アクアポニックスシステムは、水産養殖（魚）と無土壌栽培（野菜）を有機的に組み合わせた生態循環型農業システムです。このシステムでは、魚の排泄物や食べ残しの餌などの栄養豊富な廃棄物が微生物によって分解され、植物が吸収できる栄養素に変換されます。これらの栄養素は、次に植物の栽培エリアに運ばれ、野菜やハーブなどの植物の成長に必要な肥料を提供します。一方、植物は根を通して栄養素を吸収し、水質浄化の役割を果たします。浄化された水は魚の養殖エリアに戻り、閉ループの生態系を形成します。

1. 魚池： これは魚の主な生活エリアです。サイズ、形状、深さは、水産養殖の規模と魚種によって異なります。たとえば、小さな観賞魚の場合、魚池は比較的小さく浅くすることができます。パーチやサーモンなどの大型食用魚を養殖する場合は、魚が十分に移動できるスペースと適切な深さ（通常は深さ約1〜2メートル）が必要になります。魚池の材料は、コンクリート、プラスチック、またはグラスファイバーなどであり、優れた防水性と耐久性が必要です。

2. 水質調整装置： 魚の生存に必要な良好な水質を維持するには、一連の水質調整装置が必要です。まず、物理的フィルターと生物学的フィルターを含むフィルター装置があります。マイクロストレーナーなどの物理的フィルターは、食べ残しの餌や糞などの水中の固形粒子を除去し、水中で分解して有害物質を生成するのを防ぎます。生物学的フィルターは、硝化細菌などの微生物を使用して、水中のアンモニア性窒素を硝酸塩に変換し、水の毒性を軽減します。さらに、魚の呼吸のニーズを満たすために、十分な溶存酸素が水中に含まれるように、マイクロポアエアレーターやパドルホイールエアレーターなどの酸素供給装置が必要です。一般的に、溶存酸素含有量は5〜8 mg/Lに維持する必要があります。

3. 魚種の選択： 魚種を選択する際には、複数の要因を考慮する必要があります。成長速度は重要な要素です。たとえば、ティラピアとナマズは比較的成長速度が速く、短期間で市場に出回るサイズに達することができるため、商業用アクアポニックスシステムに適しています。同時に、魚の適応性も重要です。一部の魚は、水質、温度、塩分などの環境条件に特定の要件を持っています。たとえば、コイは水質の変化に敏感ですが、フナはより強い適応性を持っています。さらに、魚の食性（草食性、肉食性、または雑食性）も考慮して、餌と植物の栽培タイプを合理的に組み合わせる必要があります。

1. 植栽ベッドまたはトラフ： これは植物が育つ場所です。植栽ベッドまたはトラフの設計は、植物の成長特性と植え方によって決定する必要があります。レタスやほうれん草などの葉物野菜の場合、植栽トラフは比較的浅く、通常は深さ約15〜30 cmです。植栽ベッドの材料は、プラスチック、木材、または金属などであり、優れた排水性能を確保する必要があります。植栽ベッド内には、通常、膨張粘土、ロックウール、またはココナッツ繊維などの基質が充填されています。これらの基質は植物の根を固定し、ある程度の保水性と通気性も提供します。

2. 灌漑システム： アクアポニックスシステムの灌漑システムは、従来の灌漑とは異なります。主に水産養殖水の循環に依存しています。ウォーターポンプを介して、魚池の水が植栽ベッドまたはトラフの上部に汲み上げられ、点滴灌漑、湛水灌漑、または栄養液膜技術（NFT）などの方法を使用して、植物に水と栄養素を提供します。たとえば、NFTシステムでは、栄養液の薄い膜が植栽トラフの底に形成され、植物の根が栄養液膜に部分的に浸され、栄養供給を正確に制御し、栄養利用効率を向上させることができます。

3. 植物種の選択： アクアポニックスシステムの運用を成功させるには、適切な植物種を選択することが不可欠です。葉物野菜は、成長サイクルが短く、魚の排泄物から分解された栄養素をすばやく吸収できるため、一般的な選択肢です。レタス、白菜、水ほうれん草などは、アクアポニックス環境で繁栄することができます。葉物野菜に加えて、ミントやバジルなどのハーブ植物もシステムに植えることができます。これらの植物は、食用価値があるだけでなく、昆虫を撃退するなどの生態学的役割を果たすこともできます。

1. パイプラインシステム： パイプラインは、水産養殖ユニットと植栽ユニットを接続する重要な部分です。魚池から植栽ユニットに水を運び、植物によって浄化された水を魚池に戻します。パイプラインの材料は、一般的に耐食性のPVCパイプまたはPPRパイプであり、長期的な安定した動作を保証します。パイプラインの直径と長さは、システムの流量とヘッドに応じて設計する必要があります。たとえば、小さな家庭用アクアポニックスシステムの場合、主パイプラインの直径は2〜3 cmで十分です。一方、大規模な商業システムの場合、主パイプラインの直径は10〜15 cmに達する必要があります。

