Akuaponik Uygulamaları

Bataklık ve sazlıkların kurutularak adacık hâline gelmesiyle kazanılan arazilerden oluşan  ilkin akuaponik tekniklerin den biridir.

Adacık hâlindeki arazilerin etrafından su kanallarının veya derelerin yönlendirilmesiyle bitki yetiştiriciliğinin için uygun hâle gelmesi sağlanır. Yetiştiricilikte gerekli olan su adacıkların etrafından sağlanırken gübre ise balıklardanve sucul kuşlardan sağlanır.

Akuaponik sistemler, akuakültür ile topraksız bitki yetiştiriciliğini (Hidroponik sistemler) birleştiren sürdürülebilir bir tarım yöntemidir. Bu sistemde, balıkların atıkları bitkilere besin kaynağı olarak kullanılırken, bitkiler suyu temizleyerek balıklar için sağlıklı bir ortam oluşturur. Su ve alan kullanımında verimliliği artırırken, kimyasal gübre ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu yöntem, kentsel alanlarda bile gıda üretimini mümkün kılar ve çevresel etkiyi minimize eder. 

Hidroponik sistemler toprak kullanılmadan bitki yataklarında besin eriyiği ile bitki yetiştirilen sistemlerdir. Bitkiler gerekli mineral ve besini toprak yerine besin eriyiğinden alır. Burada stabilizasyon bitki yataklarında hidroton, perlit, cocopeatvb. ile sağlanabilmektedir. Hidroponik sistemde katı ortam yoktur. Sürekli döngü hâlinde olan bitki eriyiği köklendirme ortamı olarak görev yapar.

Hidroponik sistemler geleneksel tarımın barındırdığı toprak hastalıklarına karşı yoksundur. Böylelikle ürün yetiştirilirken toprak zararlıları ve toprak hastalıkları olmadan üretim yapabilmek mümkündür. Ayrıca pek çok farklı tasarımları mevcuttur. En büyük avantajlarından biri m2 başına düşen ürün miktarının geleneksel tarıma kıyasla oldukça fazla olmasıdır. Birbiri ardına yapılan katlı sistemlerle m2 başına daha fazla ürün yetiştirilebilmektedir. Yakıt, sulama, iş gücü, vb. girdilere ya da yabani ot mücadelesine ihtiyaç duyulmaz. 

Akuaponik sistemde herne kadar üretimin ana unsurları balık ve bitki olsa da çalışma temelinde üç ana unsur vardır. Bunlar balıklar, bakteriler ve bitkilerdir. Buradaki mantık balıklar tarafından yenmeyen yemler
ile balık gübresinin biyolojik dengeleme tankında bakterilerce bitkilerin kullanabileceği forma dönüştürülmesidir. 

• Zemin düz olmalıdır.
• Yağmur, kar ve rüzgâr gibi çevre koşullarına dikkat edilmelidir.
• Tesis güneş ışığını gün boyunca optimum miktarda alabilmelidir.
• Kamu hizmetlerinin erişebileceği yerlerde olmalıdır.
• Küçük ve hobi amaçlı kurulacak akuaponik sistemler için çatı katları güneş ışığı ve zeminden dolayı
  oldukça elverişlidir.
• Bölge iklimine uygun balık ve bitki yetiştiriciliği enerji maliyetleri açısından avantaj sağlar.
• Balık ve bitkilerin yetiştiricilikte benzer iklim koşullarına olmasına dikkat edilmesi gerekir.

Balık tankı, mekanik filtre, biyolojik filtre ve hidroponik üniteler bu temel bileşenlerdendir. Akuaponik sistemlerde su sıhhi tesisat ile dizayn edilmiş borular içerisinden akar. Bu su döngüsünü sağlamak için elektrik enerjisi kullanı lır. Yetiştirme yatakları, yetiştirme boruları ve yetiştirme kanalları bitki büyümesinde kullanılan üç temel tasarım tipidir.

