Source material

Sura ya 2 Aquaponics: Kufunga Mzunguko juu ya Maji Limited, Ardhi na Rasilimali

1. 2.1 Utangulizi

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

   Neno 'Point' kwa sasa linatumika kuelezea mifumo ya asili ambayo iko kwenye ukingo wa mabadiliko makubwa na yenye uwezekano wa janga (Barnoski et al. 2012). Mifumo ya uzalishaji wa chakula ya kilimo inachukuliwa kuwa mojawapo ya huduma muhimu za kiikolojia ambazo zinakaribia hatua ya kuingia, kwani mabadiliko ya hali ya hewa yanazidi kuzalisha hatari mpya za wadudu na magonjwa, matukio ya hali ya hewa kali na joto la juu duniani. Usimamizi duni wa ardhi na mazoea ya uhifadhi wa udongo, kupungua kwa virutubisho vya udongo na hatari ya ugonjwa wa magonjwa pia huhatarisha usambazaji

   Ardhi ya kilimo inayopatikana kwa upanuzi wa kilimo ni mdogo, na kuongezeka kwa uzalishaji wa kilimo katika miongo michache iliyopita kimsingi imesababisha kuongezeka kwa kiwango cha mseto na mavuno bora ya mazao kinyume na upanuzi wa ardhi ya kilimo (kwa mfano 90% ya faida katika uzalishaji wa mazao yamekuwa matokeo ya kuongezeka kwa uzalishaji, lakini tu 10% kutokana na upanuzi wa ardhi) (Alexandratos na Bruinsma 2012; Schmidhuber 2010). Idadi ya watu duniani inakadiriwa kufikia watu bilioni 8.3—10.9 kufikia mwaka wa 2050 (Bringezu et al. 2014), na idadi hii ya watu duniani inayoongezeka, na ongezeko linalofanana na jumla na matumizi ya kila mtu, inaleta changamoto mpya za kijamii. Ripoti ya Umoja wa Mataifa ya Kupambana na Uharibifu wa Jangwa (UNCCD) Global Land Outlook Working Paper 2017 inasema mwenendo wa wasiwasi unaoathiri uzalishaji wa chakula (Thomas et al. 2017) ikiwa ni pamoja na uharibifu wa ardhi, kupoteza viumbe hai na mazingira, na kupungua kwa ujasiri katika kukabiliana pamoja na ghuba ya kupanua kati ya uzalishaji wa chakula na mahitaji. Usambazaji usiofaa wa vifaa vya chakula husababisha kiasi cha kutosha cha chakula, au ukosefu wa chakula cha ubora wa kutosha wa lishe kwa sehemu ya idadi ya watu duniani, wakati katika sehemu nyingine za matumizi makubwa ya dunia na magonjwa yanayohusiana na fetma yamezidi kuwa ya kawaida. Hii juxtaposition unbalanced ya njaa na utapiamlo katika baadhi ya maeneo ya dunia, pamoja na taka ya chakula na matumizi mabaya kwa wengine, huonyesha mambo tata yanayohusiana ambayo ni pamoja na mapenzi ya kisiasa, uhaba wa rasilimali, uwezo wa ardhi, gharama za nishati na mbolea, miundombinu ya usafiri na mwenyeji wa mambo mengine ya kijamii na kiuchumi yanayoathiri uzalishaji wa chakula na usambazaji.

   Uchunguzi wa hivi karibuni wa mbinu za usalama wa chakula umeamua kuwa mbinu ya 'maji-nishati ya chakula ijayo 'inahitajika kuelewa kwa ufanisi, kuchambua na kusimamia mwingiliano kati ya mifumo ya rasilimali duniani (Scott et al. 2015). Njia inayofuata inatambua ushirikiano wa msingi wa rasilimali - ardhi, maji, nishati, mtaji na kazi - na madereva wake, na inahimiza mashauriano ya sekta na ushirikiano ili kusawazisha malengo tofauti ya watumiaji wa rasilimali. Inalenga kuongeza faida ya jumla wakati wa kudumisha uadilifu wa mazingira ili kufikia usalama wa chakula. Uzalishaji wa chakula endelevu hivyo unahitaji kupunguzwa kwa matumizi ya rasilimali, hususan, maji, ardhi na mafuta ya kisukuku ambayo ni mdogo, gharama kubwa na mara nyingi husambazwa vibaya kuhusiana na ukuaji wa idadi ya watu, pamoja na kuchakata rasilimali zilizopo kama vile maji na virutubisho ndani ya mifumo ya uzalishaji kupunguza taka.

   Katika sura hii, tunazungumzia changamoto nyingi za sasa kuhusiana na usalama wa chakula, kwa kuzingatia mapungufu ya rasilimali na njia ambazo teknolojia mpya na mbinu za interdisciplinary kama vile aquaponics zinaweza kusaidia kushughulikia nexus ya maji ya foodenergy kuhusiana na malengo ya Umoja wa Mataifa kwa maendeleo endelevu. Tunazingatia haja ya kuchakata virutubisho, kupunguza matumizi ya maji na nishati zisizo mbadala, pamoja na kuongezeka kwa uzalishaji wa chakula kwenye ardhi ambayo ni ndogo au hazifai kwa kilimo.

