Hệ thống aquaponics là một hệ thống nông nghiệp tuần hoàn sinh thái, kết hợp hữu cơ giữa nuôi trồng thủy sản (cá) và canh tác không đất (rau). Trong hệ thống này, chất thải giàu dinh dưỡng như phân cá và thức ăn thừa chưa ăn hết được phân hủy bởi vi sinh vật và biến đổi thành chất dinh dưỡng có thể được hấp thụ bởi cây trồng. Những chất dinh dưỡng này sau đó được vận chuyển đến các khu vực trồng cây, cung cấp phân bón cần thiết cho sự phát triển của cây trồng như rau và thảo mộc. Đồng thời, cây trồng hấp thụ các chất dinh dưỡng thông qua rễ của chúng, đóng vai trò trong việc làm sạch chất lượng nước. Nước đã lọc sau đó chảy trở lại khu vực nuôi cá, tạo thành một hệ thống sinh thái khép kín.

1. Ao cá:Đây là khu vực sống chính của cá. Kích thước, hình dạng và độ sâu khác nhau tùy theo quy mô nuôi trồng thủy sản và loài cá. Ví dụ, đối với cá cảnh nhỏ, ao cá có thể tương đối nhỏ và nông; nếu nuôi các loại cá ăn được lớn như cá rô hoặc cá hồi, ao cá cần nhiều không gian hơn và độ sâu thích hợp, thường khoảng 1 - 2 mét, để đảm bảo cá có đủ không gian để di chuyển. Vật liệu của ao cá có thể là bê tông, nhựa hoặc sợi thủy tinh, v.v., phải có khả năng chống thấm nước và độ bền tốt.

2. Thiết bị điều chỉnh chất lượng nước:Để duy trì chất lượng nước tốt cần thiết cho sự sống còn của cá, cần có một loạt các thiết bị điều chỉnh chất lượng nước. Đầu tiên, có các thiết bị lọc, bao gồm bộ lọc vật lý và bộ lọc sinh học. Bộ lọc vật lý, chẳng hạn như bộ lọc microstrainer, có thể loại bỏ các hạt rắn trong nước, chẳng hạn như thức ăn thừa và phân, ngăn chúng phân hủy trong nước và tạo ra các chất độc hại. Bộ lọc sinh học sử dụng vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn nitrat hóa, để chuyển đổi nitơ amoniac trong nước thành nitrat, làm giảm độc tính của nước. Ngoài ra, cần có thiết bị tạo oxy, chẳng hạn như máy sục khí microporous hoặc máy sục khí bánh xe guồng, để đảm bảo có đủ oxy hòa tan trong nước. Nói chung, hàm lượng oxy hòa tan nên được duy trì ở mức 5 - 8 mg/L để đáp ứng nhu cầu hô hấp của cá.

3. Lựa chọn loài cá:Khi chọn loài cá, cần xem xét nhiều yếu tố. Tốc độ tăng trưởng là một yếu tố quan trọng. Ví dụ, cá rô phi và cá da trơn có tốc độ tăng trưởng tương đối nhanh và phù hợp với các hệ thống aquaponics thương mại, vì chúng có thể đạt kích thước có thể bán được trong một thời gian tương đối ngắn. Đồng thời, khả năng thích nghi của cá cũng rất quan trọng. Một số loài cá có yêu cầu cụ thể về điều kiện môi trường như chất lượng nước, nhiệt độ và độ mặn. Ví dụ, cá koi nhạy cảm hơn với những thay đổi về chất lượng nước, trong khi cá diếc có khả năng thích nghi mạnh hơn. Ngoài ra, cần xem xét thói quen ăn uống của cá, chẳng hạn như ăn cỏ, ăn thịt hoặc ăn tạp, để kết hợp hợp lý thức ăn và các loại cây trồng.

1. Giường hoặc máng trồng:Đây là nơi cây trồng phát triển. Thiết kế của giường hoặc máng trồng nên được xác định theo đặc điểm sinh trưởng và phương pháp trồng của cây trồng. Đối với các loại rau ăn lá như rau diếp và rau bina, máng trồng có thể tương đối nông, thường sâu khoảng 15 - 30 cm. Vật liệu của giường trồng có thể là nhựa, gỗ hoặc kim loại, v.v., phải đảm bảo hiệu suất thoát nước tốt. Bên trong giường trồng, thường được lấp đầy các chất nền như đất sét nở, len đá hoặc xơ dừa. Các chất nền này có thể cố định rễ cây và cũng cung cấp một số chức năng giữ nước và sục khí.

