Wie funktioniert Aquaponics?
Aquaponics ist ein Verfahren, das Pflanzenanbau in einer Hydrokultur und Fischzucht in einer Aquakultur auf effiziente Weise kombiniert. Dabei ist es das Ziel, durch das Schaffen eines Wasserkreislaufs, wassersparende und ökologische Landwirtschaft zu betreiben. Ein Aquaponicssystem lässt sich grundsätzlich in drei Hauptkomponenten gliedern: Die Fischzucht, das Filtersystem und die Grow Beds für die Pflanzen.
Die Fischzucht eines Aquaponicssystems besteht aus einem oder mehreren Fischtanks. Hier werden die Fische aufgezogen und gefüttert, bis sie groß genug sind, um abgefischt und verkauft zu werden. In Aquaponicssystemen wird meist Tilapia verwendet, da er schnell wächst, tolerant gegenüber schwankender Wasserqualität ist und hohe Temperaturen gut verträgt.
Da die Ausscheidungen der Fische das Wasser verunreinigen, muss dieses laufend aufbereitet werden. Hier kommt nun das Aquaponicssystem zum Tragen.
Grundsätzlicher Aufbau eines Aquaponicssystems
Das verunreinigte Wasser aus den Fischbecken wird zunächst durch zwei Filter geleitet. Im ersten Schritt, werden durch den mechanischen Filter gröbere Feststoffe herausgefiltert. Aus diesen können durch Mineralisierung außerhalb des Systems verschiedene Makro- und Mikronährstoffe für die Pflanzen gewonnen werden, die dann später wieder dem System zugeführt werden können.
Anschließend wird im zweiten Schritt das im Wasser enthaltene Ammoniak im Biofilter durch nitrifizierende Bakterien über das Zwischenprodukt Nitrit in Nitrat umgewandelt. Dies nennt man Nitrifizierung. Dazu ist der Biofilter mit einem Medium mit möglichst großer Oberfläche pro Volumen gefüllt, sodass sich viele Bakterien ansiedeln können. Gleichzeitig werden die im Wasser verbliebenen Feststoffe durch Mineralisierung mit heterotrophen Bakterien in verschiedene andere Mikro- und Makronährstoffe aufgespalten.
Wasserkreislauf in Aquaponicssystemen
Das nährstoffreiche Wasser wird nun von den Filtern weiter zu den Grow Beds geleitet, in welchen verschiedene Arten von Pflanzen angebaut werden können. Diese brauchen für ihr Wachstum unterschiedliche Nährstoffe welche sie aus dem Wasser aufnehmen. Vor allem das lebenswichtige Element Stickstoff kann nach der Umwandlung von Ammonium zu Nitrat direkt von der Pflanze aufgenommen werden. Aber auch die anderen benötigten Nährstoffe, wie beispielsweise Eisen oder Phosphor, bekommen die Pflanzen im Aquaponicssystem aus dem nährstoffreichen Wasser.
Je nach Aquaponicssystem kommen als Grow Beds dabei unterschiedliche Anbauformen zum Einsatz. Die verbreitetsten sind dabei Media Beds, Deep Water Culture (DWC) und Nutrient Film Technique (NFT). Media Beds sind mit einem Substrat wie beispielsweise Blähton gefüllt und werden meistens mit einem Ebbe-Flut-System be- und entwässert. Durch gesteuertes Pumpen oder ein Bell Siphon werden die Media Beds dabei so mit Wasser gefüllt, dass sie erst mit Wasser volllaufen bis das obere Ende der Wet & Dry Zone erreicht ist und dann bis auf die Wet Zone komplett leer fließen. Media Beds können im Gegensatz zu anderen Anbauformen Feststoffe aufnehmen und diese durch Mineralisierung in Nährstoffe umwandeln. Außerdem können sie durch das Medium auch als Biofilter fungieren. Sie ermöglichen den unkomplizierten Anbau von sehr großen Pflanzen wie Tomaten oder Gurken und werden vor allem in kleineren Systemen im Hobbybereich verwendet.
Die Deep Water Culture ist eine Anbauform, bei der die Pflanzen in Netztöpfen wachsen, welche mit Substrat gefüllt sind. Diese stecken dabei in Platten, welche auf der Oberfläche eines Wasserbeckens schwimmen. Dabei wachsen die Wurzeln der Pflanzen direkt in das nährstoffreiche Wasser. Diese Anbautechnik wird meist für den Anbau von Salat und ähnlichen Pflanzen verwendet und ist im kommerziellen Bereich mit großen Anlagen sehr weit verbreitet.
verschiedene Anbauformen in Aquaponicssystemen
Die dritte Anbauform ist die Nutrient Film Technique, bei der die Pflanzen in substratgefüllten Netztöpfen wachsen. Diese stecken in der Oberseite von großen Rohren, welche von einer dünnen Schicht nährstoffreichem Wasser durchflossen sind. Dies hat den Vorteil, dass die Pflanzen, wie bei DWC-Systemen, leicht austauschbar sind. Außerdem werden die Pflanzen dadurch, dass die Wurzeln teilweise in der Luft befinden, auch gut mit Sauerstoff versorgt.
Nachdem die Pflanzen dem Wasser die Nährstoffe entzogen haben, ist es wieder sauber und kann den Fischtanks zugeführt werden. Dazu wird das Wasser aus den Grow Beds mithilfe einer Pumpe wieder zurück in die Fischtanks gefördert.
Durch die Nutzung des in der Aquakultur entstehenden ammoniakreichen Abwassers wird keine Zugabe von Dünger für den Anbau der Pflanzen benötigt. Das System stellt den Pflanzen damit zu jeder Zeit ausreichend Nährstoffe und Wasser zur Verfügung, um effektiv zu wachsen und Früchte zu produzieren. Gleichzeitig hat es den großen Vorteil, dass es sich um ein Kreislaufsystem handelt, bei dem das durch die Fische verunreinigte Wasser durch die Filter und Pflanzen gesäubert wird und danach den Fischen wieder als sauberes Wasser zur Verfügung steht. Somit kann viel Frischwasser gespart werden, welches sonst notwendig wäre, um das Wasser im Fischtank sauber zu halten.
Der Bau einer Aquaponicsanlage bietet sich vor allem in wasserarmen Regionen an, da für dieselbe Menge an Fisch und Gemüse, im Vergleich zur traditionellen Landwirtschaft, deutlich weniger Wasser benötigt wird. Weitere Vorteile sind eine kleinere Anbaufläche, die Vermeidung von Pestiziden und ein geringeres Krankheitsrisiko für die Pflanzen. Dies sorgt alles in allem für den zunehmenden Erfolg von Aquaponics.