Akuaponik nasıl çalışır?

Akuaponik, bir balık yetiştiriciliğini ve bir topraksız tarımı aynı kapalı devrede bir arada tutmaktır. Balıkların dışkıları bakteriler tarafından dönüştürülür ve bitkilerin gübresi olur; bitkiler de suyu, havuzlara dönmeden önce arıtır. İlke üç satırda anlatılabilir, ama günlük işletmesi gerçek bir uzmanlık ister.

Bu düzeneğin nasıl işlediğini, azot döngüsünden suyun izlediği yola kadar anlatıyoruz. Ardından bunun, Moselle'de kurduğumuz gibi profesyonel bir çiftlikte somut olarak neye karşılık geldiğini gösteriyoruz.

Tek kapalı devrede üç üretim

Bir akuaponik çiftlik aslında tek bir kapalı devrede üç üretimi birlikte yürütür: balıklar, bakteriler ve bitkiler. Bunlardan biri çıkarıldığında denge çöker.

Balıklar beslenir ve hem dışkılarıyla hem solunumlarıyla suya amonyak verir. Biyofiltrenin taşıyıcı yüzeylerine yerleşen nitrifikasyon bakterileri bu amonyağı nitrata dönüştürür. Bitkiler bu nitratı, tıpkı bir gübreyi aldıkları gibi alır ve suyu yeniden temiz hâle getirir. Devre böylece gerçek bir erdemli döngü oluşturur.

Geleneksel tarımın sentetik gübre olarak satın aldığı şeyi biz, balıklara verdiğimiz yem ve onların dışkıları sayesinde kendi havuzlarımızda üretiyoruz.

Azot döngüsü, sistemin motoru

Akuaponik sistem azot döngüsüne dayanır. Balıkların suya bıraktığı amonyak, kendileri için çok düşük dozda bile zehirlidir. Solungaç bariyerini geçen iyonlaşmamış formunda, gökkuşağı alabalığı için kabul edilen güvenlik eşikleri litrede miligramın yüzde biri mertebesindedir. Bu da işletmeciye son derece dar bir hata payı bırakır.

Ardışık iki bakteriyel aşama vardır. Birincisi amonyağı, yine zehirli olan nitrite çevirir. İkincisi bu nitriti nitrata dönüştürür; nitrat, bitkilerin en kolay özümsediği ve balıkların çok daha yüksek derişimlerde tolere ettiği azot formudur. Bitkiler bu nitratı tüketerek suyu arıtır ve döngüyü kapatır.

Bir yetiştirme havuzunda istenmeyen nitrat, tam da bitkilerin en iyi özümsediği azot formudur. Birinin atığı diğerinin kaynağı olur.

Genetik analizlerin değiştirdikleri

Ders kitapları uzun süre bu iki aşamayı iki belirli bakteri cinsine bağladı: önce Nitrosomonas, sonra Nitrobacter. Son on yılda gerçek su ürünleri biyofiltreleri üzerinde yürütülen moleküler analizler ise daha zengin bir tablo çiziyor. Nitrit oksidasyonuna çoğu zaman Nitrospira cinsi hâkim; Nitrobacter ise kimi zaman tümüyle bulunmuyor. 2017'de bir alabalık çiftliğinin biyofiltresi üzerine yayımlanan çalışmada tek bir dizisine bile rastlanmadı.

Aynı araştırmalar, amonyağı oksitleyen arkeleri ve iki ardışık dönüşümü tek başına gerçekleştirebilen comammox bakterilerini de ortaya çıkardı. Bu topluluğun bileşimi tesisten tesise; sıcaklığa, pH'a, azot yüküne ve tuzluluğa göre değişiyor.

İşletmeci açısından pratik sonuç değişmiyor. Önemli olan bu mikroorganizmaları adlandırmak değil, onlara yerleşebilecekleri bir yüzey, oksijenli su ve yeterli alkalinite sağlamak.

Suyun izlediği yol, adım adım

Profesyonel bir tesiste su belirli bir güzergâhı izler ve kendi üzerine kapanır. Yetiştirme havuzlarından askıda katı madde yüklü olarak çıkar, ardından çoğunlukla bir tambur filtreden oluşan mekanik filtrasyondan geçer. Bu aşama katı parçacıkları, henüz parçalanıp devrenin oksijenini tüketmeden tutar.

Su daha sonra biyofiltreye ulaşır; yukarıda anlatılan azot dönüşümü burada gerçekleşir. Oradan üretim alanlarına dağıtılır: yapraklı sebzeler için yüzen paneller, türe göre kültür olukları. Kökler tarafından arıtılan su; sıcaklığı, çözünmüş oksijeni ve pH değeri denetlendikten sonra havuzlara döner.

