سیستم آکوآپونیک یک سیستم کشاورزی دایره ای زیست محیطی است که به طور ارگانیک آبزی پروری (ماهی) و کشت بدون خاک (سبزیجات) را ترکیب می کند. در این سیستم، ضایعات غنی از مواد مغذی مانند فضولات ماهی و غذای خورده نشده توسط میکروارگانیسم ها تجزیه شده و به مواد مغذی تبدیل می شوند که می توانند توسط گیاهان جذب شوند. سپس این مواد مغذی به مناطق رشد گیاه منتقل می شوند و کودهای مورد نیاز برای رشد گیاهانی مانند سبزیجات و گیاهان دارویی را فراهم می کنند. در همین حال، گیاهان مواد مغذی را از طریق ریشه های خود جذب می کنند و در تصفیه کیفیت آب نقش دارند. سپس آب تصفیه شده به منطقه پرورش ماهی باز می گردد و یک سیستم اکولوژیکی حلقه بسته را تشکیل می دهد.

1. استخرهای ماهی: این منطقه اصلی زندگی برای ماهی ها است. اندازه، شکل و عمق با توجه به مقیاس آبزی پروری و گونه های ماهی متفاوت است. به عنوان مثال، برای ماهی های زینتی کوچک، استخر ماهی می تواند نسبتاً کوچک و کم عمق باشد. اگر ماهی های خوراکی بزرگ مانند ماهی پرچ یا سالمون پرورش داده شوند، استخر ماهی به فضای بیشتری و عمق مناسب نیاز دارد، معمولاً حدود 1 تا 2 متر عمق، تا اطمینان حاصل شود که ماهی ها فضای کافی برای حرکت دارند. مواد استخر ماهی می تواند بتن، پلاستیک یا فایبرگلاس و غیره باشد که باید دارای خواص ضد آب و دوام خوبی باشد.

2. تجهیزات تنظیم کیفیت آب: برای حفظ کیفیت خوب آب مورد نیاز برای بقای ماهی، به یک سری تجهیزات تنظیم کیفیت آب نیاز است. ابتدا، دستگاه های فیلتر وجود دارد، از جمله فیلترهای فیزیکی و فیلترهای بیولوژیکی. فیلترهای فیزیکی، مانند میکرو فیلترها، می توانند ذرات جامد موجود در آب، مانند غذای خورده نشده و مدفوع را حذف کنند و از تجزیه آنها در آب و تولید مواد مضر جلوگیری کنند. فیلترهای بیولوژیکی از میکروارگانیسم ها، مانند باکتری های نیتریفیک، برای تبدیل نیتروژن آمونیاک در آب به نیترات استفاده می کنند و سمیت آب را کاهش می دهند. علاوه بر این، تجهیزات اکسیژن رسانی، مانند هوادهنده های میکرو متخلخل یا هوادهنده های پره ای، برای اطمینان از وجود اکسیژن محلول کافی در آب مورد نیاز است. به طور کلی، محتوای اکسیژن محلول باید در 5 - 8 میلی گرم در لیتر حفظ شود تا نیازهای تنفسی ماهی برآورده شود.

3. انتخاب گونه های ماهی: هنگام انتخاب گونه های ماهی، عوامل متعددی باید در نظر گرفته شوند. سرعت رشد یک عامل مهم است. به عنوان مثال، تیلاپیا و گربه ماهی دارای سرعت رشد نسبتاً سریعی هستند و برای سیستم های آکوآپونیک تجاری مناسب هستند، زیرا می توانند در مدت زمان نسبتاً کوتاهی به اندازه های قابل فروش برسند. در عین حال، سازگاری ماهی نیز بسیار مهم است. برخی از ماهی ها الزامات خاصی برای شرایط محیطی مانند کیفیت آب، دما و شوری دارند. به عنوان مثال، کپورها نسبت به تغییرات کیفیت آب حساس تر هستند، در حالی که کپورهای صلیبی سازگاری بیشتری دارند. علاوه بر این، عادات غذایی ماهی ها، مانند گیاهخواری، گوشتخواری یا همه چیزخواری، نیز باید در نظر گرفته شود تا با انواع کشت خوراک و گیاه به طور منطقی مطابقت داشته باشد.