Balık tankının malzeme türü, şekli ve rengi dikkat edilmesi gereken önemli özellikleridir. Yuvarlak ve zemini düz balık tankları atıkların temizliği açısından oldukça kullanışlıdır.Su sirkülasyonunun tam sağlanabilmesi için su ve hava pompalarının kullanılması zorunludur. Fiberglas ve polyester tankları hem temizlik açısından hem de sıhhi tesisat bağlantıları açısından oldukça kullanışlıdır. Kullanılacak olan fiberglas veya polyester tankların UV ışığına dayanıklı olması dikkat edilmesi gereken önemli hususlardan biridir.  Tankı seçiminde beyaz veya şeffaf renklerin tercih edilmesi güneş ışığını yansıttığı için su sıcaklığının korunması için ve  etrafının kaplanması ve kapaklarının olması tank içinde alg oluşmasını önlemekte önemlidir.

Mekanik filtrasyon akuaponik sistemde balık tankı kaynaklı atığın filtrasyonunda kullanılmaktadır. Balık tankında balıklar tarafından tüketilmeyen yemlerin mekanik filtrasyonla sistemden uzaklaştırılması sistemin sağlıklı bir şekilde çalışmasını sağlamaktadır. Biyolojik filtrasyon balık tankı kaynaklı amonyağın bakteriler tarafından nitrata çevrilmesidir. Mekanik filtrasyon sistemde sadece makro ölçekte filtrasyon yaptığı için mikroskobik ölçekte filtrasyon yapabilmek için biyolojik filtrasyona ihtiyaç vardır.  Amonyak ve nitrit balıklar için düşük konstrasyonlarda olsa bile toksik etkiye sahiptir. Biyolojik filtrasyon bu toksik etkiyi ortadan kaldırarak balıklar ve bitkiler için
elverişli bir büyüme ortamı sağlar. 

Akuaponik sistemlerde en yaygın kullanılanları ince besin film tekniği (Nutrient Film), derin su kültürü (Deep Water), dolgulu ortam (Media Filled-Drip System) ve sisleme (Aeroponic) tekniğidir.

Vermikülit, toprak düzenleyici özelliği olan mika benzeri magnezyum alümina silikat kil mineralidir.

Azot (N) tüm canlılar için önemli bir element ve yapı taşıdır. Nitrojen bitkiler için esas besin kaynağıdır. Atmosferdeki %78 azot oranına rağmen bitkiler azotu bu şekilde kullanamazlar. Bitkiler gaz olan N2 formunun dönüştürülmesi gerekir. Bu dönüşüme “Azot Fiksasyonu” (Azot bağlanması) denilir. Nitrifikasyon sürecinde amonyak (NH3) önce nitrite (NO2) ardından nitrata (NO3-) dönüştürülür. Bitki kökleri nitratı kolaylıkla besin olarak asimile edebilirler.

Nitrifikasyon sürecinde amonyak oksitleyici bakteriler (AOB) ve nitrit oksitleyici bakteriler (NOB) görev alır. Amonyak oksitleyici bakteriler amonyağı (NH3) nitrite (NO2-) dönüştürürken nitrit oksitleyici bakteriler nitriti (NO2-) nitrata (NO3-) dönüştürür.

Akuaponik sistemlerde buharlaşma sebebi ile zamanla su kaybı meydana gelmektedir. Bu sebeple de takviye gerekmektedir.Sisteme takviye edilen suyun kullanılabilmesi için mutlaka önceden pH, sertlik, tuzluluk, klor ve kirletici açısından test edilmelidir.  Yağmur suları, Kuyu ve yer altı suları, Şehir şebeke suları, Filtrelenmiş sular kullanılabilmektedir.

Su kalite değerleri aşağıdaki gibi olmalıdır.

pH: 6-7
Su sıcaklığı: 18-30
Çözünmüş oksijen: 5-8 mg/litre
Amonyak: 0 mg/litre
Nitrit: 0 mg/litre
Nitrat: 5-150 mg/litre
Karbonat sertliği: 60-mg/litre

Bitkilerde besinler iki gruba ayrılmaktadır. Bunlar makronutrient ve mikronutrient olarak isimlendirilmektedir. Her iki besin grubu da bitkilere göre farklı miktarda esansiyeldir. Makronutrientler nitrojen (N), fosfor (P), potasyum (K), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg) ve sülfür (S)’dür. Mikronutrientler ise demir (Fe), manganez (Mg), bor (B), Çinko (Zn), bakır (Cu) ve molibden (Mo)’dur.

