Source material

Sura ya 1 Aquaponics na Changamoto Global Chakula

1. 1.1 Utangulizi

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Uzalishaji wa chakula unategemea upatikanaji wa rasilimali, kama vile ardhi, maji safi, nishati ya kisukuku na virutubisho (Conijn et al. 2018), na matumizi ya sasa au uharibifu wa rasilimali hizi huzidi kiwango cha kuzaliwa upya duniani (Van Vuuren et al. 2010). Dhana ya mipaka ya sayari (Kielelezo 1.1) inalenga kufafanua mipaka ya mazingira ambayo ubinadamu unaweza kufanya kazi kwa usalama kuhusiana na rasilimali chache (Rockström et al. 2009). Mipaka ya mtiririko wa biochemical ambayo inapunguza usambazaji wa chakula ni kali zaidi kuliko mabadiliko ya hali ya hewa (Steffen et al. 2015). Mbali na kuchakata virutubisho, mabadiliko ya malazi na kuzuia taka ni integrally muhimu kubadilisha uzalishaji wa sasa (Conijn et al. 2018; Kahiluoto et al. 2014). Kwa hiyo, changamoto kubwa ya kimataifa ni kuhamisha mfano wa uchumi wa ukuaji kuelekea mtazamo wa kiuchumi wa usawa ambao unachukua nafasi ya ukuaji usio na maendeleo endelevu (Manelli 2016). Ili kudumisha dhana ya uwiano, mifumo ya ubunifu na zaidi ya mazingira inahitajika, kama vile biashara kati ya mahitaji ya haraka ya binadamu inaweza kuwa na usawa wakati kudumisha uwezo wa biosphere kutoa bidhaa na huduma zinazohitajika (Ehrlich na Harte 2015).

   Mchoro haupatikani katika nakala hii iliyohamishwa; tazama toleo la chanzo asili.

   Kielelezo. 1.1 Hali ya sasa ya vigezo vya kudhibiti kwa saba ya mipaka ya sayari kama ilivyoelezwa na Steffen et al. (2015). Eneo la kijani ni nafasi salama ya uendeshaji, njano inawakilisha eneo la kutokuwa na uhakika (kuongeza hatari), nyekundu ni eneo la hatari, na mipaka ya ukanda wa kijivu ni wale ambao bado hawajahesabiwa. Vigezo vilivyoainishwa katika bluu (yaani mabadiliko ya mfumo wa ardhi, matumizi ya maji safi na mtiririko wa biochemical) vinaonyesha mipaka ya sayari ambayo aquaponics inaweza kuwa na athari nzuri juu ya

   Katika muktadha huu, aquaponics imetambuliwa kama mbinu ya kilimo ambayo, kwa njia ya kuchakata virutubisho na taka, inaweza kusaidia katika kushughulikia mipaka yote ya sayari (Kielelezo 1.1) na malengo ya maendeleo endelevu, hasa kwa mikoa yenye ukame au maeneo yenye udongo usio na maji (Goddek na Körner 2019; Appelbaum na Kotzen 2016; Kotzen na Appelbaum 2010). Aquaponics pia inapendekezwa kama suluhisho la kutumia ardhi ya chini katika maeneo ya miji kwa ajili ya uzalishaji wa chakula karibu na masoko. Kwa wakati mmoja kwa kiasi kikubwa teknolojia ya mashamba (Bernstein 2011), aquaponics sasa inakua kwa kasi katika uzalishaji wa viwanda wadogo kama maboresho ya kiufundi katika kubuni na mazoezi inaruhusu kwa kiasi kikubwa kuongezeka uwezo wa pato na ufanisi wa uzalishaji. Eneo moja la mageuzi ni katika uwanja wa pamoja dhidi ya mifumo ya aquaponics iliyokatwa. Miundo ya jadi kwa mifumo ya aquaponics moja ya kitanzi inajumuisha vitengo vyote vya maji na hydroponics kati ya maji ambayo yanaendelea tena. Katika mifumo hiyo ya jadi, ni muhimu kufanya maelewano kwa masharti ya mifumo yote kwa suala la viwango vya pH, joto na virutubisho (Goddek et al. 2015; Kloas et al. 2015) (angalia Chap. 7). Mfumo wa aquaponics uliokatwa, hata hivyo, unaweza kupunguza haja ya biashara kwa kutenganisha vipengele, hivyo kuruhusu hali katika kila mfumo kuwa optimized. Matumizi ya sludge digesters ni njia nyingine muhimu ya kuongeza ufanisi kupitia matumizi ya taka imara (Emerenciano et al. 2017; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2015). Ingawa wengi wa vituo vikubwa duniani kote bado ni katika mikoa kame (yaani Peninsula ya Arabia, Australia na Afrika kusini mwa Sahara), teknolojia hii pia inachukuliwa mahali pengine kama maendeleo ya kubuni yamezidi kufanya aquaponics si tu biashara ya kuokoa maji lakini pia nishati bora na virutubisho kuchakata mfumo.