1. بسترهای کاشت یا ناودان ها: این جایی است که گیاهان رشد می کنند. طراحی بسترهای کاشت یا ناودان ها باید با توجه به ویژگی های رشد و روش های کاشت گیاهان تعیین شود. برای سبزیجات برگدار مانند کاهو و اسفناج، ناودان های کاشت می توانند نسبتاً کم عمق باشند، معمولاً حدود 15 تا 30 سانتی متر عمق. مواد بسترهای کاشت می توانند پلاستیک، چوب یا فلز و غیره باشند که باید عملکرد زهکشی خوبی را تضمین کنند. در داخل بسترهای کاشت، معمولاً بسترهایی مانند خاک رس منبسط شده، پشم سنگ یا الیاف نارگیل پر می شود. این بسترها می توانند ریشه های گیاه را ثابت کنند و همچنین مقداری احتباس آب و عملکردهای هوادهی را فراهم کنند.

2. سیستم آبیاری: سیستم آبیاری سیستم آکوآپونیک با آبیاری سنتی متفاوت است. این سیستم عمدتاً به گردش آبزی پروری متکی است. از طریق یک پمپ آب، آب موجود در استخر ماهی به قسمت بالایی بستر کاشت یا ناودان پمپ می شود و از روش هایی مانند آبیاری قطره ای، آبیاری سیلابی یا تکنیک فیلم مواد مغذی (NFT) برای تأمین آب و مواد مغذی برای گیاهان استفاده می شود. به عنوان مثال، در سیستم NFT، یک لایه نازک از محلول مغذی در قسمت زیرین ناودان کاشت تشکیل می شود و ریشه های گیاه تا حدی در فیلم محلول مغذی غوطه ور می شوند، که می تواند عرضه مواد مغذی را به طور دقیق کنترل کرده و راندمان استفاده از مواد مغذی را بهبود بخشد.

3. انتخاب گونه های گیاهی: انتخاب گونه های گیاهی مناسب برای عملکرد موفقیت آمیز سیستم آکوآپونیک بسیار مهم است. سبزیجات برگدار یک انتخاب رایج هستند زیرا چرخه رشد کوتاهی دارند و می توانند به سرعت مواد مغذی تجزیه شده از فضولات ماهی را جذب کنند. مانند کاهو، بوک چوی و اسفناج آبی می توانند در محیط آکوآپونیک رشد کنند. علاوه بر سبزیجات برگدار، برخی از گیاهان دارویی، مانند نعناع و ریحان، نیز می توانند در این سیستم کاشته شوند. این گیاهان نه تنها ارزش خوراکی دارند، بلکه می توانند نقش اکولوژیکی مانند دفع حشرات را نیز ایفا کنند.

1. سیستم خط لوله: خطوط لوله بخش اصلی اتصال واحد آبزی پروری و واحد کاشت هستند. آنها آب را از استخر ماهی به واحد کاشت منتقل می کنند و سپس آبی را که توسط گیاهان تصفیه شده است به استخر ماهی باز می گردانند. مواد خطوط لوله به طور کلی لوله های PVC مقاوم در برابر خوردگی یا لوله های PPR هستند تا از عملکرد پایدار طولانی مدت اطمینان حاصل شود. قطر و طول خطوط لوله باید با توجه به سرعت جریان و هد سیستم طراحی شود. به عنوان مثال، برای یک سیستم آکوآپونیک خانگی کوچک، قطر خط لوله اصلی 2 تا 3 سانتی متر ممکن است کافی باشد. در حالی که برای یک سیستم تجاری بزرگ، قطر خط لوله اصلی ممکن است نیاز به رسیدن به 10 تا 15 سانتی متر داشته باشد.