Yalnızca buharlaşma ve bitki terlemesiyle oluşan kayıpların telafi edilmesi gerekir; bu da günde toplam hacmin %1 ila %3'ü mertebesindedir. Kapalı devre böylece suyun yaklaşık %95'ini yeniden kullanır, oysa sulanan açık alan tarımında bu suyun neredeyse tamamı kaybedilir. Sulamanın giderek kısıt hâline geldiği bir iklimde bu su tasarrufu, profesyonel akuaponiğin ilk avantajıdır.

Devreye alma, ya da bir çiftlik neden yavaş başlar

Bu bakteriler istendiği anda yerleşmez. Koşullara göre kararlı bir popülasyonun oluşması üç ila sekiz hafta sürer; uygulamacıların devreye alma dediği aşama budur. Amonyağı oksitleyen organizmalar ilk azot girişinden beş ila yedi gün sonra biyofiltreye yerleşir, nitritle ilgilenenler bir hafta sonra devreye girer. Sistem ancak nitritler sıfıra döndüğünde ve nitratlar düzenli olarak arttığında olgunlaşmış sayılır.

Bu aşamayı kısaltmanın birkaç yolu var. Biyofiltreyi, halihazırda çalışan bir tesisten alınan taşıyıcı malzemeyle aşılamak açık ara en etkilisi. Sıcaklığın bakteriler için uygun aralığın üst sınırında tutulması, alkalinitenin yüksek tutulması ve düzenli amonyak beslemesi de katkı sağlar.

Bir akuaponik çiftliğin, daha ilk üretiminde ürün veren hidroponik bir seraya kıyasla geç üretime geçmesinin nedeni işte bu başlangıç aşamasıdır.

pH ve demir, sürekli bir uzlaşma

pH, üç bileşenin en açık biçimde çatıştığı parametredir. Bitkiler belirgin şekilde asidik suyu tercih eder, 5,5 ila 6,5 civarını. Nitrifikasyon bakterileri 7'nin üzerinde daha iyi çalışır. Balıklar ise daha geniş bir aralığı kabul eder. Bu yüzden akuaponikte benimsenen yöntem, 6 ile 7 arasında bir uzlaşmada kalmaktır: kimse kendi optimumuna ulaşmaz, ama herkes düzgün çalışır.

Bu pH kendiliğinden korunmaz. Nitrifikasyon asitleştirici bir tepkimedir ve balıkların saldığı karbondioksit zayıf bir asit oluşturur; sistem doğal olarak aşağı kayar. İşletmeci, kalsiyum ve potasyum karbonatları dönüşümlü kullanarak tamponlama yapar. Bu hem asitliği düzeltir hem de balık yeminin sağlamadığı iki yapısal eksiği, potasyum ile kalsiyumu aynı hamlede giderir.

Geriye demir kalıyor. pH 7'nin üzerinde demir, kökün artık alamayacağı bir formda çöker ve genç yapraklarda kloroz görülür. Bu nedenle ilk aylarda, sonrasında ise ihtiyaca göre litrede 1 ila 2 miligram mertebesinde şelatlı demir verilir. Bu takviyeler suda çözünür ve balıklar için tehlikesizdir; maliyetleri de hidroponik bir işletmenin gerektirdiği tam gübrelerin yanında önemsiz kalır.

Bir çiftlik ne üretir, nasıl boyutlandırılır

Bir akuaponik çiftlik iki mesleği bir araya getirir: balık yetiştiriciliği ve topraksız sebze yetiştiriciliği. Tür seçimi her şeyden önce sıcaklık kısıtına bağlıdır, çünkü aynı devrede toplanan balıkların aynı sıcaklık aralığını paylaşması gerekir. Ilıman iklimde gökkuşağı alabalığı ile kaynak alabalığı 13 ila 16 °C civarında buluşur ve zorlanmadan birlikte yetiştirilir. Belirgin şekilde daha sıcak su isteyen sudak ise ayrı bir üniteye aittir; birden fazla tür için tasarlanan bir çiftliğin yetiştirme hollerini ayırmasının nedeni budur.

Bitki tarafında sistemi en iyi değerlendirenler, kısa döngülü ve azot talebi yüksek kültürlerdir: salatalar ve aromatik bitkiler. Yaz meyveleri arasında domates, biber, patlıcan, kabak veya çilek de üretilebilir; ancak bu ürünler için çoğu zaman ayrık akuaponik daha uygundur.

Boyutlandırma ise balık kilogramıyla değil, her gün dağıtılan yem miktarıyla hesaplanır. FAO, yapraklı sebzeler için metrekare başına günde 40 ila 50 gram, meyveli sebzeler için 50 ila 80 gram yem öngörür. Balık üretimi bu yem miktarından ve modern alabalık yetiştiriciliğinde 1'e yakın olan yem dönüşüm oranından türetilir. Bir akuaponik sistemi dengelemek bu nedenle bir stok üzerinden değil, bir akış üzerinden düşünmektir.