2. 1.2 Ugavi na Mahitaji

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Agenda ya 2030 ya Maendeleo Endelevu inasisitiza haja ya kukabiliana na changamoto za kimataifa, kuanzia mabadiliko ya hali ya hewa hadi umasikini, na uzalishaji wa chakula endelevu una kipaumbele cha juu (Brandi 2017; UN 2017). Kama inavyoonekana katika lengo la Maendeleo Endelevu la Umoja wa Mataifa la 2 (UN 2017), mojawapo ya changamoto kubwa zinazokabili dunia ni jinsi ya kuhakikisha kuwa idadi ya watu wanaoongezeka duniani, inakadiriwa kuongezeka hadi karibu bilioni 10 kufikia 2050, wataweza kukidhi mahitaji yake ya lishe. Ili kulisha watu bilioni mbili zaidi kufikia mwaka wa 2050, uzalishaji wa chakula utahitaji kuongezeka kwa asilimia 50 duniani (FAO 2017). Wakati chakula zaidi kitahitaji kuzalishwa, kuna nguvu kubwa ya kazi za vijiwani kwa sababu ya kuongezeka kwa miji (dos Santos 2016). Idadi ya wakazi wa vijiumbe duniani imepungua kutoka 66.4% hadi 46.1% katika kipindi cha 1960 hadi 2015 (FAO 2017). Wakati, mwaka 2017, wakazi wa miji waliwakilisha zaidi ya 54% ya jumla ya idadi ya watu duniani, karibu ukuaji wote wa baadaye wa idadi ya watu duniani utafanyika katika maeneo ya miji, kama kwamba kufikia 2050, 66% ya idadi ya watu duniani wataishi katika miji (UN 2014). Hii kuongezeka kwa miji ya miji inaongozana na mtandao wa kuongezeka kwa mifumo ya miundombinu wakati huo huo, ikiwa ni pamoja na mitandao ya usafiri.

   Ili kuhakikisha usalama wa chakula duniani, jumla ya uzalishaji wa chakula utahitaji kuongezeka kwa zaidi ya 70% katika miongo ijayo ili kufikia Malengo ya Maendeleo ya Milenia (FAO 2009), ambayo ni pamoja na 'kukomesha umaskini uliokithiri na njaa' na pia 'kuhakikisha ustawi wa mazingira'. Wakati huo huo, uzalishaji wa chakula utakabiliwa na changamoto nyingine, kama vile mabadiliko ya hali ya hewa, uchafuzi wa mazingira, kupoteza viumbe hai, kupoteza pollinators na uharibifu wa ardhi ya kilimo. Hali hizi zinahitaji kupitishwa kwa maendeleo ya haraka ya kiteknolojia, mbinu bora zaidi na endelevu za uzalishaji na pia minyororo ya usambazaji wa chakula bora zaidi na endelevu, kutokana na kwamba takriban watu bilioni tayari wamehifadhiwa kwa muda mrefu, wakati mifumo ya kilimo inaendelea kuharibu ardhi, maji na viumbe hai kwa kiwango cha kimataifa (Foley et al. 2011; Godfray et al. 2010).

   Tafiti za hivi karibuni zinaonyesha kuwa mwenendo wa sasa katika maboresho ya mavuno ya kilimo hautatosha kukidhi mahitaji ya chakula ya kimataifa ifikapo mwaka 2050, na hizi zinaonyesha zaidi kwamba upanuzi wa maeneo ya kilimo utakuwa muhimu (Bajželj et al. 2014). Hata hivyo, uharibifu mkubwa wa ardhi kwa kushirikiana na matatizo mengine ya mazingira unaonekana kufanya jambo hili haliwezekani. Ardhi ya kilimo kwa sasa inashughulikia zaidi ya theluthi moja ya eneo la ardhi duniani, lakini chini ya theluthi moja ni ya kilimo (takriban 10%) (Benki ya Dunia 2018). Katika miongo mitatu iliyopita, upatikanaji wa ardhi ya kilimo umepungua polepole, kama inavyothibitishwa na kupungua kwa zaidi ya 50% kutoka 1970 hadi 2013. Madhara ya upotevu wa ardhi ya kilimo hayawezi kurekebishwa kwa kugeuza maeneo asilia kuwa mashamba kwani hii mara nyingi husababisha mmomonyoko wa ardhi pamoja na kupoteza makazi. Ploughing husababisha upotevu wa udongo wa juu kupitia mmomonyoko wa upepo na maji, na kusababisha kupungua kwa rutuba ya udongo, kuongezeka kwa matumizi ya mbolea na kisha hatimaye kuharibika kwa ardhi. Hasara za udongo kutoka ardhini zinaweza kuishia katika mabwawa, mabwawa, maziwa na mito, na kusababisha uharibifu kwa makazi haya.

   Kwa kifupi, idadi ya watu duniani inakua kwa kasi, miji na kuwa tajiri. Kwa hiyo, mifumo ya malazi pia inabadilika, na hivyo kuunda mahitaji makubwa ya gesi ya chafu (GHG) vyakula vikali, kama vile nyama na bidhaa za maziwa, na mahitaji makubwa ya ardhi na rasilimali (Garnett 2011). Lakini wakati matumizi ya kimataifa yanaongezeka, rasilimali zilizopo duniani, k.m. ardhi, maji na madini, zinabaki finite (Garnett 2011). Wakati wa kuangalia uchambuzi kamili wa mzunguko wa maisha ya bidhaa mbalimbali za chakula, hata hivyo, Weber na Matthews (2008) na Engelhaupt (2008) zinaonyesha kuwa mabadiliko ya chakula yanaweza kuwa njia bora zaidi ya kupunguza nyayo za hali ya hewa inayohusiana na chakula kuliko 'kununua ndani'. Kwa hiyo, badala ya kuangalia kupunguza minyororo ya ugavi, imesemekana kuwa mabadiliko ya chakula mbali na nyama na bidhaa za maziwa kuelekea kilimo cha lishe inaweza kuwa na ufanisi zaidi katika kupunguza nishati na nyayo (Engelhaupt 2008; Garnett 2011).