Akuaponik sistemde genellikle saçak köklü ve su tutma kapasitesi yüksek olan ürünler üretilmektedir. Marul, ıspanak, çilek, vb. bunlara iyi birer örnektir (Şekil 5.7). Son yıllarda yapılan farklı tipteki akuaponik sistemlerde depo köklü bitkilerin üretildiği bilinmektedir. Özellikle patates üretimine yönelik çalışmalar devam etmektedir. Bunun yanında domates, marul, biber, salatalık, su teresi, fesleğen, biberiye, adaçayı, maydanoz, nane, karnabahar ve brokoli başta olmak üzere bugüne kadar yüzün üzerinde bitki türü üretilebilmektedir.

Akuaponik sistemlerde ağırlıklı olarak tatlı su balıkları kullanılsa da deniz balıkları da kullanılmaktadır. Özellikle deniz börülcesi,
deniz ıspanağı vb. yetiştiriciliğinde deniz balıkları kullanılmaktadır. Tatlı su balıkları içinde yetiştiriciliği yapılan tüm balıklar akuaponik sistem için kullanılabilir. Oreochromis aureus, Oreochromis niloticus, Oreochromis mossambicus, Cyprinus carpio, Carassius gibelio, Hypophthalmichthys molitrix, Ctenopharyngodon idella, Ictalurus punctatus, Clarias gariepinus, Oncorhynchus mykiss, Micropterus salmoides türleri bilinen en uygun ve en yaygın kullanılan balık türleridir.

Sıcak iklim koşulları için ye tiştiricilikte kullanılabilecek ideal bir balık türüdür.Omnivor balıklardır. Yani hem bitkisel hem de hayvansal kökenli besinlerle beslenirler. Suni yemlerle beslenebilirler.  Küçük ve orta ölçekli akuaponik sistemlerde beslenmesi ve yetiştirilmesi kolaydır. Erkek bireylerin seçilmesi akuaponik sistemde verim açısından avantaj sağlamaktadır. 

En fazla ticari kültürü yapılan türlerden biridir. Çevresel koşullara oldukça dayanıklı bir türdür. Düşük oksijen ve düşük kalitedeki sularda yaşayabilirler. Sıcaklık toleransı 4-34 °C arasındadır. Toleransının bu kadar yüksek olması sazanı akuaponik sistem için ideal bir tür kılmaktadır. Doğada böcek larvaları, mollusklar, kurtçuklar, yapraklar, tohumlar, zooplanktonlar ve çürümüş vejetasyonlarla omnivor olarak beslenir. Sazan türlerinden olan Gold ve Koi’ler evlerin bahçelerinde hobi olarak kurulan akuaponik sistemlerde hem görüntüleri nedeniyle hem de beslenmelerinin kolay olması sebebiyle yetiştirilmektedir.

Yüksek stoklanabilirlik, oksijene ihtiyaç duymaması, kolay beslenebilirlik, yüksek amonyak toleransı nedeniyle yayın balıkları akuaponik sistem için en uygun türlerden biridir.

Bakteriler biyolojik atığın besine dönüştürülmesini sağlar. Heterotrofik bakteriler mineralizayonu sağlar. Amonyak balıkların azot kaynaklı yemleri sindirmesi sonucu ortaya çıkan biyolojik atıktır. Bu atık amonyağı nitrifikasyon bakterileri okside ederek önce nitrite ardından nitrata dönüştürür.

Bakteriler için karanlık ortam,oksijen, iyi su kalitesi ve besin gereklidir.

Balıkların yedikleri besinlerden kalan atıkları heterotrofik bakteriler  mineralizasyon adı verilen bir süreçte metabolize ederek gerekli mikro besin maddelerini akuaponik bitkileri için kullanılabilir hâle getirirler.