Sistem ne tüketir, neyi imkânsız kılar

Yukarıda anlatılan nedenlerle avantajın en belirgin olduğu kalem sudur. Buna karşılık asıl mesele enerjidir. Bir akuaponik çiftlik çok enerji tüketir, özellikle de elektrik; çünkü pompalar, havalandırma ve filtrasyon kesintisiz çalışır, duruma göre ısıtma veya soğutma sistemleri de eklenir. Bu kalemi hafifletecek çözümler var: kendi tüketimi için güneş enerjisi, ısı pompaları, hatta komşu bir tesisten atık ısı geri kazanımı. Projemizde izlediğimiz yol bu.

Buna karşılık arazi ikinci plana düşer. Üretim toprağa ihtiyaç duymadığı için atıl bir alan, verimsiz bir toprak ya da kent çeperindeki bir parsel pekâlâ uygundur. Bu da tesisin tüketim noktalarına en yakın yere kurulmasına imkân verir.

Son bir nokta akuaponiği diğer topraksız tarım yöntemlerinden kökten ayırır. Balıkların, bakterilerin ve bitkilerin birbirine bağımlı olduğu bir devrede hiçbir sentetik ilaç düşünülemez. Balıklara verilen bir antibiyotik biyofiltreyi sterilize eder ve anında bir amonyak sıçraması yaratır. Bitkilere uygulanan bir insektisit havuzlara geri iner. Bu yüzden bitki koruma; faydalı böceklerin salınmasına, sera içi iklim yönetimine ve popülasyonların günlük takibine dayanır. Akuaponik üretim böylece yapısı gereği pestisitsiz ve antibiyotiksizdir; bu da onu tartışmasız biçimde sürdürülebilir tarımın yanına yerleştirir.

Vic-sur-Seille'deki yaklaşımımız

Bu ilkeleri, Moselle'de, Vic-sur-Seille'de yürüttüğümüz büyük ölçekli akuaponik çiftlik projemizde uyguluyoruz. Üç balık holü, dört üretim serası, bir araştırma serası ve bir işleme atölyesi tek bir su devresinin çevresinde düzenlenecek.

Üretim hedefi yılda yaklaşık altmış ton balık ve otuz beş ton sebze, yani yetmiş beş tona yakın net gıda. Bu ölçek bilinçli bir denge olarak seçildi. Modelimiz mega çiftlikler değil, insan ölçeğinde bir işletme: bir nüfus havzasının tedarikinde ağırlık taşıyacak kadar büyük, herkesin kendi bitkilerini ve balıklarını tanıyıp her gün onlarla ilgilenebileceği kadar ölçülü. Üretimimiz çiftliğin çevresinde yüz kilometrelik bir yarıçap içinde satılacak; bölgede görüştüğümüz profesyoneller bu yerel arzı sabırsızlıkla bekliyor.

Proje bugün yatırım turu aşamasında. Fransa'nın ulusal yatırım programı France 2030 kapsamında bazı destekler şimdiden alındı ve şantiyenin 2027'de başlayabilmesi için siz de katılabilirsiniz. Çoğaltılmak üzere tasarlanan bu ilk çiftlik, başka nüfus havzalarında kurulacak olanlara model olacak.

Peki gerçekte nasıl çalışıyor?

İlke tek cümleyle özetlenebilir. Devreye bir yem girer ve balıkları besler; balıkların atıkları bakteriler tarafından, bitkilerin tükettiği bir gübreye dönüştürülür ve böylece arınan su havuzlara geri döner.

Gerisi bu dengenin günlük yönetimine bağlıdır: balıkların doğru beslenmesi, su parametrelerinin izlenmesi, balık sürüsünün ve yetiştirilen bitkilerin sağlığının gözlenmesi. Bu işi on kişilik bir ekip yürütecek; ekibe, her gün ona yardımcı olan denenmiş otomasyon sistemleri eşlik edecek.

Böylece işletmemiz, hiçbir sentetik gübreye bağlı kalmadan ve açık alan tarımına göre beş kat daha az su tüketerek, tek bir altyapı üzerinde birbirini tamamlayan iki üretime sahip olacak. Akuaponiği tarımsal dönüşümün ve gıda egemenliğinin en somut kaldıraçlarından biri yapan da budur: yerel üretimi ve sürdürülebilir üretimi tüketim noktalarına yaklaştırmak, yani kısa tedarik zinciri mantığı. Bu konuyu Akuaponik, hidroponik, aeroponik: farkları neler? başlıklı yazımızda ayrıntılı olarak ele aldık.

Çiftliği ayrıntılı keşfedin→

Sıkça sorulan sorular