   Ugumu wa kukosekana kwa usawa wa mahitaji unajumuishwa na kuzorota kwa mazingira ya mazingira, ambayo hufanya uzalishaji wa chakula uzidi kuwa mgumu na/au haitabiriki katika mikoa mingi duniani. Mazoea ya kilimo hayawezi kudhoofisha mipaka ya sayari (Kielelezo 1.1) lakini pia huongeza kuendelea na uenezi wa magonjwa ya zoonotic na hatari nyingine za afya (Garnett 2011). Sababu hizi zote husababisha mfumo wa chakula duniani unapoteza ustahimilivu wake na kuwa imara zaidi (Suweis et al. 2015).

   Tarehe ya mwisho ya 2015 ya Malengo ya Maendeleo ya Milenia ya WHO (MDGs) ili kukomesha njaa na umasikini, kuboresha afya na kuhakikisha uendelevu wa mazingira umepita sasa, na imekuwa wazi kuwa kutoa chakula cha lishe kwa watu wasio na lishe na pia kwa watu wenye uwezo sio kazi rahisi. Kwa muhtasari, mabadiliko ya hali ya hewa, kupoteza ardhi na kupungua kwa ubora wa ardhi, minyororo ya chakula inayozidi kuwa ngumu, ukuaji wa miji, uchafuzi wa mazingira na hali nyingine mbaya za mazingira zinaagiza kuwa kuna haja ya haraka ya kupata njia mpya za kukua chakula bora kiuchumi lakini pia kupata uzalishaji wa chakula vifaa vya karibu na watumiaji. Kutoa juu ya MDGs itahitaji mabadiliko katika mazoezi, kama vile kupunguza taka, kaboni na nyayo za mazingira, na aquaponics ni mojawapo ya ufumbuzi ambao una uwezo wa kutoa malengo haya.

3. 1.3 Changamoto za Sayansi na Teknolojia katika Aquap

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Wakati aquaponics inavyoonekana kuwa mojawapo ya teknolojia muhimu za uzalishaji wa chakula ambazo 'zinaweza kubadilisha maisha yetu' (van Woensel et al. 2015), kwa upande wa uzalishaji endelevu na ufanisi wa chakula, aquaponics zinaweza kurekebishwa na kuwa na ufanisi zaidi. Moja ya matatizo muhimu katika mifumo ya kawaida ya aquaponics ni kwamba virutubisho katika majivu yanayotokana na samaki ni tofauti na ufumbuzi bora wa virutubisho kwa mimea. Mifumo ya aquaponics iliyokatwa (DAPS), ambayo hutumia maji kutoka kwa samaki lakini hairudi maji kwa samaki baada ya mimea, inaweza kuboresha juu ya miundo ya jadi kwa kuanzisha vipengele vya mineralization na sludge bioreactors zenye microbes zinazobadilisha jambo la kikaboni kuwa aina bioavailable ya madini muhimu, hasa fosforasi, magnesiamu, chuma, manganese na sulphur ambazo hazipatikani katika maji ya kawaida ya samaki. Kinyume na vipengele vya mineralization katika mifumo moja ya kitanzi, majivu ya bioreactor katika DAPS hulishwa tu kwa sehemu ya mmea badala ya kupunguzwa katika mfumo mzima. Hivyo, mifumo iliyopigwa ambayo hutumia digesters ya sludge hufanya iwezekanavyo kuongeza kuchakata taka za kikaboni kutoka kwa samaki kama virutubisho kwa ukuaji wa mimea (Goddek 2017; Goddek et al. 2018). Taka katika mifumo hiyo hasa hujumuisha sludge ya samaki (yaani nyasi na malisho yasiyotiwa ambayo hayupo suluhisho) na hivyo haiwezi kutolewa moja kwa moja kwenye mfumo wa hydroponiki. Bioreactors (tazama Chap. 10) ni sehemu muhimu ambayo inaweza kugeuka sludge vinginevyo isiyoweza kutumika katika mbolea za hydroponic au kutumia tena taka kama vile inatumia tena taka za kikaboni kama vile shina na mizizi kutoka kwenye mmea uzalishaji sehemu katika biogas kwa ajili ya joto na umeme kizazi au miundo DAPS ambayo pia kutoa kujitegemea kudhibitiwa baiskeli maji kwa kila kitengo, hivyo kuruhusu mgawanyo wa mifumo (RAS, hydroponic na digesters) kama inavyotakiwa kwa ajili ya udhibiti wa mtiririko madini. Maji hatua kati ya vipengele katika nishati na madini kuhifadhi kitanzi, ili mizigo virutubisho na mtiririko katika kila sehemu ya mfumo inaweza kufuatiliwa na umewekwa kwa mechi bora mahitaji chini ya mto. Kwa mfano, fosforasi (P) ni rasilimali muhimu lakini yenye uchovu ambayo inachimbwa kwa ajili ya mbolea, lakini vifaa vya dunia sasa vimefutwa kwa kiwango cha kutisha. Kutumia digesters katika mifumo ya aquaponics iliyopigwa inaruhusu microbes kubadili fosforasi katika taka ya samaki katika orthophosphates ambayo inaweza kutumika na mimea, na viwango vya juu vya kupona (Goddek et al. 2016, 2018).