2. 2.2 Ugavi wa Chakula na Mahitaji

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

   2.2.1 Utabiri

   Katika kipindi cha miaka 50 iliyopita, jumla ya usambazaji wa chakula imeongezeka karibu mara tatu, ambapo idadi ya watu duniani imeongezeka mara mbili tu, mabadiliko ambayo yameambatana na mabadiliko makubwa katika chakula kuhusiana na ustawi wa kiuchumi (Keating et al. 2014). Katika kipindi cha miaka 25 iliyopita, idadi ya watu duniani iliongezeka kwa 90% na inatarajiwa kufikia alama bilioni 7.6 katika nusu ya kwanza ya 2018 (Worldometers). Makadirio ya ongezeko la mahitaji ya chakula duniani mwaka 2050 ikilinganishwa na 2010 hutofautiana kati ya 45% na 71% kulingana na mawazo yanayozunguka nishati ya mimea na taka, lakini kwa uwazi kuna pengo la uzalishaji linalohitaji kujazwa. Ili kuepuka mabadiliko katika mwenendo wa hivi karibuni wa kushuka kwa chakula, lazima kuwe na kupunguza mahitaji ya chakula na/au hasara chache katika uwezo wa uzalishaji wa chakula (Keating et al. 2014). Sababu inayozidi muhimu ya kuongezeka kwa mahitaji ya chakula ni matumizi ya kila mtu, kutokana na kupanda kwa kipato cha kila mtu, ambayo ni alama ya mabadiliko kuelekea vyakula vya protini vya juu, hasa nyama (Ehrlich na Harte 2015b). Hali hii inajenga shinikizo zaidi juu ya mlolongo wa usambazaji wa chakula, kwani mifumo ya uzalishaji ya wanyama kwa ujumla inahitaji rasilimali nyingi zaidi, katika matumizi ya maji na pembejeo za malisho (Rask na Rask 2011; Ridoutt et al. 2012; Xue na Landis 2010). Ingawa kiwango cha ongezeko la mahitaji ya chakula kimepungua katika miongo ya hivi karibuni, ikiwa trajectories ya sasa katika ukuaji wa idadi ya watu na mabadiliko ya chakula ni kweli, mahitaji ya kimataifa ya mazao ya kilimo yatakua kwa 1.1— 1.5% kwa mwaka hadi 2050 (Alexandratos na Bruinsma 2012).

   Ukuaji wa idadi ya watu katika maeneo ya miji umeweka shinikizo kwa ardhi ambayo kwa kawaida imekuwa kutumika kwa ajili ya mazao ya udongo: mahitaji ya makazi na huduma yanaendelea kuingilia katika ardhi ya kilimo ya juu na kuongeza thamani yake vizuri zaidi ya kile ambacho wakulima wanaweza kufanya kutoka kilimo. Karibu na asilimia 54 ya wakazi wa dunia sasa wanaishi katika maeneo ya miji (Esch et al. 2017), na mwenendo kuelekea ukuaji wa miji hauonyeshi dalili za kupungua. Mifumo ya uzalishaji ambayo inaweza kwa uaminifu kusambaza vyakula vipya karibu na vituo vya miji ni katika mahitaji na itaongezeka kadri ukuaji wa miji unavyoongezeka. Kwa mfano, kupanda kwa kilimo wima katika vituo vya miji kama vile Singapore, ambapo ardhi iko katika malipo, hutoa hisia kali ambayo mifumo ya kilimo yenye uzalishaji mkubwa itakuwa sehemu muhimu ya maendeleo ya miji katika siku zijazo. Maendeleo ya kiteknolojia yanazidi kufanya mifumo ya kilimo cha ndani kiuchumi, kwa mfano maendeleo ya taa za maua za LED ambazo ni za kudumu kwa muda mrefu sana na ufanisi wa nishati imeongeza ushindani wa kilimo cha ndani pamoja na uzalishaji katika latitudo za juu.

   Uchambuzi wa agrobiodiversity mara kwa mara unaonyesha kwamba nchi za juu na za kipato cha kati hupata vyakula mbalimbali kupitia biashara ya kitaifa au kimataifa, lakini hii pia ina maana kwamba uzalishaji na utofauti wa chakula ni uncoupled na hivyo hatari zaidi ya kusumbuliwa katika mistari ya ugavi kuliko katika wengi wa chakula huzalishwa kitaifa au kikanda (Herrero et al. 2017). Pia, kadri ukubwa wa kilimo unavyoongezeka, utofauti wa mazao, hasa kwa mazao ya vikundi vyenye lishe (mboga, matunda, nyama), huelekea kupungua kwa ajili ya nafaka na kunde, ambayo tena huhatarisha kupunguza upatikanaji wa ndani na wa kikanda wa makundi mbalimbali ya chakula (Herrero et al. 2017).