Akuaponik sistemde sülfat indirgeyen bakteriler istenmeyen bakterilerdir. Anaerobik olarak adlandırılan oksijen koşullarda bulunurlar. Kükürt kullanarak redoks reaksiyonu yoluyla enerji alırlar.
Hidrojen sülfür (H2S) üretirler. Anaerobik bakteriler tarafından üretilen hidrojen sülfür balıklar için
sonra derece toksiktir. Anaerobik koşullarda yaşayan bir diğer bakteri grubu da denitrifikasyon bakterileridir. Denitrifikasyon bakterileri akuaponik sistemdeki bitkilerin kullandığı nitratı bitkilerin kullanamayacağı atmosferik nitrojene dönüştürür. Bu sebeple denitrifikasyon bakterileri akuaponik sistemde istenmeyen ikinci bakteri grubudur. Akuaponik sistemde balık ve bitki sağlığını etkileyen patojenik bakteriler istenmeyen üçüncü bakteri grubudur. Patojenik bakterilerin gelişimi akuaponik sistemde balık ve bitki kayıplarına neden olur. Ayrıca insanlarda hastalıklara sebep olur.

Toprak ve sudaki amonyum iyonlarının oksijen varlığında nitrit ve nitrat iyonlarına dönüştürülmesidir

Nitrit ve nitrat iyonlarının oksijensiz ortamda elementel azota (N2) dönüştürülmesidir.

Bir akuaponik sistemin atığı uzaklaştırma kapasitesi iki şekilde belirlenir. İlki biyofiltrenin amonyağı oksitleme (nitrifikasyon) kapasitesidir. Bu bakteriyel Yüzey Alanı (BSA) tarafından belirlenir. İkincisi topraksız yüzey alanı tarafından belirlenen hidroponik sistemin nitratı özümseme kapasitesidir (denitrifikasyon).

Soğuk su akuaponik sistemlerinde günde m2 başına verilen yem miktarı verimi belirleyicidir.
Formülü “g/m2/gün” şeklindedir. Formüldeki “g” günlük olarak verilen yemin toplam gramı, “m2”
toplam topraksız yüzey alanıdır.

Ortalama sıcaklıkta (25 oC) çalışan sıcak su akuaponik sistemleri için 60g/m ^{2 ,} soğuk su akuaponik sistemleri için nitrifikasyon ve denitrifikasyon yavaş olması sebebi ile  25–35g/m²/gün kullanılmaktadır.

Bitki kültür havuzları toprak zemin üzerine kontrplaklarla uzun hatlar oluşturularak kurulur. Havuzların yüksekliği 30-35 cm aralığındadır. Havuzların genişliği 100-150 cm aralığındadır. Uzunluğu tercihe bağlı olmakla birlikte 2,5 m ile 5 m aralığındadır. Havuzların temel inşaatı bittikten sonra sızdırmaz branda ile kaplanır. Böylelikle bitki kültür havuzları suyla doldurularak kültüre hazırlanmış olur.

Küçük ölçekli akuaponik sistemlerde balık tankları fiberglas veya plastik malzemeden ve yuvarlak olması tercih edilir. Fiberglas ve plastik malzemeden olan yuvarlak balık tanklarının temizliği ve bağlantısı oldukça kolay ve pratiktir. Balık tank larında drenaj hattının olması olası bir tahliye gerekliliğinde dikkat edilmesi gereken bir unsurdur. Bağlantıların zemin üzerinde olması müdahale açısından önemlidir. Tüm bağlantılarda PVC malzeme kullanılır. Katı atık filtresi balık tankından hemen sonra kullanılır. Genellikle davul filtre (Drum filter) kullanılır.

Bakteriler nitrifikasyon döngüsünde nitriti hızlı bir şekilde nitrata dönüştürdüğü için sistemde neredeyse nitrit düzeyi görülmez. Ancak sistemde nitrit düzeyi ölçülmesi bakteri gelişiminde sorun olduğunun göstergesidir. Amonyak düzeyi 2 ppm’den nitrit düzeyi 1 ppm’den yüksek ölçülüyorsa eğer biyofiltre de soruna işaret eder.

Biyofilmler, tüm karanlık ve iyi havalandırılmış su altı yüzeylerini kaplayan sümüksü filmlerdir. Zorunlu aeroblardır (büyümek için oksijene ihtiyaç duyarlar) ve nispeten hareketsizdirler, bir alanı kolonileştirme ve arada kalma eğilimindedirler.

Ototrofiktir inorganik maddeleri kullanarak kendi yiyeceklerini oluşturan organizmalardır. Nitrifikasyon bakterileri bu gruba örnektir.

Heterotrofik, yani enerjilerini organik bileşiklerden, öncelikle olarak balık kaynaklı amonyak ve balıklarca yenilmeyen fazla yemden alırlar. Mineralizasyon bakterileri heterotrofiktir.

Akuaponik sistemde istenmeyen bakteri grupları için UV kullanılır. UV sistemde giriş ve çıkış hatlarına monte edildiği için nitrifikasyon bakterileri için bir sorun değildir. Mineralizasyon bakterilerinin popülasyonu kontrol altında tutmak için UV oldukça uygundur.

Bitki büyümesi için hayati önem taşıyan elementler azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg) ve demirdir (Fe). Yalnızca yapraklı (meyve vermeyen) bitkiler yetiştiren ve bakteri kolonilerini beslemesi gereken bir akuaponik sistemde hayati besinler N, K, Ca, Mg ve Fe’dir.

Balıklar, bakteriler ve bitkiler için ideal pH seviyesi 6,5’tir. Bu pH, yeşil yapraklı bitkilerin büyümesi için uygundur. Bu pH balıklar tarafından tolere edilebilir ve her iki bakteri türünün gelişimini olumsuz etkilemez.

Kalsiyum ve potasyum çözeltileri kullanılır.

• Hidroponik ve geleneksel tarıma göre başlangıç yatırımı daha yüksektir.
• Üreticilerin balık, bakteri ve bitki yetiştiriciliği konusunda bilgi sahibi olması gerekir.
• Balık ve bitkilerin ihtiyaçları her zaman tam olarak karşılanamayabilir.
• Balık ve bitkilerin ideal sıcaklık aralıklarının sağlanamadığı yerlerde tavsiye edilmez.
• Sadece su ürünleri yetiştiriciliği veya hidroponik sistemlere kıyasla daha az müdahale
  imkânı vardır.
• Hatalar veya beklenmedik olaylar sistemin tamamen çökmesine yol açabilir.
• Günlük bakım ve yönetim gerektirir.
• Enerji kaynağına ihtiyaç duyar.
• Elektrik, balık yavruları ve bitki tohumlarına sürekli erişim gereklidir.
• Su kalitesinin ayarlanması, besin dengesinin korunması, hastalık ve ilaç yönetimi
  önemlidir.
• Elektrik kesintileri veya su taşıma hatlarınıntıkanması sorun yaratabilir.
• Başlangıç kurulum maliyeti yüksektir.

• Uzun vadede sürdürülebilir ve yoğun üre tim imkânı sağlar.
• Tek bir azot kaynağından iki farklı tarımsal ürün (balık ve sebze) elde edilir.
• Su kullanımında büyük oranda tasarruf sağlar.
• Toprağa ihtiyaç duymaz.
• Gübre veya kimyasal tarım ilaçlarına gerek yoktur.
• Yüksek verim ve kaliteli ürün elde edilmesine olanak tanır.
• Organik üretim yöntemleriyle uyumludur.
• Yüksek biyogüvenlik sunar ve dışarıdan patojen bulaşma riskini azaltır.
• Üretim süreci üzerindeki kontrol daha fazla olup, kayıplar daha azdır.
• Çöl, verimsiz araziler, kurak bölgeler veya tuzlu adalar gibi yerlerde üretim yapılabilmesine olanak sağlar.
• Atık üretimi minimum düzeydedir.
• Ailelerin gıda ihtiyaçlarını karşılayabilir veya ekonomik olarak üretim yapılabilir.
• İnşaat malzemeleri ve gerekli bilgi yaygın olarak bulunur.
• Yıl boyunca sürekli üretim yapılabilir ve ürünler piyasa değerinin üzerinde satılabilir.
• Organik ürünlere olan talep son yıllarda artmıştır ve taze gıdalara olan ilgi yüksektir.
• Birim alandan daha fazla ürün elde edilebilir.