   Ingawa mifumo ya decoupled ni nzuri sana katika kurejesha virutubisho, na hasara nearzero virutubisho, ukubwa wa uzalishaji katika kila moja ya vitengo ni muhimu kutokana na kwamba virutubisho mtiririko kutoka sehemu moja ya mfumo unahitaji kuendana na uwezo wa uzalishaji chini ya mto wa vipengele vingine. Modeling programu na Usimamizi Control na Data Acquision (SCADAS) mifumo ya upatikanaji data hiyo kuwa muhimu kuchambua na kuripoti mtiririko, vipimo, mizani ya molekuli na tolerances ya kila kitengo, na kufanya hivyo inawezekana kutabiri vigezo kimwili na kiuchumi (kwa mfano mizigo virutubisho, mojawapo ya samaki- kupanda pairings, viwango vya mtiririko na gharama za kudumisha vigezo maalum vya mazingira). Katika Chap. 11, tutaangalia kwa undani zaidi katika nadharia ya mifumo kama kutumika kwa mifumo ya aquaponics na kuonyesha jinsi modeling inaweza kutatua baadhi ya masuala ya wadogo, wakati ufumbuzi ubunifu wa teknolojia unaweza kuongeza ufanisi na hivyo faida ya mifumo hiyo. Kuongeza ni muhimu si tu kutabiri uwezekano wa kiuchumi lakini pia kutabiri matokeo ya uzalishaji kulingana na uwiano inapatikana madini.

   Suala jingine muhimu, ambalo linahitaji maendeleo zaidi, ni matumizi na matumizi ya nishati. Mifumo ya Aquaponics ni nishati na miundombinu kubwa. Kulingana na mionzi ya jua iliyopokelewa, matumizi ya PV ya jua, vyanzo vya joto vya jua na (jua) desalination bado inaweza kuwa kiuchumi lakini yote yanaweza kuunganishwa katika mifumo ya aquaponics. Katika Chap. 1, tunawasilisha taarifa kuhusu uwezekano wa ubunifu wa kiufundi na uendeshaji ambao una uwezo wa kuondokana na mapungufu ya asili ya mifumo hiyo, ikiwa ni pamoja na fursa mpya za kusisimua za kutekeleza mifumo ya aquaponics katika maeneo yenye ukame.

   Katika [Chap. 2, sisi pia kujadili kwa undani zaidi changamoto mbalimbali ya mazingira ambayo aquaponics inaweza kusaidia kushughulikia. Udhibiti wa pathogen, kwa mfano, ni muhimu sana, na zilizomo mifumo ya RAS ina idadi ya faida ya mazingira kwa ajili ya uzalishaji wa samaki, na moja ya faida ya mifumo ya aquaponics decoupled ni uwezo wa kusambaza maji kati ya vipengele na kutumia udhibiti wa kujitegemea ambayo ni rahisi kuchunguza, kujitenga na kuondosha vitengo vya mtu binafsi wakati kuna vitisho vya pathogen. Probiotics ambayo ni ya manufaa katika utamaduni wa samaki pia huonekana manufaa kwa uzalishaji wa mimea na inaweza kuongeza ufanisi wa uzalishaji wakati unasambazwa ndani ya mfumo uliofungwa (Sirakov et al. 2016). Changamoto hizo zinachunguzwa zaidi katika Chap. 5, ambapo tunazungumzia kwa undani zaidi jinsi uvumbuzi katika aquaponics unaweza kusababisha (a) ufanisi wa matumizi ya nafasi (gharama ndogo na vifaa, kuongeza matumizi ya ardhi); (b) kupunguza rasilimali za pembejeo, k.m. fishmeal, na kupunguza matokeo mabaya, k.m. kutokwa taka; na (c) kupunguza matumizi ya antibiotics na madawa ya kuulia wadudu katika mifumo binafsi zilizomo.

   Bado kuna maeneo kadhaa ya mada ya aquaponic ambayo yanahitaji utafiti zaidi ili kutumia uwezo kamili wa mifumo hii. Kutokana na mtazamo wa kisayansi, mada kama vile baiskeli ya nitrojeni (Chap. 9, aerobic na anaerobic remineralization (Chap. 10), optimized aquaponic samaki mlo (Chap. 13) na mimea vimelea na mikakati ya kudhibiti (Chap. 14) wote ni vipaumbele vya juu.

   Kwa muhtasari, changamoto zifuatazo za kisayansi na kiteknolojia zinahitaji kushughulikiwa:

   1. Nutrients: Kama sisi kujadiliwa, mifumo ya kutumia sludge digesters kufanya hivyo inawezekana kuongeza kuchakata taka hai kutoka samaki katika virutubisho kwa ajili ya ukuaji wa mimea, miundo kama hiyo kuruhusu kwa reclamation optimized na kusindika ya virutubisho kujenga karibu-sifuri madini hasara kutoka mfumo.

   2. Water: Matumizi ya maji yaliyotokana na virutubisho kutoka kwenye greenhouses pia yanaweza kuboreshwa kwa kutumia tena katika sehemu ya samaki kutumia condensers.

   3. Energy: Miundo inayoendeshwa na jua pia inaboresha akiba ya nishati, hasa ikiwa maji yaliyotangulia kutoka kwenye hita za jua katika greenhouses yanaweza kusambazwa tena kwenye mizinga ya samaki kwa kutumia tena.

   Uwezo wa kusaga maji, virutubisho na nishati hufanya aquaponics kuwa suluhisho la kipekee kwa masuala kadhaa ya mazingira yanayowakabili kilimo cha kawaida. Hii inajadiliwa katika Chap. 2.

4. 1.4 Changamoto za kiuchumi na kijamii

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kutokana na mtazamo wa kiuchumi, kuna idadi ya mapungufu ya asili katika mifumo ya aquaponics ambayo hufanya miundo maalum ya kibiashara zaidi au chini ya faida (Goddek et al. 2015; Vermeulen na Kamstra 2013). Moja ya masuala muhimu ni kwamba kusimama pekee, kujitegemea hydroponics na mifumo ya ufugaji wa maji ni uzalishaji zaidi kuliko mifumo ya jadi moja ya kitanzi aquaponics (Graber na Junge 2009), kwa sababu hawahitaji biashara awamu ya pili kati ya samaki na vipengele kupanda. Jadi, classic single-kitanzi aquaponics inahitaji maelewano kati ya samaki na vipengele kupanda wakati wa kujaribu kuongeza ubora wa maji na viwango virutubisho kwamba asili tofauti kwa sehemu mbili (kwa mfano taka pH kati na mahitaji ya virutubisho na viwango). Katika mifumo ya jadi aquaponics, akiba katika mahitaji ya mbolea kwa mimea si kwa ajili ya mapungufu ya mavuno unasababishwa na hali suboptimum katika mifumo ndogo husika (Delaide et al. 2016).

   Kuboresha hali ya ukuaji kwa mimea yote (Delaide et al. 2016; Goddek na Vermeulen 2018) na samaki ni changamoto kubwa kwa faida, na matokeo ya sasa zinaonyesha kwamba hii inaweza kuwa bora kupatikana katika mbalimbali kitanzi decoupled mifumo aquaponics kwa sababu wao ni msingi wa kujitegemea recirculating loops kwamba kuhusisha (1) samaki, (2) mimea na (3) bioreactors (anaerobic au aerobic) kwa sludge digestion na unidirectional maji (virutubisho) kati yake, ambayo inaweza kuboresha jumla na micro-virutubisho ahueni na bioavailability, pamoja na matumizi ya maji (Goddek na Keesman 2018). Tafiti za sasa zinaonyesha kwamba aina hii ya mfumo inaruhusu kwa ajili ya matengenezo ya watu maalum microorganism ndani ya kila compartment kwa ajili ya usimamizi bora wa magonjwa, na wao ni zaidi kiuchumi ufanisi katika kiasi kama mifumo si tu kupunguza taka outflow lakini pia kutumia tena vinginevyo unusable sludge, kuwabadili kwa matokeo ya thamani (kwa mfano biogas na mbolea).

   

   mtini. 1.2 mfumo aquaponics kuonekana kama nyeusi sanduku mpango. Hatuwezi kupata kuona ndani ya sanduku, lakini tunajua pembejeo, matokeo (yaani samaki na mimea) na taka

   Mifumo ya kujitegemea, RAS na vitengo vya hydroponiki pia huwa na changamoto nyingi za uendeshaji ambazo zinajadiliwa kwa undani katika Chaps. 3 na 4. Kwa kuongezeka, maendeleo ya kiteknolojia yameruhusu uwiano wa juu wa uzalishaji (Mchoro 1.2), ambayo inaweza kuelezwa kama sehemu ya matokeo ya mfumo (yaani samaki na mimea) juu ya pembejeo ya mfumo (yaani samaki kulisha na/au mbolea ya ziada, pembejeo ya nishati kwa taa, inapokanzwa na kusukumia CO~2 ~ sub2/sub dosing na biocontrols).

   Wakati wa kuzingatia changamoto nyingi ambazo aquaponics hukutana, matatizo ya uzalishaji yanaweza kupunguzwa kwa kiasi kikubwa katika mandhari tatu maalum: (1) uzalishaji wa mfumo, (2) minyororo ya thamani yenye ufanisi na (3) usimamizi wa usambazaji wa ufanisi.

   System Productivity Uzalishaji wa kilimo ni kipimo kama uwiano wa matokeo ya kilimo na pembejeo za kilimo. Mifumo ya jadi ndogo ya aquaponics ilitengenezwa hasa kushughulikia masuala ya mazingira kama vile kutokwa maji, pembejeo za maji na kuchakata virutubisho, lakini lengo katika miaka ya hivi karibuni imezidi kubadilishwa kuelekea uwezekano wa kiuchumi ili kuongeza tija kwa kilimo kikubwa maombi. Hata hivyo, hii itahitaji uzalishaji wa mifumo ya aquaponics ili kuweza kushindana kiuchumi na kujitegemea, hali ya sanaa hydroponics na mifumo ya maji ya maji. Ikiwa dhana ya aquaponics inapaswa kutumika kwa ufanisi kwa kiwango kikubwa, matumizi ya virutubisho na nishati yanapaswa kuwa bora, lakini masoko ya mwisho yanapaswa kuzingatiwa pia.

   Mfululizo wa Thamani ya Ufanisi Minyororo ya thamani (thamani iliyoongezwa) ya mazao ya kilimo hasa hutokea kutokana na usindikaji wa mazao kama vile mboga zilizovunwa, matunda na samaki. Kwa mfano, bei ya kuuza kwa pesto (yaani nyekundu na kijani) inaweza kuwa zaidi ya mara kumi zaidi kuliko ile ya nyanya, basil, mafuta na karanga za pine. Aidha, bidhaa nyingi za chakula zilizopangwa zina maisha ya rafu ndefu, hivyo kupunguza uharibifu. Kwa dhahiri, mazao mapya ni muhimu kwa sababu maadili ya lishe ni ya juu zaidi kuliko yale yaliyo katika vyakula vilivyotengenezwa. Hata hivyo, kuzalisha mazao safi na ya juu ni changamoto halisi na kwa hiyo anasa katika mikoa mingi ya dunia. Hasara ya virutubisho wakati wa uhifadhi wa matunda na mboga ni kubwa kama si makopo au waliohifadhiwa haraka (Barrett 2007; Rickman et al. 2007). Kwa hiyo, kwa mifumo mikubwa, usindikaji wa chakula unapaswa kuchukuliwa angalau kusawazisha mabadiliko yoyote kati ya ugavi na mahitaji na kupunguza taka ya chakula. Kwa heshima na kupunguza taka za chakula, mboga ambazo hazifikii viwango vya mazao safi, lakini bado ni za ubora wa soko, zinapaswa kusindika ili kupunguza hasara za postharvest.

   Ingawa vigezo vile vinahusu bidhaa zote za kilimo na uvuvi, kuongeza thamani kunaweza kuongeza faida ya shamba la aquaponics, hasa ikiwa bidhaa zinaweza kufikia masoko ya niche.

   **Ufanisi wa Usimamizi wa Ugavi Chain Ufanisi Katika nchi zilizo na mitandao ya usafirishaji na majokofu, matunda na mboga zinaweza kuagizwa kutoka duniani kote ili kukidhi mahitaji ya watumiaji wa mazao mapya. Lakini kama ilivyoelezwa hapo awali, mazao ya ubora na safi ni bidhaa chache katika sehemu nyingi za dunia, na harakati za masafa marefu za bidhaa - yaani usimamizi wa mnyororo wa usambazaji - ili kukidhi mahitaji ya watumiaji wa mwisho mara nyingi hukosolewa na kwa hakika hivyo. Wakazi wengi wa miji kote duniani wanategemea usafirishaji wa vyakula kwa umbali mrefu ili kukidhi mahitaji ya kila siku (Grewal and Grewal 2012). Mojawapo ya ukosoaji mkubwa ni hivyo kutegemea fueli za kisukuku zinazohitajika kusafirisha bidhaa kwa umbali mkubwa (Barrett 2007). Suala la maili ya chakula linaelekeza kuzingatia umbali ambao chakula husafirishwa kutoka wakati wa uzalishaji ili kununua na mtumiaji wa mwisho (Mundler na Criner 2016). Hata hivyo, kwa upande wa uzalishaji wa COSub2/ndogo kwa tani/km (tkm), maili moja ya chakula kwa usafiri wa reli (13.9 g cosub2/sub/Tkm) si sawa na maili moja ya chakula ya usafiri wa gari/barabara, kama usafiri wa lori una zaidi ya mara 15 zaidi ya athari za mazingira (McKinnon 2007). Kwa hiyo, umbali wa usafiri sio lazima kuzingatia tu, kama nyayo ya mazingira ya mboga iliyopandwa kwenye mashamba katika maeneo ya vijiumbe ni uwezekano wa chini ya pembejeo zinazohitajika kukua chakula katika greenhouses karibu na vituo vya miji.

   Chakula maili ni hivyo tu sehemu ya picha. Chakula husafirishwa umbali mrefu, lakini uzalishaji wa gesi ya chafu unaohusishwa na uzalishaji wa chakula unaongozwa na awamu ya uzalishaji (yaani athari za nishati kwa joto, baridi na taa) (Engelhaupt 2008; Weber na Matthews 2008). Kwa mfano, Carlsson (1997) ilionyesha kuwa nyanya zilizoagizwa kutoka Hispania hadi Sweden wakati wa majira ya baridi zina kiwango cha chini sana cha kaboni kuliko wale waliokua ndani ya nchi nchini Sweden, kwa kuwa pembejeo za nishati kwa greenhouses nchini Sweden zinazidi sana kiwango cha carbon cha usafiri kutoka Hispania. Wakati wa kuandaa chakula, usafiri wa bidhaa sio sababu pekee ya kuzingatia, kama usafi wa bidhaa huamua thamani yao ya lishe, ladha na rufaa ya jumla kwa watumiaji. Kwa kukua chakula safi ndani ya nchi, wasomi wengi wanakubaliana kwamba kilimo cha miji kinaweza kusaidia kupata utoaji wa mazao ya ubora kwa wakazi wa miji ya siku zijazo wakati pia kupunguza maili ya chakula (Bon et al. 2010; dos Santos 2016; Hui 2011). Maeneo yote yatajadiliwa kwa undani zaidi katika Sect. 1.5.

   Kutokana na mtazamo wa walaji, aquaponics ya miji hiyo ina faida kwa sababu ya faida zake za mazingira kutokana na minyororo ya ugavi mfupi na tangu inakidhi mapendekezo ya watumiaji kwa chakula cha juu kilichozalishwa ndani ya nchi (Miličić et al. 2017). Hata hivyo, licha ya faida hizi, kuna idadi ya wasiwasi wa kijamii na kiuchumi: Suala kubwa linahusisha bei za mali za miji, kama ardhi ni ghali na mara nyingi huchukuliwa kuwa muhimu sana kwa uzalishaji wa chakula. Hivyo, ununuzi wa ardhi ya miji uwezekano mkubwa hufanya iwezekanavyo kufikia kurudi kwa uwekezaji. Hata hivyo, katika miji ya kushuka, ambapo wakazi wanapungua, nafasi isiyotumika inaweza kutumika kwa madhumuni ya kilimo (Bontje na Latten 2005; Schilling na Logan 2008) kama ilivyo katika Detroit nchini Marekani (Mogk et al. 2010).

   Zaidi ya hayo, kuna suala kubwa la udhibiti wa mipango miji, ambapo katika miji mingi ardhi ya miji si mteule kwa ajili ya uzalishaji wa chakula kilimo na aquaponics inaonekana kuwa sehemu ya kilimo. Hivyo, katika miji mingine ya kilimo cha maji haruhusiwi. Wakati umeiva kushirikiana na wapangaji wa miji ambao wanahitaji kuwa na uhakika wa faida za mashamba ya miji, ambayo yanazalisha sana na kuzalisha chakula safi, cha afya, cha ndani katikati ya maendeleo ya miji na miji.

5. 1.5 baadaye ya Aquaponics

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Teknolojia imewezesha uzalishaji wa kilimo kukua kwa kiasi kikubwa katika karne iliyopita, hivyo pia kusaidia ukuaji mkubwa wa idadi ya watu. Hata hivyo, mabadiliko haya pia yanaweza kudhoofisha uwezo wa mazingira ili kuendeleza uzalishaji wa chakula, kudumisha maji safi na rasilimali za misitu na kusaidia kudhibiti hali ya hewa na hewa (Foley et al. 2005).

   Moja ya changamoto kubwa zaidi katika uzalishaji wa chakula ubunifu, na hivyo katika aquaponics, ni kushughulikia masuala ya udhibiti kuzuia upanuzi wa teknolojia jumuishi. Mashirika mbalimbali tofauti yana mamlaka juu ya maji, afya ya wanyama, ulinzi wa mazingira na usalama wa chakula, na kanuni zao ni wakati mwingine zinazopingana au zinafaa kwa mifumo tata jumuishi (Joly et al. 2015). Kanuni na sheria kwa sasa ni moja ya maeneo ya utata zaidi kwa wazalishaji na ingekuwa-kuwa wajasiriamali. Wakulima na wawekezaji wanahitaji viwango na miongozo ya kupata vibali, mikopo na misamaha ya kodi, hata hivyo kuingiliana kwa majukumu kati ya mashirika ya udhibiti kunaonyesha haja ya haraka ya kuoanisha bora na ufafanuzi thabiti. Mifumo ya udhibiti mara nyingi huchanganyikiwa, na leseni za kilimo pamoja na vyeti vya watumiaji bado ni tatizo katika nchi nyingi. FAO (mwaka 2015), WHO (mwaka 2017) na EU (mwaka 2016) hivi karibuni ilianza kuunganisha masharti ya afya ya wanyama/ustawi na usalama wa chakula ndani ya mifumo ya aquaponics na biashara ya mauzo ya nje ya bidhaa za aquaponic. Kwa mfano, nchi kadhaa zinazohusika katika aquaponics zinashawishi maneno wazi ndani ya Codex Alimentarius, na lengo muhimu ndani ya EU, lililowekwa na EU iliyofadhiliwa na EU GHARAMA Action FA1305, 'EU Aquaponics Hub', kwa sasa linaelezea aquaponics kama chombo wazi na tofauti. Kwa sasa, kanuni zinafafanua uzalishaji kwa ajili ya maji ya maji na hydroponics, lakini hawana masharti ya kuunganisha mbili. Hali hii mara nyingi inajenga urasimu mkubwa kwa wazalishaji ambao wanatakiwa kutoa leseni shughuli mbili tofauti au ambao sheria ya kitaifa hairuhusu ushirikiano wa utamaduni (Joly et al. 2015). Hub ya Aquaponics ya EU, ambayo imeunga mkono chapisho hili (GHARA FA1305), inafafanua majini kama 'mfumo wa uzalishaji wa viumbe vya majini na mimea ambapo wengi (\ > 50%) wa virutubisho vinavyoendeleza ukuaji bora wa mimea hutokana na taka inayotokana na kulisha viumbe vya majini' (angalia Chap. 7).

   Mipango ya vyeti vya watumiaji pia hubakia eneo ngumu kwa wazalishaji wa aquaponics katika sehemu nyingi za dunia. Kwa mfano, nchini Marekani na Australia, bidhaa za aquaponic zinaweza kuthibitishwa kama kikaboni, lakini si ndani ya Umoja wa Ulaya.

   Kutokana na mtazamo wa kiuchumi, aquaponics ni nadharia inayoweza kuongeza thamani ya jumla ya ufugaji wa samaki au hydroponiki ya kawaida wakati pia kufunga mzunguko wa nishati ya maji ya chakula ndani ya uchumi wa mviringo. Ili kufanya mifumo ndogo ya aquaponics yenye uwezo wa kiuchumi, wakulima wa maji kwa ujumla wanapaswa kufanya kazi katika masoko ya niche ili kupata bei ya juu kwa bidhaa, hivyo vyeti hivyo inakuwa muhimu sana.

   Masuala makubwa zaidi ni kama aquaponics yanaweza kukubalika katika ngazi ya sera. Usalama wa chakula ni kipaumbele cha juu cha kupata msaada wa umma, na ingawa kuna hatari kubwa ya pathogen katika mifumo iliyofungwa, hivyo kuashiria haja ndogo ya antimicrobials na dawa za kuulia wadudu, kusimamia hatari - au zaidi ya hayo kusimamia mitizamo ya hatari hizo, hasa kama inaweza kuathiri usalama wa chakula - ni kipaumbele cha juu kwa mamlaka ya serikali na wawekezaji sawa (Miličić et al. 2017). Wasiwasi mmoja ambao mara nyingi hufufuliwa ni hofu ya uhamisho wa pathogen katika sludge kutoka samaki hadi mimea, lakini hii haijathibitishwa katika maandiko (Chap. 6). Kwa hivyo, kuna haja ya kuleta wasiwasi wowote wa usalama wa chakula na usalama wa mazingira kupitia utafiti makini na, ambapo wasiwasi unaweza kuwepo, ili kuhakikisha jinsi inaweza kuwa inawezekana kusimamia matatizo haya kwa njia ya miundo bora ya mfumo na/au mifumo ya udhibiti.

   Aquaponics ni teknolojia ya uzalishaji wa chakula inayojitokeza ambayo ina uwezo wa kuimarisha na kuimarisha uzalishaji katika maeneo na maeneo ambayo kwa kawaida hayangeweza kutumika kwa ajili ya kukua chakula. Hii sio tu ina maana kwamba ni muhimu sana katika maeneo ya miji, ambapo maji ya maji yanaweza kuwekwa kwenye maeneo yasiyotumika na yasiyotumiwa kama vile paa za gorofa, maeneo ya maendeleo, viwanda vya kutelekezwa, mashamba ya makazi na shule, lakini hutoa njia zote katika ulimwengu ulioendelea na unaoendelea kwa watu kuchukua sehemu ya nyuma ya mchakato wa uzalishaji wa chakula kwa kutoa chakula safi ndani ya soko (van Gorcum et al. 2019). Ushirikiano wa aquaponics na kilimo wima na teknolojia za ukuta hai, baada ya muda, uwezekano mkubwa wa kuboresha uzalishaji kwa kupunguza nyayo za kilimo kwa ujumla na kuchukua ardhi na kuongezeka kwa ardhi.

   Mbinu za uzalishaji makali katika aquaponics hutegemea ujuzi wa mchanganyiko wa mambo muhimu ambayo yanafaa sana kwa matumizi katika kufundisha STEM (masomo ya sayansi, teknolojia, uhandisi na hisabati) katika shule. Aquaponics hutoa mwalimu na mwanafunzi fursa ya kuchunguza eneo la mifumo tata, kubuni na usimamizi wao na mwenyeji wa maeneo mengine ya somo, ikiwa ni pamoja na sayansi ya mazingira, kemia ya maji, biolojia na ustawi wa wanyama. Aquaponics pia hutumiwa katika magerezani/vifaa vya kurekebisha, kama vile Jela la San Francisco County, kuwasaidia wafungwa kupata ujuzi na uzoefu katika kilimo cha majini na kilimo cha maua ambayo wanaweza kutumia wakati wa kutolewa kwao. Katika mazingira ya ndani, kuna mwenendo kukua kwa kubuni mifumo countertop ambayo inaweza kukua mimea pamoja na mifumo ndogo ambayo inaweza kuwa iko katika ofisi, ambapo samaki kigeni kutoa athari kutuliza, wakati mimea, kama sehemu ya kuta hai, vile vile kutoa kuongezeka aesthetic na safi hewa.

   

   Kielelezo 1.3 Idadi ya karatasi zilizochapishwa kwenye 'hydroponics', 'RAS' na 'aquaponics' kutoka 1980 hadi 2018 (data zilikusanywa kutoka kwenye database ya Scopus mnamo 30 Januari 2019). Tafadhali kumbuka kuwa kiwango cha 'RAS' ni amri moja ya ukubwa wa juu kuliko ile ya 'hydroponics' na 'aquaponics'

   Aquaponics ni teknolojia ya kilimo inayoendelea haraka kutokana na matumizi yake ya kwanza katika miaka ya mwisho ya karne ya ishirini na miongo ya kwanza ya karne ya ishirini na moja. Lakini bado ni 'teknolojia inayojitokeza na mada ya sayansi' (Junge et al. 2017) ambayo inakabiliwa na kiasi kikubwa cha 'hype'. Wakati kulinganisha idadi ya aquaculture, karatasi hydroponic na aquaponic peer-upya, karatasi aquaponic ni ya chini mno (Kielelezo 1.3), lakini idadi ni kupanda na itaendelea kuongezeka kama elimu ya aquaponics, hasa katika ngazi ya chuo kikuu, na kuongezeka kwa maslahi ya jumla. Uwiano wa 'hyp' unaweza kuelezewa kama kiashiria cha umaarufu wa somo katika vyombo vya habari vya umma kuhusiana na kile kinachochapishwa katika vyombo vya habari vya kitaaluma. Hii inaweza, kwa mfano, kuhesabiwa kwa kuchukua matokeo ya utafutaji katika Google iliyogawanywa na matokeo ya utafutaji katika Google Scholar. Katika kesi ya aquaponics, uwiano wa hype tarehe 16 Agosti 2016 ulikuwa 1349, ambayo ni kubwa ikilinganishwa na uwiano wa hype wa hydroponics (131) na recirculating aquaculture (17) (Junge et al. 2017). Hisia moja inayotokana na hili ni kwamba, kwa kweli, aquaponics ni teknolojia inayojitokeza lakini kuna maslahi makubwa katika shamba ambalo linawezekana kuendelea na kuongezeka kwa miongo ijayo. Uwiano wa hype, hata hivyo, ni uwezekano wa kupungua kama utafiti zaidi unafanywa na karatasi za kisayansi zinachapishwa.

   Kitabu hiki kina lengo la mtafiti wa aquaponics na daktari, na imekuwa iliyoundwa kujadili, kuchunguza na kufunua masuala ambayo aquaponics ni kushughulikia sasa na kwamba bila shaka kutokea katika siku zijazo. Kwa wigo mpana wa mada, inalenga kutoa maelezo ya kina lakini kwa urahisi ya uwanja wa kisayansi na kibiashara wa aquaponics. Mbali na upande wa uzalishaji na kiufundi, kitabu hiki kimetengenezwa kushughulikia mwenendo wa ugavi wa chakula na mahitaji, pamoja na matokeo mbalimbali ya kiuchumi, mazingira na kijamii ya teknolojia hii inayojitokeza. Kitabu hicho kimeandikwa na wataalamu wengi kutoka duniani kote, lakini hasa kutoka ndani ya EU. Sura zake 24 zinafunika gamut nzima ya maeneo ya aquaponics na zitatoa kitabu muhimu kwa wale wote wanaopenda aquaponics na kusonga aquaponics mbele katika muongo ujao.