2. پمپ آب: پمپ آب منبع تغذیه سیستم گردش خون است. عملکرد اصلی آن پمپاژ آب از استخر ماهی کم ارتفاع به واحد کاشت مرتفع است. انتخاب پمپ آب باید دو پارامتر کلیدی را در نظر بگیرد: سرعت جریان و هد. سرعت جریان به مقدار آبی که پمپ آب در واحد زمان پمپاژ می کند اشاره دارد و هد به ارتفاعی اشاره دارد که پمپ آب می تواند آب را بلند کند. به عنوان مثال، در یک سیستم آکوآپونیک با اندازه متوسط، اگر اختلاف ارتفاع بین استخر ماهی و واحد کاشت 1.5 متر باشد و 500 لیتر آب در ساعت نیاز به گردش داشته باشد، به یک پمپ آب با سرعت جریان 500 لیتر در ساعت و هد حداقل 1.5 متر نیاز است.

3. اجزای فیلتراسیون و تصفیه (گردش کمکی): در طول فرآیند گردش خون، به منظور تصفیه بیشتر کیفیت آب، برخی از اجزای فیلتراسیون و تصفیه نیز باید در سیستم خط لوله تنظیم شوند. این اجزا می توانند شامل فیلترهای کربن فعال برای جذب ناخالصی های آلی و بو در آب و ضدعفونی کننده های فرابنفش برای از بین بردن میکروارگانیسم های مضر مانند باکتری ها، ویروس ها و جلبک ها در آب از طریق تابش فرابنفش باشند و کیفیت آب در گردش را تضمین کرده و یک محیط زندگی سالم برای ماهی ها و گیاهان فراهم کنند.

سیستم آکوآپونیک یک سیستم کشاورزی ترکیبی نوآورانه است که به طور ارگانیک دو روش تولید کشاورزی در اصل مستقل، آبزی پروری و کشت بدون خاک را ترکیب می کند. دارای مزایای بسیاری زیر است:

1. بازیافت منابع
در سیستم آکوآپونیک، فضولات ماهی مواد مغذی غنی را برای سبزیجات فراهم می کند. این ترشحات حاوی مواد مغذی اصلی مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم مورد نیاز برای رشد گیاه هستند. به عنوان مثال، آمونیاک دفع شده توسط ماهی در آب از طریق عمل باکتری های نیتریفیک در آب به نیترات تبدیل می شود و نیترات منبع عالی کود نیتروژن برای رشد سبزیجات است. سبزیجات این مواد مغذی را برای رشد خود جذب می کنند و در نتیجه کیفیت آب را تصفیه می کنند. سپس آب تصفیه شده می تواند به استخر ماهی بازیافت شود تا ماهی ها زنده بمانند و یک چرخه اکولوژیکی کامل را تشکیل دهند.
این مدل بازیافت وابستگی به کودهای خارجی و منابع آب را تا حد زیادی کاهش می دهد. در مقایسه با کاشت سبزیجات و آبزی پروری سنتی، خطر اوتروفیکاسیون آب ناشی از از دست رفتن کود و اتلاف منابع آب را کاهش می دهد.

2. کاهش استفاده از مواد شیمیایی
از آنجایی که سبزیجات می توانند به طور طبیعی با مواد مغذی موجود در فضولات ماهی رشد کنند، به طور کلی نیازی به استفاده از مقادیر زیادی کود شیمیایی نیست. در عین حال، ماهی ها در یک محیط اکولوژیکی نسبتاً پایدار رشد می کنند که نیاز به استفاده از داروها برای پیشگیری و درمان بیماری ها را نیز کاهش می دهد. به عنوان مثال، در یک محیط آکوآپونیک خوب، میکروارگانیسم های مفید موجود در آب می توانند به حفظ سلامت ماهی ها کمک کرده و از رشد باکتری های مضر جلوگیری کنند. این امر به کل سیستم اجازه می دهد تا با دخالت شیمیایی کمتر به طور معمول عمل کند و محصولات کشاورزی سالم تر و سبزتری تولید کند.