2. Hệ thống tưới tiêu:Hệ thống tưới tiêu của hệ thống aquaponics khác với hệ thống tưới tiêu truyền thống. Nó chủ yếu dựa vào sự tuần hoàn của nước nuôi trồng thủy sản. Thông qua một máy bơm nước, nước trong ao cá được bơm lên phần trên của giường hoặc máng trồng, và các phương pháp như tưới nhỏ giọt, tưới ngập hoặc kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT) được sử dụng để cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho cây trồng. Ví dụ, trong hệ thống NFT, một lớp màng mỏng dung dịch dinh dưỡng được hình thành ở đáy máng trồng, và rễ cây được nhúng một phần vào màng dung dịch dinh dưỡng, có thể kiểm soát chính xác việc cung cấp chất dinh dưỡng và cải thiện hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng.

3. Lựa chọn loài cây:Việc lựa chọn các loài cây phù hợp là rất quan trọng để hệ thống aquaponics hoạt động thành công. Rau ăn lá là một lựa chọn phổ biến vì chúng có chu kỳ sinh trưởng ngắn và có thể nhanh chóng hấp thụ các chất dinh dưỡng bị phân hủy từ phân cá. Chẳng hạn như rau diếp, cải thìa và rau muống có thể phát triển mạnh trong môi trường aquaponics. Ngoài rau ăn lá, một số loại cây thảo mộc, chẳng hạn như bạc hà và húng quế, cũng có thể được trồng trong hệ thống. Những cây này không chỉ có giá trị ăn được mà còn có thể đóng một vai trò sinh thái như xua đuổi côn trùng.

1. Hệ thống đường ống:Đường ống là bộ phận quan trọng kết nối đơn vị nuôi trồng thủy sản và đơn vị trồng trọt. Chúng vận chuyển nước từ ao cá đến đơn vị trồng trọt và sau đó trả lại nước đã được cây trồng lọc sạch cho ao cá. Vật liệu của đường ống thường là ống PVC hoặc ống PPR chống ăn mòn để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài. Đường kính và chiều dài của đường ống nên được thiết kế theo tốc độ dòng chảy và cột áp của hệ thống. Ví dụ, đối với một hệ thống aquaponics gia đình nhỏ, đường kính đường ống chính 2 - 3 cm có thể là đủ; trong khi đối với một hệ thống thương mại lớn, đường kính đường ống chính có thể cần đạt 10 - 15 cm.

2. Máy bơm nước:Máy bơm nước là nguồn cung cấp năng lượng của hệ thống tuần hoàn. Chức năng chính của nó là bơm nước từ ao cá ở mức thấp lên đơn vị trồng trọt ở mức cao. Việc lựa chọn máy bơm nước cần xem xét hai thông số chính: tốc độ dòng chảy và cột áp. Tốc độ dòng chảy đề cập đến lượng nước được bơm bởi máy bơm nước trên một đơn vị thời gian và cột áp đề cập đến chiều cao mà máy bơm nước có thể nâng nước. Ví dụ, trong một hệ thống aquaponics cỡ trung bình, nếu chênh lệch chiều cao giữa ao cá và đơn vị trồng trọt là 1,5 mét và cần tuần hoàn 500 lít nước mỗi giờ, thì cần một máy bơm nước có tốc độ dòng chảy 500 L/h và cột áp ít nhất là 1,5 mét.

3. Thành phần lọc và làm sạch (Tuần hoàn phụ trợ):Trong quá trình tuần hoàn, để làm sạch hơn nữa chất lượng nước, một số thành phần lọc và làm sạch cũng cần được thiết lập trong hệ thống đường ống. Các thành phần này có thể bao gồm bộ lọc than hoạt tính để hấp thụ các tạp chất hữu cơ và mùi trong nước, và bộ khử trùng tia cực tím để tiêu diệt các vi sinh vật có hại như vi khuẩn, vi rút và tảo trong nước thông qua chiếu xạ tia cực tím, đảm bảo chất lượng của nước tuần hoàn và cung cấp một môi trường sống lành mạnh cho cá và cây trồng.

Hệ thống aquaponics là một hệ thống canh tác tổng hợp sáng tạo, kết hợp hữu cơ hai phương pháp sản xuất nông nghiệp ban đầu độc lập, nuôi trồng thủy sản và canh tác không đất. Nó có nhiều ưu điểm sau:

1. Tái chế tài nguyên
Trong hệ thống aquaponics, phân cá cung cấp các chất dinh dưỡng phong phú cho rau. Những chất thải này chứa các chất dinh dưỡng chính như nitơ, phốt pho và kali cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Ví dụ, amoniac do cá thải ra trong nước được chuyển đổi thành nitrat thông qua hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa trong nước, và nitrat là một nguồn phân bón nitơ tuyệt vời cho sự phát triển của rau. Rau hấp thụ các chất dinh dưỡng này để phát triển, do đó làm sạch chất lượng nước. Nước đã lọc sau đó có thể được tái chế trở lại ao cá để cá sống sót, tạo thành một chu trình sinh thái hoàn chỉnh.
Mô hình tái chế này làm giảm đáng kể sự phụ thuộc vào phân bón bên ngoài và tài nguyên nước. So với việc trồng rau và nuôi trồng thủy sản truyền thống, nó làm giảm nguy cơ phú dưỡng của các vùng nước do mất phân bón và lãng phí tài nguyên nước.