3. 2.3 Ardhi ya kilimo na madini

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

   2.3.1 Utabiri

   Hata kama chakula zaidi kinahitajika kuzalishwa, ardhi inayoweza kutumika kwa ajili ya mazoea ya kilimo ni mdogo kwa takribani 20— 30% ya uso wa ardhi duniani. Upatikanaji wa ardhi ya kilimo unapungua, na kuna uhaba wa ardhi inayofaa ambapo inahitajika zaidi, k.m. hasa karibu na vituo vya idadi ya watu. Uharibifu wa udongo ni mchangiaji mkubwa wa kushuka huku na kwa ujumla unaweza kuainishwa kwa njia mbili: makazi yao (upepo na mmomonyoko wa maji) na kemikali ya ndani ya udongo na kuzorota kimwili (kupoteza virutubisho na/au suala la kikaboni, salinization, acidification, uchafuzi wa mazingira, compaction na Kukadiria jumla ya asili na binadamu ikiwa uharibifu wa udongo duniani kote ni mkali na ugumu kutokana na tofauti katika ufafanuzi, ukali, majira, categorization udongo, nk Hata hivyo, kwa ujumla walikubaliana kuwa matokeo yake yamesababisha hasara ya uzalishaji wavu msingi juu ya maeneo makubwa (Esch et al. 2017), hivyo kuzuia ongezeko la ardhi ya kilimo na ya kudumu hadi 13% katika miongo minne tangu mwanzoni mwa miaka ya 1960 hadi mwishoni mwa miaka ya 1990 (Bruinsma 2003). Muhimu zaidi kuhusiana na ukuaji wa idadi ya watu wakati huo, ardhi ya kilimo kwa kila mtu ilipungua kwa karibu 40% (Conforti 2011). Neno 'ardhi ya kilimo 'linamaanisha upatikanaji wa virutubisho vya kutosha kusaidia uzalishaji wa mazao. Ili kukabiliana na kupungua kwa virutubisho, matumizi ya mbolea duniani kote yameongezeka kutoka kilo 90/ha mwaka 2002 hadi 135 kg mwaka 2013 (Pocketbook 2015). Hata hivyo kuongezeka kwa matumizi ya mbolea mara nyingi husababisha ziada ya nitrati na phosphates kuishia katika mazingira ya majini (Bennett et al. 2001), na kusababisha blooms mwani na eutrophication wakati kuoza majani mwani hutumia oksijeni na mipaka ya viumbe hai wa majini. Largescale nitrati na phosphate-ikiwa mabadiliko ya mazingira ni dhahiri hasa katika mifereji ya maji na maeneo ya pwani.

   Nitrojeni, potasiamu na fosforasi ni virutubisho kuu tatu muhimu kwa ukuaji wa mimea. Ingawa mahitaji ya mbolea za fosforasi yanaendelea kukua kielelezo, akiba ya phosphate ya mwamba ni mdogo na makadirio yanaonyesha kuwa yatafutwa ndani ya miaka 50—100 (Cordell et al. 2011; Steen 1998; Van Vuuren et al. 2010). Zaidi ya hayo, pembejeo ya nitrojeni ya anthropogenic inatarajiwa kuendesha mazingira ya mazingira duniani kuelekea mapungufu makubwa ya fosforasi, ingawa ufahamu bora wa taratibu ni muhimu (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). Hivi sasa, hakuna mbadala za phosphorus katika kilimo, hivyo kuweka vikwazo juu ya uzalishaji wa kilimo baadaye ambayo hutegemea pembejeo muhimu ya mbolea ya phosphate iliyochimbwa (Sverdrup na Ragnarsdottir 2011). 'P-PARADOX', kwa maneno mengine, ziada ya P kuharibika ubora wa maji, pamoja na uhaba wake kama rasilimali zisizo mbadala, inamaanisha kuwa kuna lazima kuwe na ongezeko kubwa la kuchakata na ufanisi wa matumizi yake (Leinweber et al. 2018).

   Mazoea makubwa ya kisasa ya kilimo, kama vile frequency na muda wa kulima au hakuna-mpaka, matumizi ya madawa ya kuulia wadudu na madawa ya kuulia wadudu, na kuongeza infrequent ya vitu hai zenye micronutrients inaweza kubadilisha muundo wa udongo na viumbe hai wake microbial kama vile kuongeza ya mbolea tena kuongezeka kwa tija kwa hekta. Kutokana na kwamba mabadiliko katika matumizi ya ardhi yamesababisha hasara za kaboni ya kaboni ya kaboni iliyokadiriwa kuwa karibu 8%, na hasara zilizopangwa kati ya 2010 na 2050 ni mara 3.5 ambazo takwimu, inadhaniwa kuwa uwezo wa kushikilia maji ya udongo na hasara za virutubisho zitaendelea, hasa kwa mtazamo wa ongezeko la joto duniani (Esch et al. 2017) . Ni wazi kuna biashara kati ya kukidhi mahitaji ya binadamu na si kuacha uwezo wa biosphere kusaidia maisha (Foley et al. 2005). Hata hivyo, ni wazi wakati wa kutengeneza mipaka ya sayari kuhusiana na mazoea ya sasa ya matumizi ya ardhi ambayo ni muhimu kuboresha baiskeli ya N na P, hasa kwa kupunguza uzalishaji wa nitrojeni na fosforasi na kurudiwa kutoka ardhi ya kilimo, lakini pia kwa kukamata bora na kutumia tena (Conijn et al. 2018).

   2.3.2 Aquaponics na virutubisho

   Moja ya faida kuu za aquaponics ni kwamba inaruhusu kuchakata rasilimali za virutubisho. Nutrient pembejeo katika sehemu ya samaki linatokana na malisho, muundo wa ambayo inategemea aina lengo, lakini kulisha katika aquaculture kawaida ni sehemu kubwa ya gharama za pembejeo na inaweza kuwa zaidi ya nusu ya jumla ya gharama ya kila mwaka ya uzalishaji. Katika miundo fulani ya aquaponics, majani ya bakteria yanaweza pia kuunganishwa kama chakula, kwa mfano, ambapo uzalishaji wa biofloc hufanya mifumo ya aquaponic inazidi kujitegemea (Pinho et al. 2017).