3. افزایش تنوع اکولوژیکی
سیستم آکوآپونیک می تواند زیستگاه هایی را برای انواع موجودات فراهم کند. علاوه بر ماهی و سبزیجات، جوامع میکروبی موجود در آب (مانند باکتری های نیتریفیک، باکتری های دنیتریفیک و غیره) نیز نقش کلیدی در اکوسیستم دارند. این میکروارگانیسم ها در فرآیند تجزیه فضولات ماهی و تصفیه کیفیت آب، روابط اکولوژیکی پیچیده ای را تشکیل می دهند.
حشرات، دوزیستان و غیره نیز ممکن است در اطراف سیستم جذب شوند و تنوع زیستی را افزایش داده و به ایجاد یک محیط اکولوژیکی کوچک پایدارتر و سالم تر کمک کنند.

1. افزایش تولید در واحد سطح
سیستم آکوآپونیک امکان تولید همزمان دو محصول، ماهی و سبزیجات را در یک فضا فراهم می کند. به عنوان مثال، در یک دستگاه آکوآپونیک داخلی کوچک، سبزیجات کاشته شده به صورت عمودی می توانند از فضا به طور کامل استفاده کنند، در حالی که ماهی ها در استخر ماهی نیز به طور معمول در منطقه آب زیرین رشد می کنند. این روش تولید سه بعدی می تواند بازدهی بالاتری در واحد سطح نسبت به آبزی پروری یا کاشت سبزیجات به تنهایی به دست آورد و در نتیجه راندمان استفاده از زمین را بهبود بخشد.

2. کاهش هزینه های تولید
با توجه به کاهش استفاده از کودها و برخی داروها، و همچنین بازیافت منابع آب، سیستم آکوآپونیک می تواند هزینه های تولید را در عملیات طولانی مدت کاهش دهد. به عنوان مثال، در برخی از مزارع آکوآپونیک در مقیاس بزرگ، از طریق طراحی سیستم منطقی، بازیافت و تصفیه آب می تواند مقدار زیادی از هزینه های آب را صرفه جویی کند و هزینه خرید کودهای شیمیایی را کاهش دهد و محصولات را در بازار رقابتی تر کند.

3. فروش محصولات متنوع
این سیستم می تواند همزمان ماهی و سبزیجات تولید کند و گزینه های محصول متنوعی را برای فروش در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد. چه ماهی تازه، مانند ماهی باس دریایی، تیلاپیا و غیره، یا سبزیجات ارگانیک، مانند کاهو، اسفناج و غیره، می توانند نیازهای مصرف کنندگان مختلف را برآورده کنند، کانال های فروش را گسترش دهند و منابع درآمد را افزایش دهند.

1. تولید غذای سالم
سبزیجات تولید شده در سیستم آکوآپونیک در آب بازیافتی غنی از مواد مغذی رشد می کنند و توسط کودهای شیمیایی و آفت کش ها در کشاورزی سنتی آلوده نمی شوند. علاوه بر این، ماهی ها در یک محیط آبی تمیز رشد می کنند و گوشت آنها خوشمزه تر و سالم تر است. به عنوان مثال، کاهوی تولید شده توسط سیستم آکوآپونیک دارای برگ های لطیف، طعم خوب و سرشار از مواد مغذی است و ماهی ها نیز هیچ گونه باقیمانده دارویی ندارند که غذاهای ایمن و اطمینان بخشی هستند.

2. دستیابی به تولید ارگانیک
تا زمانی که سیستم آکوآپونیک مطابق با استانداردهای تولید ارگانیک مدیریت شود، به راحتی می توان گواهی ارگانیک دریافت کرد. زیرا فرآیند تولید آن با اصول اساسی کشاورزی ارگانیک مطابقت دارد، یعنی از کودهای مصنوعی شیمیایی، آفت کش ها یا فناوری های اصلاح ژنتیکی استفاده نمی شود و گزینه های غذایی ارگانیک واقعی را در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهد.