yang diubah oleh analisis genetik

Buku teks lama mengaitkan kedua tahap itu dengan dua genus bakteri tertentu, Nitrosomonas lalu Nitrobacter. Analisis molekuler pada biofilter akuakultur nyata selama sekitar sepuluh tahun terakhir menunjukkan gambaran yang lebih kaya. Genus Nitrospira paling sering mendominasi oksidasi nitrit, sementara Nitrobacter kadang sama sekali tidak ditemukan. Penelitian yang diterbitkan pada 2017 pada biofilter budidaya ikan trout tidak mendeteksi satu pun sekuensnya.

Penelitian yang sama juga menemukan arkea pengoksidasi amonia serta bakteri yang disebut comammox, yang mampu menjalankan kedua konversi itu sendirian. Komposisi konsorsium ini berbeda antar instalasi, tergantung suhu, pH, beban nitrogen, dan salinitas.

Bagi pengelola, konsekuensi praktisnya tetap sama. Yang penting bukan menamai mikroorganisme itu, melainkan menyediakan media yang dapat dikolonisasi, air beroksigen, dan alkalinitas yang cukup.

Perjalanan air, tahap demi tahap

Pada instalasi profesional, air menempuh jalur yang tepat dan kembali ke titik awal. Air keluar dari kolam budidaya dengan muatan padatan tersuspensi, lalu melewati penyaringan mekanis, umumnya filter drum, yang menahan partikel padat sebelum terurai dan menghabiskan oksigen di sirkuit.

Air kemudian masuk ke biofilter, tempat konversi nitrogen yang dijelaskan di atas berlangsung. Setelah itu air dialirkan ke zona tanam, rakit apung untuk sayuran daun atau talang sesuai varietasnya. Setelah dijernihkan oleh akar, air kembali ke kolam setelah suhu, oksigen terlarut, dan pH-nya diperiksa.

Hanya kehilangan akibat penguapan dan transpirasi tanaman yang perlu diganti, sekitar 1 sampai 3% dari total volume per hari. Sirkuit tertutup ini mendaur ulang sekitar 95% air, sementara budidaya lahan terbuka yang diairi kehilangan hampir seluruhnya. Penghematan air inilah keunggulan pertama akuaponik profesional di iklim tempat irigasi menjadi kendala.

Proses cycling, atau mengapa sebuah pertanian memulai dengan lambat

Bakteri ini tidak muncul atas perintah. Tergantung kondisinya, dibutuhkan tiga sampai delapan minggu untuk membangun populasi yang stabil, tahap yang praktisi sebut proses cycling. Organisme pengoksidasi amonia mengolonisasi biofilter lima sampai tujuh hari setelah pasokan nitrogen pertama, pengolah nitrit menyusul sepekan kemudian, dan sistem baru dianggap matang ketika nitrit kembali ke nol dan nitrat naik secara teratur.

Beberapa cara dapat mempersingkat fase ini. Menyemai biofilter dengan media yang diambil dari instalasi yang sudah berjalan tetap jauh paling efektif. Suhu yang dijaga di bagian atas rentang bakteri, alkalinitas yang terjaga, dan pasokan amonia yang teratur juga membantu.

Fase awal inilah yang membuat pertanian akuaponik berproduksi lebih lambat daripada rumah kaca hidroponik, yang sudah panen sejak budidaya pertamanya.

pH dan zat besi, kompromi yang terus-menerus

pH adalah parameter tempat ketiga komponen paling bertentangan. Tanaman menyukai air yang cukup asam, sekitar 5,5 sampai 6,5. Bakteri nitrifikasi bekerja lebih baik di atas 7. Ikan menerima rentang yang lebih lebar. Karena itu, pengelolaan akuaponik memilih kompromi antara 6 dan 7, tempat tidak ada yang mencapai kondisi optimal tetapi semuanya tetap berfungsi dengan baik.

pH itu tidak bertahan sendiri. Nitrifikasi adalah reaksi yang mengasamkan, dan karbon dioksida yang dikeluarkan ikan membentuk asam lemah, sehingga sistem cenderung turun dengan sendirinya. Pengelola menyangganya dengan bergantian memakai kalsium karbonat dan kalium karbonat, yang mengoreksi keasaman sekaligus menutup dua kekurangan struktural akuaponik, yaitu kalium dan kalsium yang tidak disediakan pakan ikan.

Tersisa zat besi. Di atas pH 7, zat besi mengendap dalam bentuk yang tidak lagi dapat diserap akar, dan klorosis muncul pada daun muda. Karena itu, zat besi kelat sekitar 1 sampai 2 miligram per liter diberikan selama bulan-bulan pertama, lalu sesuai kebutuhan. Suplemen ini larut dan aman bagi ikan, dan biayanya tetap kecil dibandingkan pupuk lengkap yang dituntut pengelolaan hidroponik.

Apa yang dihasilkan sebuah pertanian, dan bagaimana kapasitasnya ditentukan

Pertanian akuaponik menyatukan dua profesi, budidaya ikan dan budidaya sayuran tanpa tanah. Pemilihan spesies pertama-tama tunduk pada kendala suhu, karena ikan dalam satu sirkuit harus berbagi rentang suhu yang sama. Di iklim sedang, ikan trout pelangi dan salmon fontinalis bertemu di sekitar 13 sampai 16 °C dan mudah dipelihara bersama. Ikan zander, yang menuntut air jauh lebih hangat, memerlukan unit tersendiri, sehingga pertanian yang dirancang untuk beberapa spesies memisahkan hall budidayanya.