   Maji machafu kutoka kalamu za wazi au raceways mara nyingi hutolewa kwenye maji ya maji, ambapo husababisha uchafuzi wa virutubisho na eutrophication inayofuata. Kwa upande mwingine, mifumo ya aquaponic kuchukua virutubisho kufutwa kutoka kulisha samaki uneaten na nyasi, na kutumia microbes ambayo inaweza kuvunja jambo hai, kubadilisha nitrojeni na fosforasi katika aina bioavailable kwa ajili ya matumizi ya mimea katika kitengo hydroponics. Ili kufikia viwango vya uzalishaji wa mimea vinavyokubalika kiuchumi, uwepo wa makanisa sahihi ya microbial hupunguza haja ya kuongeza sehemu kubwa ya virutubisho ambazo hutumiwa mara kwa mara katika vitengo vya hydroponic vya kusimama pekee. Hivyo aquaponics ni mfumo wa kutokwa karibu-sifuri ambao hutoa faida ya kiuchumi tu kutokana na mito ya uzalishaji wa samaki na mimea, lakini pia kupunguza kwa kiasi kikubwa katika kuruhusiwa kwa mazingira ya mazingira kutoka kwenye maeneo ya maji. Pia hupunguza tatizo la mtiririko wa N- na P-tajiri kutoka kwa mbolea zinazotumiwa katika kilimo cha udongo. Katika mifumo ya aquaponic iliyokatwa, bioreactors ya aerobic au anaerobic pia inaweza kutumika kutibu sludge na kurejesha macro- na micronutrients muhimu katika fomu za bioavailable kwa matumizi ya baadaye katika uzalishaji wa hydroponic (Goddek et al. 2018) (angalia Chap. 8). Kusisimua maendeleo mapya kama vile haya, wengi ambao sasa ni kuwa barabara kwa ajili ya uzalishaji wa kibiashara, kuendelea kuboresha dhana ya uchumi mviringo kwa inazidi kuruhusu kwa ajili ya kufufua virutubisho.

4. 2.4 wadudu, Magugu na Udhibiti wa Magonjwa

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

   2.4.1 Utabiri

   Inatambuliwa kwa ujumla kuwa udhibiti wa magonjwa, wadudu na magugu ni sehemu muhimu ya kupoteza hasara za uzalishaji ambazo zinatishia usalama wa chakula (Keating et al. 2014). Kwa kweli, kuongeza matumizi ya antibiotics, wadudu, madawa ya kuulia wadudu na fungicides kupunguza hasara na kuongeza tija imeruhusu ongezeko kubwa la pato la kilimo katika nusu ya mwisho ya karne ya ishirini. Hata hivyo, mazoea haya pia yanahusishwa na matatizo mengi: uchafuzi kutoka kwa misombo ya kikaboni inayoendelea katika udongo na maji ya umwagiliaji, mabadiliko katika shughuli za rhizobacterial na mycorrhizal katika udongo, uchafuzi wa mazao na mifugo, maendeleo ya Matatizo sugu, madhara mabaya kwa pollinators na a mbalimbali ya hatari ya afya ya binadamu (Bringezu et al. 2014; Ehrlich na Harte 2015a; Esch et al. 2017; FAO 2015b). Kukabiliana na wadudu, magugu na udhibiti wa magonjwa kwa njia ambazo hupunguza matumizi ya vitu hivi hutajwa karibu kila wito wa kutoa usalama wa chakula kwa idadi ya watu wanaoongezeka duniani.

   2.4.2 Udhibiti wa wadudu, Magugu na Magonjwa

   Kama mfumo wa kufungwa na hatua za biosecurity, mifumo ya aquaponic inahitaji maombi machache ya dawa za dawa katika sehemu ya mmea. Ikiwa mbegu na hifadhi za kupandikiza zinashughulikiwa kwa uangalifu na kufuatiliwa, uchafuzi wa magugu, vimelea na bakterialgali unaweza kudhibitiwa katika vitengo vya hydroponic na hatua zilizolengwa badala ya matumizi ya kuzuia madawa ya kuulia wadudu na fungicides yaliyoenea katika kilimo cha udongo. Kama teknolojia inaendelea kuendeleza, maendeleo kama vile greenhouses chanya shinikizo inaweza zaidi kupunguza matatizo ya wadudu (Mears na Wote 2001). Vipengele vya kubuni kupunguza hatari za wadudu vinaweza kupunguza gharama kwa suala la kemikali, kazi, muda wa maombi na vifaa, hasa tangu nyayo za ardhi za mifumo ya maji ya viwandani ni ndogo, na mifumo ni kompakt na imara zilizomo, ikilinganishwa na eneo sawa la uzalishaji wa mboga na mazao ya matunda ya mashamba ya kawaida ya udongo.

   Matumizi ya RAS katika mifumo ya aquaponic pia kuzuia ugonjwa wa ugonjwa kati ya hifadhi za kilimo na wakazi wa pori, ambayo ni wasiwasi mkubwa katika flowthrough na wazi kalamu aquaculture (Soma et al. 2001; Samuel-Fitwi et al. 2012). Matumizi ya antibiotiki ya kawaida kwa ujumla hayahitajiki katika sehemu ya RAS, kwani ni mfumo uliofungwa na vectors chache zinazopatikana kwa utangulizi wa magonjwa. Zaidi ya hayo, matumizi ya antimicrobials na antiparasitics kwa ujumla huvunjika moyo, kwani inaweza kuwa na madhara kwa microbiota ambayo ni muhimu kwa kugeuza taka za kikaboni na isokaboni katika misombo inayoweza kutumika kwa ukuaji wa mimea katika kitengo cha hydroponic (Junge et al. 2017). Ikiwa ugonjwa hutokea, vyenye samaki na mimea kutoka mazingira ya jirani hufanya uharibifu na kutokomeza zaidi kusimamiwa. Ingawa mifumo iliyofungwa wazi haifai kabisa matatizo yote ya ugonjwa na wadudu (Goddek et al. 2015), hatua sahihi za biocontrol ambazo tayari zimefanyika katika RAS ya kusimama pekee na hydroponics husababisha kupunguza kwa kiasi kikubwa hatari. Masuala haya yanajadiliwa kwa undani zaidi katika sura zinazofuata (kwa samaki, angalia Chap. 6; kwa mimea, maelezo zaidi katika Chap. 14 .

5. 2.5 Rasilimali za Maji

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

   2.5.1 Utabiri

   

   Mtini. 2.1 nyayo za maji (L kwa kilo). Samaki katika mifumo ya RAS hutumia maji angalau ya mfumo wowote wa uzalishaji wa chakula

   Mbali na kuhitaji maombi ya mbolea, mazoea ya kisasa makubwa ya kilimo pia huweka mahitaji makubwa juu ya rasilimali za maji. Miongoni mwa mtiririko wa biochemical (Kielelezo 2.1), uhaba wa maji sasa unaaminika kuwa moja ya mambo muhimu zaidi yanayozuia uzalishaji wa chakula (Hoekstra et al. 2012; Porkka et al. 2016). Makadirio ya ongezeko la idadi ya watu duniani na mabadiliko katika upatikanaji wa maji duniani kutokana na mabadiliko ya hali ya hewa, mahitaji ya matumizi bora zaidi ya maji katika kilimo. Kama ilivyoelezwa hapo awali, kufikia mwaka wa 2050, uzalishaji wa kilimo wa jumla utahitaji kuzalisha chakula cha 60% duniani kote (Alexandratos na Bruinsma 2012), na wastani wa 100% zaidi katika nchi zinazoendelea, kulingana na ukuaji wa idadi ya watu na matarajio ya kupanda kwa viwango vya maisha (Alexandratos na Bruinsma 2012; WHO 2015). Njaa katika baadhi ya mikoa ya dunia, pamoja na utapiamlo na njaa iliyofichwa, inaonyesha kuwa uwiano kati ya mahitaji ya chakula na upatikanaji tayari umefikia viwango muhimu, na kwamba usalama wa chakula na maji huunganishwa moja kwa moja (McNeill et al. 2017). Utabiri wa mabadiliko ya hali ya hewa unaonyesha kupungua kwa upatikanaji wa maji safi, na kupungua kwa mazao ya kilimo mwishoni mwa karne ya ishirini na moja (Misra 2014).

   Sekta ya kilimo kwa sasa inachangia takribani 70% ya matumizi ya maji safi duniani kote, na kiwango cha uondoaji hata kinazidi 90% katika nchi nyingi zilizoendelea zaidi duniani. Uhaba wa maji utaongezeka katika miaka 25 ijayo kutokana na ukuaji wa idadi ya watu (Connor et al. 2017; Esch et al. 2017), na utabiri wa hivi karibuni wa modeling kupungua kwa upatikanaji wa maji katika siku za usoni kwa karibu nchi zote (Distefano na Kelly 2017). Umoja wa Mataifa unatabiri kwamba harakati za biashara kama kawaida zitasababisha upungufu wa maji duniani wa 40% kufikia 2030 (Maji 2015). Katika suala hili, kwa vile vifaa vya maji ya chini kwa ajili ya umwagiliaji vimeharibika au vichafu, na mikoa yenye ukame hupata uhaba zaidi na maji kutokana na mabadiliko ya hali ya hewa, maji kwa ajili ya uzalishaji wa kilimo yatazidi kuwa ya thamani (Ehrlich na Harte 2015a). Kuongezeka kwa uhaba wa rasilimali za maji sio tu usalama wa maji kwa matumizi ya binadamu lakini pia uzalishaji wa chakula duniani (McNeill et al. 2017). Kutokana na kwamba uhaba wa maji unatarajiwa hata katika maeneo ambayo kwa sasa yana rasilimali za kutosha za maji, ni muhimu kuendeleza mbinu za kilimo na mahitaji ya chini ya pembejeo ya maji, na kuboresha usimamizi wa mazingira wa maji machafu kupitia matumizi bora zaidi (FAO 2015a).

   Ripoti ya Maendeleo ya Maji Duniani ya Umoja wa Mataifa ya 2017 (Connor et al. 2017) inalenga maji machafu kama chanzo cha nishati, virutubisho na bidhaa nyingine muhimu, na matokeo sio tu kwa afya ya binadamu na mazingira bali pia kwa usalama wa chakula na nishati pamoja na kupunguza mabadiliko ya hali ya hewa. Ripoti hii inatoa wito kwa teknolojia zinazofaa na za bei nafuu, pamoja na mifumo ya kisheria na udhibiti, taratibu za fedha na kuongezeka kwa kukubalika kijamii kwa matibabu ya maji machafu, kwa lengo la kufikia matumizi ya maji ndani ya uchumi wa mviringo. Ripoti hiyo pia inaonyesha ripoti ya Jukwaa la Uchumi Duniani la 2016ambalo linaorodhesha mgogoro wa maji kama hatari ya kimataifa ya wasiwasi mkubwa katika miaka 10 ijayo.

   Dhana ya mguu wa maji kama kipimo cha matumizi ya binadamu ya rasilimali za maji safi imewekwa mbele ili kuwajulisha maendeleo ya sera juu ya matumizi ya maji. Mguu wa maji una vipengele vitatu: (1) maji ya bluu, ambayo inajumuisha uso na maji ya chini yanayotumiwa wakati wa kutengeneza bidhaa au kupotea kupitia uvukizi, (2) maji ya kijani ambayo ni maji ya mvua yanayotumika hasa katika uzalishaji wa mazao na (3) maji ya kijivu, ambayo ni maji ambayo yanajisi lakini bado ndani ya maji yaliyopo viwango vya ubora (Hoekstra na Mekonnen 2012). Waandishi hawa walitengeneza mipangilio ya maji ya nchi duniani kote na kugundua kuwa uzalishaji wa kilimo huchangia asilimia 92 ya matumizi ya maji safi duniani, na uzalishaji wa viwanda hutumia 4.4% ya jumla, wakati maji ya ndani tu 3.6%. Hii inaleta wasiwasi kuhusu upatikanaji wa maji na imesababisha juhudi za elimu kwa umma zinazolenga kuongeza ufahamu kuhusu kiasi cha maji kinachohitajika kuzalisha aina mbalimbali za chakula, pamoja na udhaifu wa kitaifa, hasa katika nchi zisizo na maji katika Afrika Kaskazini na Mashariki ya Kati.

   2.5.2 Aquaponics na Uhifadhi wa Maji

   Dhana ya kiuchumi ya uzalishaji wa kulinganisha inachukua kiasi cha jamaa cha rasilimali zinazohitajika kuzalisha kitengo cha bidhaa au huduma. Ufanisi kwa ujumla hutafsiriwa kuwa wa juu wakati mahitaji ya pembejeo ya rasilimali ni ya chini kwa kitengo cha bidhaa na huduma. Hata hivyo, ufanisi wa matumizi ya maji unapochunguzwa katika mazingira ya mazingira, ubora wa maji pia unahitaji kuzingatiwa, kwa sababu kudumisha au kuimarisha ubora wa maji pia huongeza uzalishaji (Hamdy 2007).

   Tatizo lililoongezeka la uhaba wa maji linadai kuboreshwa kwa ufanisi wa matumizi ya maji hasa katika mikoa yenye ukame na semiari, ambapo upatikanaji wa maji kwa kilimo, na ubora wa maji wa kutokwa, ni mambo muhimu katika uzalishaji wa chakula. Katika mikoa hii, kurejeshwa kwa maji katika vitengo vya aquaponic kunaweza kufikia ufanisi mkubwa wa matumizi ya maji ya 95— 99% (Dalsgaard et al. 2013). Mahitaji ya maji pia ni chini ya 100 L/kg ya kuvuna samaki, na ubora wa maji huhifadhiwa ndani ya mfumo wa uzalishaji wa mazao (Goddek et al. 2015). Ni wazi, mifumo hiyo lazima ijengwe na kuendeshwa ili kupunguza hasara za maji; lazima pia kuongeza uwiano wao wa maji ya samaki kwa mimea, kwa kuwa uwiano huu ni muhimu sana katika kuongeza ufanisi wa matumizi ya maji tena na kuhakikisha kuchakata virutubisho maximal. Mfumo wa mipangilio na ufumbuzi wa kiufundi unaendelezwa ili kuunganisha maboresho katika vitengo vya mtu binafsi, na kuelewa vizuri jinsi ya kusimamia maji kwa ufanisi na kwa ufanisi (Vilbergsson et al. 2016). Habari zaidi hutolewa katika Chaps. 9 na 11.

   Kutokana na mahitaji ya udongo, maji na virutubisho, nyayo za maji za mifumo ya maji ni bora zaidi kuliko kilimo cha jadi, ambapo ubora wa maji na mahitaji, pamoja na upatikanaji wa ardhi ya kilimo, gharama za mbolea na umwagiliaji ni vikwazo vyote vya upanuzi (Kielelezo 2.1).

   ** **

   mtini. 2.2 Feed uwiano wa uongofu (FCRs) kulingana na kilo ya malisho kwa uzito kuishi na kilo ya kulisha kwa ajili ya sehemu ya chakula. Wadudu tu, ambao huliwa nzima katika baadhi ya maeneo ya dunia, wana FCR bora kuliko samaki

6. 2.6 Matumizi ya Ardhi

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

   2.6.1 Utabiri

   Kimataifa, mazao ya ardhi na malisho huchukua takriban 33% ya jumla ya ardhi inapatikana, na upanuzi kwa matumizi ya kilimo kati ya 2000 na 2050 unakadiriwa kuongezeka kwa 7— 31% (350—1500 Mha, kulingana na mawazo ya chanzo na msingi), mara nyingi kwa gharama ya misitu na maeneo ya mvua (Bringezu et al. 2014). Wakati kwa sasa bado kuna ardhi iliyowekwa kama 'nzuri' au 'pembezoni' ambayo inapatikana kwa kilimo kilicholishwa na mvua, sehemu kubwa zake ziko mbali na masoko, ukosefu wa miundombinu au kuwa na magonjwa ya endemic, ardhi isiyofaa au hali nyingine zinazopunguza uwezo wa maendeleo. Katika hali nyingine, ardhi iliyobaki tayari imehifadhiwa, misitu au kuendelezwa kwa matumizi mengine (Alexandratos na Bruinsma 2012). Kwa kulinganisha, mazingira ya mazingira ya kavu, yaliyoelezwa katika Tume ya Umoja wa Mataifa ya Maendeleo Endelevu kama maeneo yenye ukame, ya semiarid na kavu ambayo huwa na uzalishaji mdogo, yanatishiwa na jangwa na kwa hiyo hayafai kwa upanuzi wa kilimo lakini hata hivyo yana mamilioni ya watu wanaoishi katika ukaribu wa karibu (Uchumi 2007). Ukweli huu unaonyesha haja ya kuongezeka zaidi kwa uzalishaji wa chakula karibu na masoko, ikiwezekana katika nchi nyingi zisizozalisha ambazo haziwezi kamwe kufaa kwa kilimo cha udongo.

   Sababu mbili muhimu zinazochangia ufanisi wa pembejeo za kilimo huchukuliwa na wataalamu wengine kuwa (i) eneo la uzalishaji wa chakula katika maeneo ambapo hali ya hewa (na udongo) kawaida huongeza ufanisi na (ii) kupunguza athari za mazingira za uzalishaji wa kilimo (Michael na David 2017). Lazima kuwe na ongezeko katika ugavi wa majani yaliyopatikana kwa njia ya kuongezeka kwa uzalishaji kwa hekta, ikifuatana na mzigo uliopungua wa mazingira (kwa mfano uharibifu wa muundo wa udongo, hasara ya virutubisho, uchafuzi wa sumu). Kwa maneno mengine, nyayo za uzalishaji bora wa chakula lazima zipunguze huku ukipunguza athari mbaya za mazingira.

   2.6.2 Aquaponics na Matumizi ya Ardhi

   Mifumo ya uzalishaji wa maji ya maji ni ya udongo na inajaribu kurejesha virutubisho muhimu kwa ajili ya kilimo cha samaki na mimea, na hivyo kutumia virutubisho katika suala la kikaboni kutokana na malisho ya samaki na taka ili kupunguza au kuondoa haja ya mbolea za mimea. Kwa mfano, katika mifumo hiyo, kwa kutumia ardhi kwa mgodi, mchakato, stockpile na usafiri phosphate au potash-tajiri mbolea inakuwa lazima, hivyo aso kuondoa gharama ya asili, na gharama ya maombi, kwa ajili ya mbolea hizi.

   Uzalishaji wa maji ya maji huchangia sio tu ufanisi wa matumizi ya maji (Sect. 2.5.2) lakini pia ufanisi wa pembejeo ya kilimo kwa kupunguza nyayo za ardhi zinazohitajika kwa ajili ya uzalishaji. Vifaa kwa mfano, vinaweza kuwekwa kwenye ardhi isiyo na arable na katika maeneo ya miji au miji karibu na masoko, hivyo kupunguza nyayo za kaboni zinazohusiana na mashamba ya vijiumbe na usafirishaji wa bidhaa kwenye masoko ya jiji. Kwa nyayo ndogo, uwezo wa uzalishaji unaweza kupatikana katika maeneo mengine yasiyozalisha kama vile kwenye paa au maeneo ya zamani ya kiwanda, ambayo pia inaweza kupunguza gharama za upatikanaji wa ardhi ikiwa maeneo hayo yanaonekana kuwa hayafai kwa biashara za makazi au rejareja. Mguu mdogo wa uzalishaji wa protini na mboga za ubora katika aquaponics pia unaweza kuchukua shinikizo mbali na kusafisha maeneo ya asili na ya asili ya asili kwa kilimo cha kawaida.

7. 2.7 Rasilimali za nishati

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

   2.7.1 Utabiri

   Wakati utaratibu unaenea duniani kote, kilimo kikubwa cha shamba wazi kinazidi kutegemea sana fueli za kisukuku kwa mashine za kilimo cha nguvu na kwa usafirishaji wa mbolea pamoja na mazao ya kilimo, pamoja na kuendesha vifaa vya usindikaji, ufungaji na kuhifadhi. Mwaka 2010, Shirika la Nishati la Kimataifa la OECD lilitabiri kuwa matumizi ya nishati duniani yataongezeka kwa hadi 50% kufikia mwaka wa 2035; FAO pia imekadiria kuwa 30% ya matumizi ya nishati duniani yanajitolea kwa uzalishaji wa chakula na ugavi wake (FAO 2011). Uzalishaji wa gesi ya chafu (GHG) unaohusishwa na fueli za kisukuku (takriban 14% katika uchambuzi wa maisha) uliongezwa kwa wale kutoka kwa utengenezaji wa mbolea (16%) na oksidi ya nitrous kutoka kwa udongo wa wastani (44%) (Camargo et al. 2013), wote huchangia kwa kiasi kikubwa athari za mazingira za kilimo. Mwelekeo katika karne ya ishirini na moja kuzalisha mazao ya mimea (kwa mfano mahindi kwa ethanol) kuchukua nafasi ya fueli za kisukuku umeongeza shinikizo juu ya kusafisha misitu ya mvua, peatlands, savanna na nyasi kwa ajili ya uzalishaji wa kilimo. Hata hivyo, tafiti zinaonyesha kuundwa kwa 'madeni ya kaboni' kutokana na mazoea hayo, tangu kutolewa kwa jumla kwa COSub2/Sub huzidi kupungua kwa GHGs wanayoyatoa kwa kuhamisha mafuta ya mafuta (Fargione et al. 2008). Arguably deni sawa la kaboni lipo wakati wa kusafisha ardhi ili kuongeza mazao ya chakula kupitia kilimo cha kawaida kinachotegemea fueli za kisukuku.

   Katika uchambuzi wa kulinganisha wa mifumo ya uzalishaji wa kilimo, uvuvi wa kutambaa na mifumo ya recirculating ya maji (RAS) ilipatikana kutoa GHGs 2—2.5 mara ile ya uvuvi usio na kutambaa na yasiyo ya RAS (kalamu, raceway). Katika RAS, mahitaji haya ya nishati yanahusiana hasa na utendaji wa pampu na filters (Michael na David 2017). Vilevile, mifumo ya uzalishaji wa chafu inaweza kutoa hadi GHG mara tatu zaidi kuliko uzalishaji wa mazao ya wazi ikiwa nishati inahitajika kudumisha joto na mwanga ndani ya safu bora (ibid.). Hata hivyo, takwimu hizi za GHG hazizingatii athari nyingine za mazingira za mifumo isiyo ya RAS, kama vile eutrofiki au uwezekano wa kuhamisha pathogen kwenye hifadhi za pori. Wala hawafikiri GHG kutokana na uzalishaji, usafirishaji na matumizi ya madawa ya kuulia wadudu na dawa zinazotumiwa katika kilimo cha wazi, wala methane na oksidi ya nitrous kutokana na uzalishaji wa mifugo unaohusishwa, wote wawili ambao wana uwezo wa joto la joto la chafu la miaka 100 (GWP) 25 na mara 298 ya COSub2/sub, mtiririko (Camargo et al. 2013; Eggleston et al. 2006).

   Makadirio haya ya kutisha ya matumizi ya nishati ya sasa na ya baadaye na uzalishaji wa GHG unaohusishwa na uzalishaji wa chakula umesababisha modeling mpya na mbinu, kwa mfano, mbinu ya Umoja wa Mataifa ya nishati ya maji iliyotajwa katika Sect 2.1. Malengo ya Maendeleo ya Umoja wa Mataifa yameonyesha hatari ya uzalishaji wa chakula kwa kushuka kwa bei za nishati kama dereva muhimu wa usalama wa chakula. Hii imesababisha jitihada za kutengeneza mifumo ya kilimo 'nishati smart' kwa msisitizo katika kuboresha ufanisi wa nishati, kuongeza matumizi ya vyanzo vya nishati mbadala na kuhamasisha ushirikiano wa uzalishaji wa chakula na nishati (FAO 2011).

   2.7.2 Aquaponics na Uhifadhi wa Nishati

   Maendeleo ya kiteknolojia katika shughuli za mfumo wa maji ya maji yanaendelea kuelekea kuwa 'nishati ya smart' na kupunguza madeni ya kaboni kutoka kwa pampu, filters na vifaa vya kupaza/baridi kwa kutumia umeme unaotokana na vyanzo mbadala. Hata katika latitudo ya baridi, miundo mingi mpya inaruhusu nishati inayohusika katika inapokanzwa na baridi ya mizinga ya samaki na greenhouses kuunganishwa kikamilifu, kama vile mifumo hii haihitaji pembejeo zaidi ya arrays ya jua au umeme/joto yanayotokana na uzalishaji wa biogas ya bakteria ya sludge inayotokana na maji (Ezebuiro na Körner 2017; Goddek na Keesman 2018; Kloas et al. 2015; Yogev et al. 2016). Aidha, mifumo ya aquaponic inaweza kutumia denitrification microbial kubadili oksidi ya nitrojeni kwa gesi ya nitrojeni ikiwa vyanzo vya kutosha vya kaboni kutoka taka vinapatikana, kama vile bakteria ya anaerobic ya heterotrophic na ya facultative inaweza kubadilisha nitrati kupita kiasi kwa gesi ya nitrojeni (Van Rijn et al. 2006). Kama ilivyoelezwa katika [[Sect. 2.7.1](#271 -utabiri), oksidi ya nitrojeni ni GHG yenye nguvu na vijidudu vilivyopo tayari katika mifumo ya aquaponics iliyofungwa inaweza kuwezesha uongofu wake kuwa gesi ya nitrojeni.

8. 2.8 muhtasari

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

   Kama idadi ya watu inaendelea kuongezeka, kuna ongezeko la mahitaji ya protini highquality duniani kote. Ikilinganishwa na vyanzo vya nyama, samaki hutambuliwa sana kama kuwa chanzo cha afya cha protini. Kuhusiana na usambazaji wa chakula duniani, ufugaji wa samaki sasa hutoa protini zaidi ya samaki kuliko kukamata uvuvi (FAO 2016). Kimataifa, matumizi ya samaki kwa kila mtu yanaendelea kuongezeka kwa kiwango cha wastani cha 3.2% (1961—2013), ambayo ni mara mbili ya kiwango cha ukuaji wa idadi ya watu. Katika kipindi cha 1974 hadi 2013, 'overfishing' isiyokuwa endelevu kibiolojia imeongezeka kwa asilimia 22. Katika kipindi hicho, samaki kutoka kwa kile kinachoonekana kuwa 'vibaya kikamilifu' uvuvi umepungua kwa 26%. Aquaculture hiyo hutoa tu inawezekana ufumbuzi kwa ajili ya mkutano kuongezeka kwa mahitaji ya soko. Sasa ni sekta ya chakula inayoongezeka kwa kasi na kwa hiyo ni sehemu muhimu ya usalama wa chakula (ibid.)

   Huku idadi ya watu duniani inakadiriwa kufikia watu bilioni 8.3—10.9 kufikia mwaka 2050 (Bringezu et al. 2014), maendeleo endelevu ya sekta ya ufugaji wa maji na kilimo inahitaji uboreshaji katika suala la ufanisi wa uzalishaji, lakini pia kupunguza matumizi ya rasilimali ndogo, hasa, maji, ardhi na mbolea. Faida za aquaponics hazihusiani tu na matumizi mazuri ya rasilimali za ardhi, maji na virutubisho lakini pia huruhusu ushirikiano mkubwa wa fursa za nishati za smart kama vile biogas na nguvu za jua. Katika suala hili, aquaponics ni teknolojia ya kuahidi kwa kuzalisha protini na mboga za samaki bora kwa njia ambazo zinaweza kutumia ardhi kidogo, nishati ndogo na maji kidogo huku pia kupunguza pembejeo za kemikali na mbolea zinazotumika katika uzalishaji wa kawaida wa chakula.