2. Giảm sử dụng hóa chất
Vì rau có thể phát triển tự nhiên với các chất dinh dưỡng trong phân cá, nói chung, không cần sử dụng một lượng lớn phân bón hóa học. Đồng thời, cá phát triển trong một môi trường sinh thái tương đối ổn định, điều này cũng làm giảm sự cần thiết phải sử dụng thuốc để phòng và điều trị bệnh. Ví dụ, trong một môi trường aquaponics tốt, vi sinh vật có lợi trong nước có thể giúp duy trì sức khỏe của cá và ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại. Điều này cho phép toàn bộ hệ thống hoạt động bình thường với ít sự can thiệp hóa học hơn và tạo ra các sản phẩm nông nghiệp xanh và khỏe mạnh hơn.

3. Tăng cường đa dạng sinh thái
Hệ thống aquaponics có thể cung cấp môi trường sống cho nhiều loại sinh vật. Ngoài cá và rau, các quần thể vi sinh vật trong nước (chẳng hạn như vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn khử nitrat, v.v.) cũng đóng một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái. Những vi sinh vật này hình thành các mối quan hệ sinh thái phức tạp trong quá trình phân hủy phân cá và làm sạch chất lượng nước.
Côn trùng, động vật lưỡng cư, v.v. cũng có thể bị thu hút xung quanh hệ thống, làm tăng đa dạng sinh học và giúp xây dựng một môi trường sinh thái nhỏ ổn định và khỏe mạnh hơn.

1. Tăng sản lượng trên một đơn vị diện tích
Hệ thống aquaponics cho phép sản xuất đồng thời hai sản phẩm, cá và rau, trong cùng một không gian. Ví dụ, trong một thiết bị aquaponics trong nhà nhỏ, rau trồng theo chiều dọc có thể tận dụng tối đa không gian, trong khi cá trong ao cá cũng phát triển bình thường ở khu vực nước đáy. Phương pháp sản xuất ba chiều này có thể thu được sản lượng trên một đơn vị diện tích cao hơn so với việc nuôi trồng thủy sản hoặc trồng rau riêng lẻ, do đó cải thiện hiệu quả sử dụng đất.

2. Giảm chi phí sản xuất
Do giảm việc sử dụng phân bón và một số loại thuốc, cũng như tái chế tài nguyên nước, hệ thống aquaponics có thể giảm chi phí sản xuất trong quá trình vận hành lâu dài. Ví dụ, trong một số trang trại aquaponics quy mô lớn, thông qua thiết kế hệ thống hợp lý, việc tái chế và làm sạch nước có thể tiết kiệm một lượng lớn chi phí nước và giảm chi phí mua phân bón hóa học, làm cho sản phẩm có tính cạnh tranh về giá hơn trên thị trường.

3. Bán sản phẩm đa dạng
Hệ thống này có thể sản xuất cả cá và rau cùng một lúc, cung cấp cho người sản xuất các lựa chọn sản phẩm đa dạng để bán. Cho dù đó là cá tươi, chẳng hạn như cá chẽm, cá rô phi, v.v., hay rau hữu cơ, chẳng hạn như rau diếp, rau bina, v.v., chúng có thể đáp ứng nhu cầu của những người tiêu dùng khác nhau, mở rộng kênh bán hàng và tăng nguồn thu nhập.

1. Sản xuất thực phẩm lành mạnh
Các loại rau được sản xuất trong hệ thống aquaponics phát triển trong nước tái chế giàu chất dinh dưỡng và không bị ô nhiễm bởi phân bón hóa học và thuốc trừ sâu trong nông nghiệp truyền thống. Hơn nữa, cá phát triển trong một môi trường nước sạch và thịt của chúng ngon và khỏe mạnh hơn. Ví dụ, rau diếp do hệ thống aquaponics sản xuất có lá non, hương vị ngon và giàu chất dinh dưỡng, và cá cũng không có dư lượng thuốc, là những loại thực phẩm an toàn và yên tâm.

2. Đạt được sản xuất hữu cơ
Miễn là hệ thống aquaponics được quản lý theo các tiêu chuẩn sản xuất hữu cơ, thì việc có được chứng nhận hữu cơ là rất dễ dàng. Bởi vì quy trình sản xuất của nó tuân thủ các nguyên tắc cơ bản của nông nghiệp hữu cơ, đó là, không sử dụng phân bón tổng hợp hóa học, thuốc trừ sâu hoặc công nghệ biến đổi gen, cung cấp cho người tiêu dùng các lựa chọn thực phẩm hữu cơ chính hãng.