Dari sisi tanaman, budidaya bersiklus pendek dengan kebutuhan nitrogen tinggi paling optimal, seperti selada dan tanaman herbal. Untuk buah musim panas, tomat, paprika, terung, zukini, atau stroberi juga dapat diproduksi, meskipun akuaponik terpisah sering lebih sesuai untuk produksi tersebut.

Penentuan kapasitas, akhirnya, tidak dihitung dalam kilogram ikan melainkan dalam jumlah pakan yang diberikan setiap hari. FAO menetapkan 40 sampai 50 gram pakan per meter persegi budidaya per hari untuk sayuran daun, dan 50 sampai 80 gram untuk sayuran buah. Produksi ikan kemudian diturunkan dari pasokan itu dan dari rasio konversi pakan, yang mendekati 1 pada ikan trout dalam budidaya modern. Menyeimbangkan sistem akuaponik berarti berpikir tentang aliran, bukan tentang stok.

Apa yang dikonsumsi sistem ini, dan apa yang dibuatnya mustahil

Air adalah pos dengan keunggulan paling jelas, karena alasan yang dijelaskan di atas. Sebaliknya, energi menjadi tantangan sesungguhnya. Pertanian akuaponik sangat boros energi, terutama listrik, karena pompa, aerasi, dan penyaringan berjalan tanpa henti, ditambah sistem pemanas atau pendingin sesuai kebutuhan. Ada solusi untuk meringankan pos ini, dari fotovoltaik untuk konsumsi sendiri sampai pompa kalor, hingga pemanfaatan panas buangan dari lokasi tetangga. Itulah jalan yang kami tempuh pada proyek kami.

Lahan justru menjadi hal sekunder. Karena budidaya tidak memerlukan tanah, lahan telantar, tanah miskin, atau petak di pinggiran kota sudah memadai, sehingga lokasi dapat dipilih sedekat mungkin dengan tempat konsumsi.

Satu hal terakhir membedakan akuaponik secara radikal dari budidaya tanpa tanah lainnya. Dalam sirkuit tempat ikan, bakteri, dan tanaman saling bergantung, tidak ada perlakuan sintetis yang mungkin dilakukan. Antibiotik yang diberikan kepada ikan akan mensterilkan biofilter dan langsung memicu lonjakan amonia. Insektisida yang disemprotkan pada tanaman akan turun ke kolam. Perlindungan tanaman karena itu bertumpu pada pelepasan musuh alami, pengelolaan iklim di dalam bangunan, dan pemantauan populasi setiap hari. Produksi akuaponik dengan sendirinya bebas pestisida dan antibiotik, sehingga tanpa perdebatan termasuk pertanian berkelanjutan.

Pendekatan kami di Vic-sur-Seille

Kami menerapkan prinsip-prinsip ini pada proyek pertanian akuaponik skala besar di Vic-sur-Seille, Moselle. Tiga hall budidaya ikan, empat rumah kaca produksi, satu rumah kaca riset, dan satu unit pengolahan akan ditata mengelilingi satu sirkuit air tunggal.

Target produksi ditetapkan sekitar enam puluh ton ikan dan tiga puluh lima ton sayuran per tahun, atau hampir tujuh puluh lima ton pangan bersih. Skala ini dipilih sebagai keseimbangan yang wajar. Model kami bukan model mega-farm, melainkan usaha berskala manusia, cukup besar untuk memengaruhi pasokan satu kawasan penduduk, cukup terukur agar setiap orang mengenal tanaman dan ikannya serta merawatnya setiap hari. Produksi kami akan dijual dalam radius seratus kilometer dari pertanian, dan para pelaku usaha di wilayah ini yang kami temui menantikan pasokan lokal tersebut.

Proyek ini kini berada pada tahap penggalangan dana, dengan bantuan yang sudah diperoleh melalui program France 2030, dan Anda pun dapat ikut serta agar pembangunan dapat dimulai pada 2027. Dirancang untuk direplikasi, pertanian pertama ini akan menjadi model bagi yang berikutnya, di kawasan penduduk lain.

Jadi, bagaimana sebenarnya cara kerjanya?

Prinsipnya dapat diringkas dalam satu kalimat. Pakan masuk ke sirkuit, memberi makan ikan yang limbahnya diubah bakteri menjadi pupuk yang dikonsumsi tanaman, lalu air yang telah dijernihkan kembali ke kolam.

Selebihnya bergantung pada pengelolaan harian keseimbangan itu: pemberian pakan yang tepat, pemantauan parameter air, pengamatan kesehatan ikan dan tanaman. Pekerjaan ini akan dilakukan oleh tim sekitar sepuluh orang, didukung sejumlah sistem otomatis teruji yang membantu mereka setiap hari.

Dengan demikian, usaha kami akan memiliki dua produksi yang saling melengkapi di atas satu infrastruktur, tanpa bergantung pada pupuk sintetis apa pun, dan dengan konsumsi air lima kali lebih sedikit daripada pertanian lahan terbuka. Itulah yang menjadikan akuaponik salah satu pengungkit paling konkret bagi transisi pertanian dan kedaulatan pangan, karena mendekatkan produksi lokal dan berkelanjutan ke tempat konsumsi, dalam logika rantai pasok pendek. Kami membahas hal ini secara rinci dalam artikel Akuaponik, hidroponik, aeroponik: apa bedanya?.

Lihat pertanian secara rinci→

Pertanyaan Umum