2. ウォーターポンプ： ウォーターポンプは、循環システムの動力源です。その主な機能は、低レベルの魚池から高レベルの植栽ユニットに水を汲み上げることです。ウォーターポンプの選択では、流量とヘッドの2つの重要なパラメータを考慮する必要があります。流量は、ウォーターポンプが単位時間あたりに汲み上げる水の量を指し、ヘッドはウォーターポンプが水を持ち上げることができる高さを指します。たとえば、中規模のアクアポニックスシステムで、魚池と植栽ユニットの高さの差が1.5メートルで、1時間に500リットルの水を循環させる必要がある場合、流量が500 L/hで、ヘッドが少なくとも1.5メートルのウォーターポンプが必要です。

3. ろ過および浄化コンポーネント（補助循環）： 循環プロセス中、水質をさらに浄化するために、一部のろ過および浄化コンポーネントもパイプラインシステムに設定する必要があります。これらのコンポーネントには、水中の有機不純物や臭いを吸着するための活性炭フィルター、および紫外線照射を介して水中のバクテリア、ウイルス、藻などの有害な微生物を殺すための紫外線消毒器が含まれ、循環水の品質を確保し、魚と植物に健康的な生活環境を提供します。

アクアポニックスシステムは、水産養殖と無土壌栽培という、もともと独立していた2つの農業生産方法を有機的に組み合わせた革新的な複合農業システムです。これには、次の多くの利点があります。

1. 資源のリサイクル
アクアポニックスシステムでは、魚の排泄物が野菜に豊富な栄養素を提供します。これらの排泄物には、植物の成長に必要な窒素、リン、カリウムなどの主要栄養素が含まれています。たとえば、水中の魚が排泄するアンモニアは、水中の硝化細菌の作用によって硝酸塩に変換され、硝酸塩は野菜の成長にとって優れた窒素肥料源となります。野菜はこれらの栄養素を吸収して成長し、水質を浄化します。浄化された水は、魚の生存のために魚池にリサイクルされ、完全な生態サイクルを形成します。
このリサイクルモデルは、外部の肥料と水資源への依存を大幅に削減します。従来の野菜栽培と水産養殖と比較して、肥料の損失による水域の富栄養化のリスクと水資源の無駄を削減します。

2. 化学物質の使用量の削減
野菜は魚の排泄物に含まれる栄養素で自然に育つことができるため、一般的に大量の化学肥料を使用する必要はありません。同時に、魚は比較的安定した生態環境で育つため、病気の予防と治療に薬物を使用する必要性も軽減されます。たとえば、良好なアクアポニックス環境では、水中の有益な微生物が魚の健康を維持し、有害なバクテリアの増殖を抑制するのに役立ちます。これにより、システム全体が化学的介入を少なくして正常に動作し、より健康的で環境に優しい農産物を生産できます。

3. 生態学的多様性の強化
アクアポニックスシステムは、さまざまな生物の生息地を提供できます。魚や野菜に加えて、水中の微生物群集（硝化細菌、脱窒細菌など）も生態系で重要な役割を果たします。これらの微生物は、魚の排泄物を分解し、水質を浄化する過程で複雑な生態学的関係を形成します。
昆虫、両生類などもシステムの周りに引き寄せられ、生物多様性が高まり、より安定した健康的な小さな生態環境を構築するのに役立ちます。

1. 単位面積あたりの収量の増加
アクアポニックスシステムは、同じスペースで魚と野菜の2つの製品を同時に生産できます。たとえば、小さな屋内アクアポニックスデバイスでは、垂直に植えられた野菜がスペースを最大限に活用でき、魚池の魚も底部の水域で正常に成長します。この3次元生産方法により、水産養殖または野菜栽培だけよりも単位面積あたりの収量が高くなり、土地利用効率が向上します。

2. 生産コストの削減
肥料や一部の薬物の使用量の削減、および水資源のリサイクルにより、アクアポニックスシステムは長期的な運用で生産コストを削減できます。たとえば、一部の大規模アクアポニックス農場では、合理的なシステム設計を通じて、水のリサイクルと浄化により、大量の水コストを節約し、化学肥料の購入にかかる費用を削減し、製品を市場でより価格競争力のあるものにすることができます。

3. 製品販売の多様化
このシステムは、魚と野菜を同時に生産できるため、生産者に販売用の多様な製品オプションを提供します。スズキ、ティラピアなどの鮮魚でも、レタス、ほうれん草などの有機野菜でも、さまざまな消費者のニーズに対応でき、販売チャネルを広げ、収入源を増やすことができます。

1. 健康的な食品の生産
アクアポニックスシステムで生産された野菜は、栄養豊富なリサイクル水で育ち、従来の農業における化学肥料や農薬による汚染を受けません。さらに、魚はきれいな水環境で育ち、その肉はより美味しく健康的です。たとえば、アクアポニックスシステムで生産されたレタスは、柔らかい葉、優れた味を持ち、栄養が豊富で、魚にも薬物残留物がなく、安全で安心できる食品です。

2. 有機生産の実現
アクアポニックスシステムを有機生産の基準に従って管理する限り、有機認証を簡単に取得できます。その生産プロセスは、有機農業の基本原則、つまり、化学合成肥料、農薬、または遺伝子組み換え技術を使用しないことに準拠しているため、消費者に本物の有機食品オプションを提供します。